西北大學(xué)《操作系統(tǒng)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁西北大學(xué)

《操作系統(tǒng)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20分．在每小題給出的四個選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、在一個多處理器操作系統(tǒng)中，進(jìn)程可以在不同的處理器上并行執(zhí)行。假設(shè)系統(tǒng)中有四個處理器，進(jìn)程P1、P2、P3和P4同時就緒。以下關(guān)于多處理器操作系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會將這四個進(jìn)程平均分配到四個處理器上執(zhí)行，以保證負(fù)載均衡B.進(jìn)程調(diào)度的策略與單處理器操作系統(tǒng)完全相同，不需要考慮處理器的數(shù)量C.為了充分利用多處理器資源，操作系統(tǒng)可能會將一個進(jìn)程的不同部分分配到不同的處理器上執(zhí)行D.如果進(jìn)程P1是計(jì)算密集型，而進(jìn)程P2是I/O密集型，操作系統(tǒng)會優(yōu)先將P1分配到處理器上執(zhí)行2、在一個具有三級頁表的分頁存儲系統(tǒng)中，頁面大小為4KB，邏輯地址空間為64GB。若各級頁表的長度均為4B，則頁表占用的內(nèi)存空間是多少？（給出詳細(xì)的計(jì)算步驟）（）A.4MBB.8MBC.16MBD.32MB3、在一個多任務(wù)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的上下文切換是經(jīng)常發(fā)生的。以下關(guān)于進(jìn)程上下文切換的開銷的描述，正確的是：（）A.進(jìn)程上下文切換的開銷主要包括保存和恢復(fù)寄存器的值、更新頁表等B.進(jìn)程上下文切換的開銷很小，可以忽略不計(jì)，不會影響系統(tǒng)性能C.上下文切換的開銷與進(jìn)程的數(shù)量成正比，進(jìn)程越多，開銷越大D.減少進(jìn)程的數(shù)量可以完全消除上下文切換的開銷4、操作系統(tǒng)的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制可以防止進(jìn)程之間的內(nèi)存訪問沖突。以下關(guān)于內(nèi)存保護(hù)的描述中，哪個選項(xiàng)是錯誤的？（）A.內(nèi)存保護(hù)可以通過地址映射和訪問控制等方式實(shí)現(xiàn)B.內(nèi)存保護(hù)可以防止進(jìn)程訪問不屬于自己的內(nèi)存區(qū)域C.內(nèi)存保護(hù)可以提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性D.內(nèi)存保護(hù)只對用戶進(jìn)程有效，對內(nèi)核進(jìn)程沒有作用5、在一個操作系統(tǒng)中，進(jìn)程通信是非常重要的一部分。假設(shè)有兩個進(jìn)程P1和P2，它們需要頻繁地交換大量的數(shù)據(jù)。以下幾種進(jìn)程通信方式中，哪種方式最適合這種情況？（）A.共享內(nèi)存：兩個進(jìn)程可以直接訪問同一塊共享的內(nèi)存區(qū)域，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換B.消息傳遞：通過發(fā)送和接收消息來傳遞數(shù)據(jù)，每個消息有固定的大小和格式C.管道：一種單向的、基于字節(jié)流的通信方式，數(shù)據(jù)只能從一端流向另一端D.信號量：用于進(jìn)程之間的同步，而不是直接的數(shù)據(jù)交換6、考慮一個具有4個頁面的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)，頁面大小為1KB，邏輯地址空間為32位。假設(shè)某一時刻，頁表內(nèi)容如下：頁號0對應(yīng)的物理塊號為2，頁號1對應(yīng)的物理塊號為5，頁號2對應(yīng)的物理塊號為7，頁號3對應(yīng)的物理塊號為9。若進(jìn)程訪問的邏輯地址為0x12345，請問對應(yīng)的物理地址是多少？（）A.0x22345B.0x52345C.0x72345D.0x923457、在一個多任務(wù)操作系統(tǒng)中，多個進(jìn)程同時競爭CPU資源。假設(shè)系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，每個進(jìn)程被分配相同長度的時間片。當(dāng)一個進(jìn)程在其時間片內(nèi)未完成任務(wù)時，會被掛起并放入就緒隊(duì)列等待下一輪調(diào)度?，F(xiàn)在有三個進(jìn)程P1、P2和P3，它們的運(yùn)行時間分別為20毫秒、10毫秒和30毫秒。如果系統(tǒng)的時間片長度為10毫秒，那么這三個進(jìn)程的平均周轉(zhuǎn)時間（從進(jìn)程開始到完成的時間）大約是多少？需要考慮進(jìn)程的切換時間和等待時間，并分析這種調(diào)度算法在不同場景下的優(yōu)缺點(diǎn)。A.20毫秒B.23.33毫秒C.26.67毫秒D.30毫秒8、操作系統(tǒng)的死鎖問題是一個需要重點(diǎn)關(guān)注和解決的難題。假設(shè)有四個進(jìn)程P1、P2、P3和P4，它們分別申請了資源R1、R2、R3和R4。目前的資源分配情況導(dǎo)致了死鎖的發(fā)生。