中國海洋大學(xué)《計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁中國海洋大學(xué)

《計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個(gè)小題，每小題2分，共30分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、在一個(gè)文件系統(tǒng)中，文件控制塊（FCB）包含了文件的各種屬性信息，如文件名、文件大小、文件創(chuàng)建時(shí)間等。假設(shè)一個(gè)文件系統(tǒng)中有1000個(gè)文件，每個(gè)文件的FCB占用128字節(jié)，磁盤塊大小為1024字節(jié)。那么，存儲這些文件的FCB至少需要多少個(gè)磁盤塊？（）A.125B.128C.256D.5122、在一個(gè)分布式操作系統(tǒng)環(huán)境中，多個(gè)計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，共同完成各種任務(wù)。假設(shè)系統(tǒng)中有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A和B，它們分別運(yùn)行著不同的進(jìn)程。進(jìn)程P1在節(jié)點(diǎn)A上產(chǎn)生了一些數(shù)據(jù)，需要傳輸給在節(jié)點(diǎn)B上運(yùn)行的進(jìn)程P2。現(xiàn)在有多種數(shù)據(jù)傳輸方式可供選擇，如消息傳遞、共享內(nèi)存和遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）等。對于這種跨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，哪種方式在數(shù)據(jù)一致性、傳輸效率和編程復(fù)雜性方面具有更好的綜合性能？需要詳細(xì)分析每種方式的特點(diǎn)和適用場景。A.消息傳遞B.共享內(nèi)存C.遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）D.以上方式在不同情況下各有優(yōu)劣3、在操作系統(tǒng)中，虛擬存儲技術(shù)可以擴(kuò)大程序的可用內(nèi)存空間。以下關(guān)于虛擬存儲的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.虛擬存儲技術(shù)將硬盤空間作為內(nèi)存的擴(kuò)展，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，將部分頁面換出到硬盤上B.虛擬存儲技術(shù)可以提高程序的并發(fā)度，因?yàn)槎鄠€(gè)程序可以共享硬盤空間作為虛擬內(nèi)存C.虛擬存儲技術(shù)需要硬件支持，如MMU（內(nèi)存管理單元）D.虛擬存儲技術(shù)可以完全替代物理內(nèi)存，使得程序可以在沒有物理內(nèi)存的情況下運(yùn)行4、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序與內(nèi)核進(jìn)行交互的接口。假設(shè)一個(gè)用戶程序需要讀取一個(gè)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(jié)果給用戶態(tài)的機(jī)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、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，虛擬內(nèi)存技術(shù)使得進(jìn)程可以使用比實(shí)際物理內(nèi)存更大的地址空間。假設(shè)系統(tǒng)的物理內(nèi)存為4GB，采用分頁式存儲管理，頁面大小為4KB，進(jìn)程的虛擬地址空間為8GB?，F(xiàn)在進(jìn)程需要訪問一個(gè)虛擬地址，系統(tǒng)通過頁表進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。分析在這種情況下，頁表的結(jié)構(gòu)和大小，以及如何通過頁表項(xiàng)中的標(biāo)志位（如有效位、修改位等）來管理頁面的狀態(tài)，并討論虛擬內(nèi)存技術(shù)對系統(tǒng)性能和內(nèi)存使用效率的影響。A.虛擬內(nèi)存技術(shù)提高了性能和效率B.虛擬內(nèi)存技術(shù)降低了性能和效率C.虛擬內(nèi)存技術(shù)在某些情況下提高，某些情況下降低D.取決于系統(tǒng)的負(fù)載和應(yīng)用程序的特點(diǎn)6、在一個(gè)具有多個(gè)進(jìn)程的系統(tǒng)中，進(jìn)程之間通過共享內(nèi)存進(jìn)行通信。假設(shè)共享內(nèi)存區(qū)域的大小為10MB，有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2同時(shí)對該共享內(nèi)存進(jìn)行讀寫操作。為了保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性，需要采用何種同步機(jī)制？（）A.信號量B.管程C.消息隊(duì)列D.