福州理工學院《計算思維》2023-2024學年第一學期期末試卷

站名：站名：年級專業(yè)：姓名：學號：凡年級專業(yè)、姓名、學號錯寫、漏寫或字跡不清者，成績按零分記?！堋狻€…………第1頁，共1頁福州理工學院《計算思維》

2023-2024學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共15個小題，每小題1分，共15分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、某計算機系統(tǒng)采用虛擬存儲技術，系統(tǒng)為用戶進程提供了2GB的虛擬地址空間，頁面大小為4KB，采用兩級頁表結構。若頁目錄表和頁表中的每個表項均占4B，則頁目錄表和頁表分別最多包含多少個表項？（給出詳細的計算過程）（）A.512和1024B.1024和512C.512和512D.1024和10242、某計算機系統(tǒng)采用了虛擬內(nèi)存技術，虛擬地址空間大小為4GB，物理內(nèi)存大小為2GB，頁面大小為4KB。若采用最近最少使用（LRU）頁面置換算法，當系統(tǒng)發(fā)生缺頁中斷時，需要替換的頁面在內(nèi)存中駐留的時間分別為100ms、200ms、300ms和400ms，請問應該替換哪個頁面？（）A.駐留時間為100ms的頁面B.駐留時間為200ms的頁面C.駐留時間為300ms的頁面D.駐留時間為400ms的頁面3、在操作系統(tǒng)的進程通信中，消息傳遞是一種常見的方式。假設有兩個進程P1和P2通過消息隊列進行通信。P1向消息隊列發(fā)送了一條消息，P2從消息隊列接收消息。以下關于消息傳遞通信的描述中，正確的是：（）A.消息隊列是一種先進先出的結構，P2接收消息的順序一定與P1發(fā)送消息的順序相同B.當消息隊列已滿時，P1發(fā)送消息會被阻塞，直到隊列中有空間可用C.P2從消息隊列接收消息時，如果隊列為空，P2會一直等待，直到有消息到來D.消息傳遞通信只能在同一臺計算機上的進程之間使用，不能用于網(wǎng)絡環(huán)境中的進程通信4、在一個操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序與內(nèi)核進行交互的接口。假設一個用戶程序需要讀取一個文件的內(nèi)容，它通過系統(tǒng)調(diào)用向內(nèi)核發(fā)起請求。分析系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程，包括從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)、內(nèi)核的處理邏輯以及返回結果給用戶態(tài)的機制，并討論系統(tǒng)調(diào)用的開銷和如何減少系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)以提高程序的性能。A.系統(tǒng)調(diào)用開銷小，無需優(yōu)化B.系統(tǒng)調(diào)用開銷大，可通過緩存優(yōu)化C.系統(tǒng)調(diào)用開銷大，可通過合并調(diào)用優(yōu)化D.系統(tǒng)調(diào)用開銷適中，無需特別優(yōu)化5、操作系統(tǒng)的內(nèi)核是系統(tǒng)的核心部分，負責管理系統(tǒng)的資源和提供基本的服務。以下關于內(nèi)核的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.內(nèi)核可以分為微內(nèi)核和宏內(nèi)核兩種類型，微內(nèi)核結構更加靈活，但性能較低B.內(nèi)核的主要功能包括進程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理和設備管理等C.內(nèi)核可以直接訪問硬件資源，但需要通過驅動程序來實現(xiàn)對設備的控制D.內(nèi)核是操作系統(tǒng)中唯一運行在特權模式下的部分，其他部分都運行在用戶模式下6、在操作系統(tǒng)的進程調(diào)度中，優(yōu)先級調(diào)度算法可以根據(jù)進程的優(yōu)先級來決定其執(zhí)行順序。