湖南科技學(xué)院《操作系統(tǒng)》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《操作系統(tǒng)》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)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、在操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，進(jìn)程管理模塊負(fù)責(zé)進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和終止等操作。假設(shè)一個(gè)進(jìn)程由于等待資源而進(jìn)入阻塞狀態(tài)。以下關(guān)于阻塞進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的描述，正確的是：（）A.當(dāng)所需資源可用時(shí)，阻塞進(jìn)程會(huì)直接轉(zhuǎn)換為運(yùn)行狀態(tài)B.阻塞進(jìn)程首先轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)，然后等待調(diào)度程序分配CPUC.阻塞進(jìn)程會(huì)一直保持阻塞狀態(tài)，直到系統(tǒng)強(qiáng)制終止D.阻塞進(jìn)程在等待一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)2、在一個(gè)具有虛擬存儲(chǔ)管理的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的邏輯地址空間被劃分為若干頁(yè)面，物理內(nèi)存被劃分為相同大小的頁(yè)框。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)，如果所需頁(yè)面不在物理內(nèi)存中，就會(huì)產(chǎn)生缺頁(yè)中斷。假設(shè)一個(gè)進(jìn)程正在執(zhí)行，其頁(yè)面訪問(wèn)序列為1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，系統(tǒng)采用先進(jìn)先出（FIFO）頁(yè)面置換算法，分配給該進(jìn)程的物理內(nèi)存頁(yè)框數(shù)量為3。那么，在此過(guò)程中發(fā)生的缺頁(yè)次數(shù)是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次3、在操作系統(tǒng)中，虛擬存儲(chǔ)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(chǔ)的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.虛擬存儲(chǔ)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(yè)面換出到硬盤上B.虛擬存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)需要硬件支持，如MMU（內(nèi)存管理單元）D.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以完全替代物理內(nèi)存，使得程序可以在沒(méi)有物理內(nèi)存的情況下運(yùn)行4、在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。假設(shè)系統(tǒng)采用分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式，頁(yè)面大小為4KB，某進(jìn)程的邏輯地址空間為32GB。則該進(jìn)程的頁(yè)表項(xiàng)數(shù)量至少為：（）A.8MB.2MC.1MD.4M5、考慮一個(gè)具有多個(gè)進(jìn)程的系統(tǒng)，進(jìn)程之間存在資源競(jìng)爭(zhēng)。假設(shè)有資源R1、R2和R3，進(jìn)程P1已經(jīng)占用了資源R1，進(jìn)程P2已經(jīng)占用了資源R2，進(jìn)程P3申請(qǐng)資源R1和R2。此時(shí)系統(tǒng)處于什么狀態(tài)？（）A.安全狀態(tài)B.不安全狀態(tài)C.死鎖狀態(tài)D.無(wú)法確定6、考慮一個(gè)具有多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法的系統(tǒng)，共設(shè)置3個(gè)隊(duì)列，優(yōu)先級(jí)依次降低。第1隊(duì)列時(shí)間片為2ms，第2隊(duì)列時(shí)間片為4ms，第3隊(duì)列時(shí)間片為8ms。若有進(jìn)程P1到達(dá)時(shí)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(shí)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(qǐng)問(wèn)當(dāng)P1再次獲得CPU時(shí)，它已經(jīng)等待了多長(zhǎng)時(shí)間？（）A.4msB.5msC.6msD.7ms7、在一個(gè)具有設(shè)備管理功能的操作系統(tǒng)中，設(shè)備分配采用靜態(tài)分配方式。有三個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3，分別需要使用打印機(jī)、掃描儀和繪圖儀。系統(tǒng)中有一臺(tái)打印機(jī)、一臺(tái)掃描儀和一臺(tái)繪圖儀。當(dāng)P1申請(qǐng)打印機(jī)、P2申請(qǐng)掃描儀、P3申請(qǐng)繪圖儀時(shí)，系統(tǒng)能否滿足這些請(qǐng)求？（）A.可以滿足，因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程申請(qǐng)的設(shè)備不同B.不能滿足，因?yàn)樵O(shè)備分配是靜態(tài)的，可能已經(jīng)被其他進(jìn)程占用C.可以滿足，但需要等待一段時(shí)間，進(jìn)行設(shè)備的分配和初始化D.不確定，取決于設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)和系統(tǒng)的配置8、在一個(gè)具有虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的地址空間被劃分為邏輯地址和物理地址。當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)一個(gè)虛擬地址時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)頁(yè)表將其轉(zhuǎn)換為物理地址。假設(shè)頁(yè)表的每個(gè)條目包含頁(yè)號(hào)、頁(yè)框號(hào)和一些訪問(wèn)控制位。現(xiàn)在有一個(gè)進(jìn)程，其邏輯地址空間大小為4GB，頁(yè)面大小為4KB，頁(yè)表項(xiàng)大小為4字節(jié)。如果系統(tǒng)為該進(jìn)程分配了1GB的物理內(nèi)存，那么頁(yè)表的大小至少是多少？同時(shí)考慮頁(yè)表的存儲(chǔ)方式和對(duì)內(nèi)存訪問(wèn)效率的影響。A.1MBB.2MBC.4MBD.8MB9、在存儲(chǔ)管理中，頁(yè)面置換時(shí)，如果所有頁(yè)都在使用，優(yōu)先置換未被修改的頁(yè)，這是基于（）的考慮。A.減少I/O次數(shù)B.提高內(nèi)存利用率C.縮短置換時(shí)間D.以上都是10、在一個(gè)具有緩沖池的操作系統(tǒng)中，緩沖池由多個(gè)緩沖區(qū)組成，分為空緩沖區(qū)隊(duì)列、裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列和裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列。當(dāng)進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，從裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列中取出一個(gè)緩沖區(qū)；當(dāng)進(jìn)程需要輸出數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)放入空緩沖區(qū)中。假設(shè)當(dāng)前空緩沖區(qū)隊(duì)列為空，裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列中有3個(gè)緩沖區(qū)，裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列中有2個(gè)緩沖區(qū)。