條件變量7、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用了虛擬內(nèi)存技術(shù)，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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生缺頁中斷時(shí)，需要替換的頁面在內(nèi)存中駐留的時(shí)間分別為100ms、200ms、300ms和400ms，請問應(yīng)該替換哪個(gè)頁面？（）A.駐留時(shí)間為100ms的頁面B.駐留時(shí)間為200ms的頁面C.駐留時(shí)間為300ms的頁面D.駐留時(shí)間為400ms的頁面8、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：就緒->運(yùn)行，運(yùn)行->就緒，運(yùn)行->阻塞，阻塞->就緒。假設(shè)當(dāng)前有三個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3處于就緒狀態(tài)，系統(tǒng)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，時(shí)間片大小為10ms。進(jìn)程P1首先獲得CPU資源并開始運(yùn)行，在運(yùn)行5ms后，進(jìn)程P1發(fā)生I/O操作進(jìn)入阻塞狀態(tài)。此時(shí)，系統(tǒng)會如何調(diào)度？（）A.從就緒隊(duì)列中選擇P2進(jìn)程運(yùn)行B.等待P1的I/O操作完成，繼續(xù)運(yùn)行P1C.重新選擇P1進(jìn)程運(yùn)行，直到時(shí)間片用完D.暫停系統(tǒng)運(yùn)行，等待其他進(jìn)程進(jìn)入就緒狀態(tài)9、文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件的重要組成部分。假設(shè)有一個(gè)文件系統(tǒng)，采用多級目錄結(jié)構(gòu)，文件的物理存儲采用連續(xù)分配方式。當(dāng)用戶創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，以下關(guān)于文件分配和管理的描述，正確的是：（）A.系統(tǒng)會在磁盤上找到連續(xù)的空閑空間來存儲新文件的數(shù)據(jù)B.新文件的目錄項(xiàng)會立即被添加到父目錄中，無論文件數(shù)據(jù)是否完全存儲C.由于采用連續(xù)分配，文件的擴(kuò)展可能會導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)移動D.文件的刪除會立即釋放其占用的所有磁盤空間，包括可能存在的碎片10、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核之間的接口。假設(shè)用戶程序需要讀取一個(gè)文件的內(nèi)容，通過系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。以下關(guān)于系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程的描述，哪一項(xiàng)是正確的？（）A.用戶程序通過陷入指令（trap）進(jìn)入內(nèi)核態(tài)，內(nèi)核執(zhí)行相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程，完成文件讀取操作后返回用戶態(tài)B.用戶程序直接在用戶態(tài)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，操作系統(tǒng)內(nèi)核監(jiān)測到后進(jìn)行相應(yīng)的處理C.用戶程序?qū)⑾到y(tǒng)調(diào)用請求發(fā)送到消息隊(duì)列，內(nèi)核從隊(duì)列中獲取請求并執(zhí)行D.用戶程序通過中斷信號通知內(nèi)核執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核暫停當(dāng)前任務(wù)進(jìn)行處理11、在一個(gè)文件系統(tǒng)中，文件的存儲方式采用鏈接分配。假設(shè)一個(gè)文件由5個(gè)盤塊組成，盤塊號依次為100、50、120、80、20。如果要刪除這個(gè)文件，需要進(jìn)行哪些操作？（）A.直接刪除文件的目錄項(xiàng)B.依次釋放5個(gè)盤塊C.從后向前依次釋放盤塊，并修改前一個(gè)盤塊的指針D.從前向后依次釋放盤塊，并修改后一個(gè)盤塊的指針12、在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程通信的方式多種多樣。共享內(nèi)存方式通過共享一塊內(nèi)存區(qū)域來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換，具有很高的通信效率；消息傳遞方式則通過發(fā)送和接收消息來完成通信，消息可以包含各種數(shù)據(jù)類型；管道通信方式則是一種半雙工的通信方式，常用于父子進(jìn)程之間的通信。假設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換，并且要求通信的可靠性較高，那么最適合采用的通信方式是（）A.