優(yōu)先級可以是靜態(tài)的，在進程創(chuàng)建時確定；也可以是動態(tài)的，根據(jù)進程的運行情況進行調(diào)整。假設系統(tǒng)中有三個進程P1、P2和P3，它們的靜態(tài)優(yōu)先級分別為3、5和7，當前時刻P1正在運行，P2和P3在就緒隊列中等待。突然，P1發(fā)生I/O等待，P2和P3的優(yōu)先級不變。那么，接下來應該被調(diào)度執(zhí)行的進程是（）A.P2B.P3C.繼續(xù)等待P1完成I/O操作D.不確定，取決于系統(tǒng)的具體實現(xiàn)7、某計算機系統(tǒng)采用分頁存儲管理方式，頁面大小為2KB，邏輯地址為32位。若某進程的頁表如下所示：頁號物理塊號03152731則邏輯地址0x8000對應的物理地址是多少？（給出詳細的計算過程）（）A.0x10000B.0x18000C.0x20000D.08、在操作系統(tǒng)中，線程同步的方式有多種，如互斥鎖、條件變量、信號量等。假設一個線程需要等待另一個線程完成某個操作后才能繼續(xù)執(zhí)行。以下關于線程同步方式選擇的描述，正確的是：（）A.如果只是簡單的互斥訪問資源，使用條件變量更合適B.信號量適合用于多個線程對多個資源的同步訪問C.互斥鎖適用于線程之間需要復雜的交互和等待條件的情況D.條件變量通常與互斥鎖配合使用，以實現(xiàn)線程的等待和喚醒9、某操作系統(tǒng)采用分段存儲管理方式，用戶程序分為三個段：代碼段、數(shù)據(jù)段和堆棧段。其中代碼段的段地址為0x1000，段長2KB；數(shù)據(jù)段的段地址為0x2000，段長1KB；堆棧段的段地址為0x3000，段長0.5KB。若系統(tǒng)地址空間為4GB，且段表存放在內(nèi)存中，每個段表項占用4B。則段表的最大長度是多少？（）A.1024B.2048C.4096D.819210、在一個操作系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)負責管理存儲在磁盤上的文件和目錄。假設使用的是一種索引節(jié)點（inode）結構的文件系統(tǒng)，每個文件都有一個對應的inode，其中包含了文件的屬性信息和指向文件數(shù)據(jù)塊的指針。現(xiàn)在有一個大文件，其數(shù)據(jù)分布在多個不連續(xù)的磁盤塊上。當讀取這個文件時，文件系統(tǒng)需要通過inode中的指針來定位數(shù)據(jù)塊。分析這種文件系統(tǒng)在處理大文件時的性能特點，包括磁盤尋道時間、數(shù)據(jù)傳輸速度和文件訪問的效率，并探討如何優(yōu)化文件系統(tǒng)以提高大文件的訪問性能。A.讀取大文件時性能較好，無需優(yōu)化B.讀取大文件時性能較差，可采用連續(xù)分配方式優(yōu)化C.讀取大文件時性能較差，可采用更大的磁盤緩存優(yōu)化D.讀取大文件時性能較差，可采用更高效的磁盤調(diào)度算法優(yōu)化11、在操作系統(tǒng)中，死鎖是一種常見的問題。死鎖發(fā)生的必要條件包括互斥條件、請求和保持條件、不可剝奪條件以及循環(huán)等待條件。假設系統(tǒng)中有三個進程P1、P2和P3，它們分別申請了資源R1、R2和R3?，F(xiàn)在P1持有R1并申請R2，P2持有R2并申請R3，P3持有R3并申請R1。此時，系統(tǒng)可能會陷入死鎖狀態(tài)。那么，為了避免死鎖，可以采用的方法不包括（）A.破壞互斥條件B.一次性分配所有資源C.按序分配資源D.剝奪某些進程的資源12、在一個多任務操作系統(tǒng)中，進程的上下文切換是經(jīng)常發(fā)生的。以下關于進程上下文切換的開銷的描述，正確的是：（）A.進程上下文切換的開銷主要包括保存和恢復寄存器的值、更新頁表等B.進程上下文切換的開銷很小，可以忽略不計，不會影響系統(tǒng)性能C.上下文切換的開銷與進程的數(shù)量成正比，進程越多，開銷越大D.減少進程的數(shù)量可以完全消除上下文切換的開銷13、進程同步和互斥是操作系統(tǒng)中保證進程正確執(zhí)行的關鍵機制。假設有兩個進程P1和P2，它們共享一個資源R。為了保證互斥訪問資源R，使用了信號量機制。初始時，信號量S的值為1。當P1訪問資源R時，執(zhí)行P(S)操作；當P1訪問結束后，執(zhí)行V(S)操作。