以下關(guān)于死鎖檢測和解除的說法，正確的是：（）A.可以通過資源分配圖來檢測死鎖是否發(fā)生，如果存在環(huán)路則表示發(fā)生了死鎖B.一旦檢測到死鎖，操作系統(tǒng)會立即終止所有涉及死鎖的進(jìn)程，以解除死鎖C.死鎖解除時，通常會選擇優(yōu)先級最低的進(jìn)程進(jìn)行終止，釋放其占用的資源D.為了避免死鎖，操作系統(tǒng)應(yīng)該禁止進(jìn)程申請多個資源9、考慮一個具有多級反饋隊(duì)列調(diào)度算法的系統(tǒng)，共設(shè)置3個隊(duì)列，優(yōu)先級依次降低。第1隊(duì)列時間片為2ms，第2隊(duì)列時間片為4ms，第3隊(duì)列時間片為8ms。若有進(jìn)程P1到達(dá)時進(jìn)入第1隊(duì)列，運(yùn)行1ms后未完成，被放入第2隊(duì)列；進(jìn)程P2到達(dá)時進(jìn)入第2隊(duì)列，運(yùn)行3ms后未完成，被放入第3隊(duì)列。請問當(dāng)P1再次獲得CPU時，它已經(jīng)等待了多長時間？（）A.4msB.5msC.6msD.7ms10、在一個具有多個緩沖區(qū)的I/O系統(tǒng)中，從用戶進(jìn)程向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)和從緩沖區(qū)向設(shè)備輸出數(shù)據(jù)可以并行操作。假設(shè)從用戶進(jìn)程向緩沖區(qū)寫入一個數(shù)據(jù)的平均時間為T1，從緩沖區(qū)向設(shè)備輸出一個數(shù)據(jù)的平均時間為T2，緩沖區(qū)的數(shù)量為N。若要使系統(tǒng)的并行度最高，T1和T2應(yīng)滿足什么關(guān)系？（）A.T1>T2B.T1<T2C.T1=T2D.以上都不對11、在操作系統(tǒng)的磁盤管理中，磁盤調(diào)度算法的選擇對于磁盤的I/O性能有著重要的影響。除了前面提到的幾種常見算法，還有電梯調(diào)度算法。電梯調(diào)度算法類似于電梯的工作原理，總是沿著一個方向移動，直到該方向上沒有請求為止，然后改變方向。假設(shè)磁盤請求隊(duì)列的順序?yàn)?2、170、43、140、24、16、190，磁頭當(dāng)前位于50號磁道，初始移動方向?yàn)榇诺捞栐黾拥姆较?。那么，采用電梯調(diào)度算法時，磁頭移動的總磁道數(shù)為（）A.382B.418C.450D.51212、文件系統(tǒng)的文件訪問控制可以限制用戶對文件的訪問權(quán)限。以下關(guān)于文件訪問控制的描述中，哪個選項(xiàng)是錯誤的？（）A.文件訪問控制可以通過用戶認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)B.文件訪問控制可以限制用戶對文件的讀、寫、執(zhí)行等操作C.文件訪問控制可以采用訪問控制列表（ACL）或能力列表等方式實(shí)現(xiàn)D.文件訪問控制只對本地文件系統(tǒng)有效，對網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)沒有作用13、在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中，索引節(jié)點(diǎn)（inode）是用于存儲文件屬性和磁盤地址等信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。假設(shè)一個文件系統(tǒng)采用直接索引和間接索引相結(jié)合的方式來存儲文件數(shù)據(jù)的磁盤地址。對于一個較大的文件，以下關(guān)于磁盤地址存儲和訪問的描述，正確的是：（）A.直接索引部分可以存儲較多的磁盤地址，足以滿足大部分文件的需求B.間接索引部分通過指針指向多個磁盤塊，用于存儲更多的磁盤地址C.讀取文件數(shù)據(jù)時，首先查找直接索引部分，若找不到再查找間接索引部分D.間接索引會增加文件的讀取時間，因此應(yīng)盡量減少間接索引的使用14、設(shè)備管理中的設(shè)備獨(dú)立性可以提高程序的可移植性和設(shè)備的利用率。以下關(guān)于設(shè)備獨(dú)立性的描述中，哪個選項(xiàng)是錯誤的？（）A.設(shè)備獨(dú)立性可以通過設(shè)備驅(qū)動程序和邏輯設(shè)備表來實(shí)現(xiàn)B.設(shè)備獨(dú)立性意味著程序可以不考慮設(shè)備的具體類型和特性，直接使用設(shè)備C.設(shè)備獨(dú)立性可以提高設(shè)備的利用率，因?yàn)椴煌某绦蚩梢怨蚕碓O(shè)備D.設(shè)備獨(dú)立性只對輸入設(shè)備有效，對輸出設(shè)備沒有作用15、在一個具有進(jìn)程優(yōu)先級調(diào)度的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的優(yōu)先級分為高、中、低三個級別。高優(yōu)先級進(jìn)程可以搶占中、低優(yōu)先級進(jìn)程的CPU資源，中優(yōu)先級進(jìn)程可以搶占低優(yōu)先級進(jìn)程的CPU資源。當(dāng)前有三個進(jìn)程P1（高優(yōu)先級）、P2（中優(yōu)先級）、P3（低優(yōu)先級），P3正在運(yùn)行，P1和P2處于就緒狀態(tài)。此時，P1變?yōu)榫途w狀態(tài)，系統(tǒng)會如何調(diào)度？（）A.立即暫停P3，運(yùn)行P1B.等待P3運(yùn)行完當(dāng)前時間片，再運(yùn)行P1C.