共享內(nèi)存B.消息傳遞C.管道通信D.以上方式都不適合13、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有一個(gè)磁盤，轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分鐘，每個(gè)磁道有160個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)512字節(jié)。若磁頭從一個(gè)磁道移動到相鄰磁道的平均時(shí)間為1ms，請問讀取一個(gè)4KB的數(shù)據(jù)塊平均需要多長時(shí)間？（假設(shè)不考慮旋轉(zhuǎn)延遲和傳輸時(shí)間）（）A.8.5msB.9.5msC.10.5msD.11.5ms14、在一個(gè)具有進(jìn)程通信機(jī)制的操作系統(tǒng)中，有進(jìn)程P1和P2，它們通過消息隊(duì)列進(jìn)行通信。P1向消息隊(duì)列發(fā)送了5條消息，P2從消息隊(duì)列中接收消息。假設(shè)消息隊(duì)列遵循先進(jìn)先出的原則，且P2接收消息的速度比P1發(fā)送消息的速度慢。當(dāng)P2開始接收消息時(shí)，消息隊(duì)列中已有3條消息。那么，P2最多能接收到幾條消息？（）A.3條B.5條C.8條D.不確定，取決于P2接收消息的時(shí)間和P1發(fā)送消息的情況15、進(jìn)程同步是操作系統(tǒng)中保證進(jìn)程協(xié)調(diào)運(yùn)行的重要機(jī)制。假設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2，它們共享一個(gè)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)。為了保證數(shù)據(jù)的正確讀寫，需要使用信號量進(jìn)行同步。以下關(guān)于信號量操作的描述，正確的是：（）A.P1在寫入數(shù)據(jù)前先執(zhí)行V操作，P2在讀取數(shù)據(jù)前先執(zhí)行P操作B.P1在寫入數(shù)據(jù)前先執(zhí)行P操作，P2在讀取數(shù)據(jù)前先執(zhí)行V操作C.P1和P2在讀寫數(shù)據(jù)前都先執(zhí)行P操作，完成后都執(zhí)行V操作D.P1和P2在讀寫數(shù)據(jù)前都先執(zhí)行V操作，完成后都執(zhí)行P操作二、簡答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）簡述操作系統(tǒng)中的安全漏洞檢測。2、（本題5分）解釋段頁式存儲中的地址映射方式。3、（本題5分）解釋設(shè)備管理的功能和目標(biāo)。三、論述題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）在分布式操作系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)故障的檢測和恢復(fù)是保證系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。請深入探討節(jié)點(diǎn)故障檢測的機(jī)制和算法，分析故障恢復(fù)的策略和方法，以及如何實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)的容錯(cuò)和自愈能力。2、（本題5分）在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，資源預(yù)留機(jī)制對于保證關(guān)鍵任務(wù)的資源需求至關(guān)重要。請?jiān)敿?xì)論述資源預(yù)留的方法和策略，包括CPU時(shí)間、內(nèi)存空間、I/O帶寬等資源的預(yù)留，分析資源預(yù)留對系統(tǒng)整體性能和其他任務(wù)的影響，研究如何在資源有限的情況下進(jìn)行合理的資源預(yù)留和分配，以及資源預(yù)留機(jī)制的實(shí)現(xiàn)和管理。3、（本題5分）詳細(xì)論述操作系統(tǒng)中的內(nèi)存泄漏檢測工具和技術(shù)，如Valgrind、Purify等工具的使用方法和原理，分析如何有效地發(fā)現(xiàn)和定位內(nèi)存泄漏問題。4、（本題5分）操作系統(tǒng)中的設(shè)備熱插拔技術(shù)允許在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)動態(tài)添加或移除設(shè)備。全面論述設(shè)備熱插拔的支持機(jī)制、驅(qū)動程序的處理方式、系統(tǒng)資源的重新分配等方面的技術(shù)，分析設(shè)備熱插拔對系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的影響，探討如何提高設(shè)備熱插拔的兼容性和可靠性。5、（本題5分）設(shè)備管理是操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備交互的重要環(huán)節(jié)。詳細(xì)論述設(shè)備管理的主要任務(wù)和方法，包括設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)與實(shí)