以下關于信號量和進程操作的描述中，正確的是：（）A.當P1執(zhí)行P(S)操作后，如果S的值變?yōu)?，則P1獲得資源R并進入臨界區(qū)B.如果P2在P1執(zhí)行V(S)操作之前執(zhí)行P(S)操作，P2一定會被阻塞C.信號量S的值永遠不會小于0，因為這意味著出現(xiàn)了錯誤的操作D.當P1執(zhí)行V(S)操作后，如果有多個進程在等待資源R，操作系統(tǒng)會隨機選擇一個進程進入臨界區(qū)14、在操作系統(tǒng)中，虛擬內(nèi)存技術被廣泛應用。假設系統(tǒng)的物理內(nèi)存為4GB，采用分頁存儲管理，頁面大小為4KB。進程的虛擬地址空間為8GB。當進程訪問一個虛擬地址時，操作系統(tǒng)需要進行地址轉換。以下關于虛擬內(nèi)存和地址轉換的描述中，正確的是：（）A.虛擬內(nèi)存技術使得進程可以使用比物理內(nèi)存更大的地址空間，但可能會導致內(nèi)存碎片的產(chǎn)生B.地址轉換過程中，操作系統(tǒng)通過頁表將虛擬地址直接映射為物理地址，無需其他操作C.虛擬內(nèi)存技術總是能夠提高系統(tǒng)的內(nèi)存利用率，無論進程的實際內(nèi)存需求如何D.當進程訪問的虛擬地址對應的頁面不在物理內(nèi)存中時，操作系統(tǒng)會立即將整個進程換出到外存15、在一個支持虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)中，當一個進程發(fā)生缺頁中斷時，操作系統(tǒng)需要從磁盤中將所需的頁面調(diào)入內(nèi)存。假設頁面置換算法為先進先出（FIFO）算法，當前內(nèi)存中有三個頁面，分別是頁面A、B、C，最近訪問的順序為B、C、A。現(xiàn)在需要調(diào)入頁面D，而內(nèi)存已滿，那么會置換出哪個頁面？（）A.頁面A，因為它是最早進入內(nèi)存的頁面B.頁面B，因為它是最近訪問的頁面C.頁面C，因為它在中間位置D.隨機選擇一個頁面進行置換二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）操作系統(tǒng)如何處理分布式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)一致性？2、（本題5分）簡述操作系統(tǒng)的成本效益分析和投資回報率計算。3、（本題5分）什么是系統(tǒng)可用性？4、（本題5分）操作系統(tǒng)如何支持分布式文件的復制？三、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）隨著移動設備的普及，操作系統(tǒng)在移動平臺上有了新的特點和需求。請綜合論述移動操作系統(tǒng)（如Android、iOS）與傳統(tǒng)桌面操作系統(tǒng)的區(qū)別，包括電源管理、觸摸支持、應用生態(tài)等方面，并分析移動操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。2、（本題5分）隨著虛擬化技術的廣泛應用，操作系統(tǒng)需要支持虛擬機的運行。論述操作系統(tǒng)在虛擬化環(huán)境中的角色和功能，如虛擬機監(jiān)控器接口、資源虛擬化等，分析虛擬化對操作系統(tǒng)性能和功能的影響，探討操作系統(tǒng)如何適應虛擬化帶來的變化。3、（本題5分）操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)快照技術可以用于數(shù)據(jù)備份和恢復。請深入探討文件系統(tǒng)快照的原理和實現(xiàn)方式，分析快照的創(chuàng)建、管理和恢復過程，以及如何在不同的文件系統(tǒng)中應用快照技術。4、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng)的確定性和可預測性保障機制，分析任務的時間約束、資源預留和調(diào)度算法的確定性。研究實時操作系統(tǒng)在工業(yè)控制、航空航天等領域的應用要求。5、（本題5分）在多任務操作系統(tǒng)中，上下文切換是頻繁發(fā)生的操作。論述上下文切換的過程和開銷，