讓P1等待，直到P3主動放棄CPUD.不確定，取決于系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)16、在操作系統(tǒng)的進(jìn)程同步中，信號量是一種常用的同步工具。信號量可以分為整型信號量和記錄型信號量。整型信號量存在“忙等”問題，而記錄型信號量則通過阻塞和喚醒操作避免了這一問題。假設(shè)有兩個進(jìn)程P1和P2，它們共享一個緩沖區(qū)，P1負(fù)責(zé)向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，P2負(fù)責(zé)從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。為了保證緩沖區(qū)的正確使用，需要使用信號量進(jìn)行同步。那么，應(yīng)該設(shè)置的信號量數(shù)量以及初始值分別為（）A.1個，0B.1個，1C.2個，0D.2個，117、操作系統(tǒng)的進(jìn)程通信機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換和同步。以下關(guān)于進(jìn)程通信的描述中，哪個選項(xiàng)是錯誤的？（）A.進(jìn)程通信可以分為共享內(nèi)存、消息傳遞和管道等方式B.共享內(nèi)存方式速度快，但需要解決同步和互斥問題C.消息傳遞方式比較靈活，但開銷較大D.管道是一種單向通信方式，只能用于父子進(jìn)程之間的通信18、在一個實(shí)時操作系統(tǒng)中，有三個任務(wù)T1、T2和T3，它們的周期分別為50ms、100ms和200ms，每個任務(wù)的執(zhí)行時間分別為20ms、30ms和40ms。假設(shè)采用基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度算法，優(yōu)先級從高到低依次為T1、T2、T3。那么，在一個長時間的運(yùn)行過程中，任務(wù)的響應(yīng)時間和截止時間是否能夠得到保證？（）A.由于優(yōu)先級設(shè)置合理，三個任務(wù)的響應(yīng)時間和截止時間都能夠得到保證B.T3的響應(yīng)時間可能會超過其周期，導(dǎo)致截止時間無法保證C.T2可能會因?yàn)門1的搶占而導(dǎo)致響應(yīng)時間延遲，無法保證截止時間D.優(yōu)先級設(shè)置可能導(dǎo)致低優(yōu)先級任務(wù)長時間得不到執(zhí)行，從而無法保證所有任務(wù)的截止時間19、在一個請求分頁存儲管理系統(tǒng)中，若系統(tǒng)分配給某進(jìn)程的物理塊數(shù)為3，開始時進(jìn)程的頁面訪問序列為7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1。采用最近最久未使用（LRU）頁面置換算法，當(dāng)進(jìn)程訪問頁面4時產(chǎn)生缺頁中斷，此時應(yīng)淘汰的頁面是哪個？（）A.7B.0C.1D.220、在虛擬存儲系統(tǒng)中，頁面置換算法的選擇對系統(tǒng)性能有很大影響。除了前面提到的最近最久未使用（LRU）算法，還有先進(jìn)先出（FIFO）算法和時鐘（Clock）算法等。假設(shè)系統(tǒng)為進(jìn)程分配了三個物理頁面，頁面訪問序列為7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2、1、2、0、1、7、0、1。若采用先進(jìn)先出（FIFO）頁面置換算法，則發(fā)生的缺頁次數(shù)為（）A.9次B.10次C.11次D.12次二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）什么是操作系統(tǒng)的綠色計(jì)算理念？2、（本題5分）什么是虛擬文件系統(tǒng)？它的優(yōu)點(diǎn)是什么？3、（本題5分）什么是銀行家算法？如何用于避免死鎖？4、（本題5分）簡述分布式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)。5、（本題5分）描述進(jìn)程的三種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換條件。三、綜合分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）分析操作系統(tǒng)如何優(yōu)化文件系統(tǒng)的寫入緩沖和同步策略。2、（本題5分）研究操作系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)對進(jìn)程的資源限制和配額管理。3、（本題5分）探討操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)緩存和預(yù)讀策略。4、（本題5分）研究操作系統(tǒng)中的進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換及其原因。5、（本題5分）分析操作系統(tǒng)中的系統(tǒng)啟動優(yōu)化技術(shù)。四、論述題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，操作系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛。請綜合論述物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求，如低功耗、實(shí)時性、小內(nèi)