進(jìn)程P1需要輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)程P2需要輸出數(shù)據(jù)。那么，系統(tǒng)會(huì)如何處理？（）A.進(jìn)程P1等待，進(jìn)程P2將數(shù)據(jù)放入空緩沖區(qū)B.進(jìn)程P2等待，進(jìn)程P1從裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列中取出一個(gè)緩沖區(qū)C.進(jìn)程P1從裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列中取出一個(gè)緩沖區(qū)，進(jìn)程P2等待D.進(jìn)程P1和P2都等待11、在一個(gè)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(gè)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(gè)進(jìn)程可以直接訪問(wèn)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(guò)發(fā)送和接收消息來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，每個(gè)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(hào)量：用于進(jìn)程之間的同步，而不是直接的數(shù)據(jù)交換12、在一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)中，多個(gè)用戶通過(guò)終端同時(shí)與系統(tǒng)交互。假設(shè)系統(tǒng)的時(shí)間片大小為20毫秒，用戶進(jìn)程A在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)完成了一部分計(jì)算任務(wù)，還需要繼續(xù)執(zhí)行。以下關(guān)于分時(shí)操作系統(tǒng)和進(jìn)程調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.在下一個(gè)時(shí)間片，操作系統(tǒng)一定會(huì)調(diào)度進(jìn)程A繼續(xù)執(zhí)行B.由于時(shí)間片較短，用戶會(huì)感覺(jué)到系統(tǒng)的響應(yīng)非常迅速，好像每個(gè)用戶都在獨(dú)占系統(tǒng)C.如果在進(jìn)程A等待調(diào)度的過(guò)程中有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)入就緒狀態(tài)，進(jìn)程A可能會(huì)被延遲調(diào)度D.時(shí)間片的大小對(duì)系統(tǒng)的吞吐量沒(méi)有影響，只影響用戶的響應(yīng)時(shí)間13、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備進(jìn)行通信。假設(shè)系統(tǒng)需要添加一個(gè)新的外部設(shè)備，分析設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程，包括硬件接口的了解、寄存器的操作、中斷處理等，并討論設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在操作系統(tǒng)中的地位和作用，以及如何保證設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的穩(wěn)定性和可靠性。A.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，作用不大B.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)復(fù)雜，作用關(guān)鍵C.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)難度適中，作用一般D.取決于設(shè)備的類型和復(fù)雜度14、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，系統(tǒng)為用戶進(jìn)程提供了2GB的虛擬地址空間，頁(yè)面大小為4KB，采用兩級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)。若頁(yè)目錄表和頁(yè)表中的每個(gè)表項(xiàng)均占4B，則頁(yè)目錄表和頁(yè)表分別最多包含多少個(gè)表項(xiàng)？（給出詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程）（）A.512和1024B.1024和512C.512和512D.1024和102415、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(guò)系統(tǒng)調(diào)用向內(nèi)核發(fā)起請(qǐng)求。分析系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過(guò)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(kāi)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(kāi)銷小，無(wú)需優(yōu)化B.系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)銷大，可通過(guò)緩存優(yōu)化C.系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)銷大，可通過(guò)合并調(diào)用優(yōu)化D.系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)銷適中，無(wú)需特別優(yōu)化二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)調(diào)整策略有哪些？2、（本題5分）解釋操作系統(tǒng)中的內(nèi)存屏障指令。3、（本題5分）解釋操作系統(tǒng)的教育和培訓(xùn)需求。三、論述題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的進(jìn)程遷移的負(fù)載預(yù)測(cè)和決策模型，分析如何根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化準(zhǔn)確預(yù)測(cè)需要遷移的進(jìn)程和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)有效的負(fù)載均衡。2、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的線程模型，包括用戶級(jí)線程和內(nèi)核級(jí)線程的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式。分析線程與進(jìn)程的關(guān)系，以及多線程編程在提高系統(tǒng)并發(fā)性能方面的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。3、（本題5分）隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(lái)越廣泛。論述物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求，如低功耗、小內(nèi)存占用、實(shí)時(shí)性等，分析物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的差異，探討物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)在智能家居、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。4、（本題5分）在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程調(diào)度算法對(duì)于系統(tǒng)性能有著至關(guān)重要的影響。請(qǐng)?jiān)敿?xì)論述常見(jiàn)的進(jìn)程調(diào)度算法，如先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）等，分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并探討在不同場(chǎng)景下如何選擇合適的調(diào)度算法以提高系統(tǒng)的整體性能。5、（本題5分）操作系統(tǒng)的內(nèi)存頁(yè)面置換算法對(duì)于提高內(nèi)存利用率和系統(tǒng)性能具有重要意義。請(qǐng)深入探討常見(jiàn)的頁(yè)面置換算法，如最佳置換算法（O