煙臺(tái)大學(xué)《操作系統(tǒng)》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁煙臺(tái)大學(xué)《操作系統(tǒng)》

2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(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、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)在磁盤上的文件和目錄。假設(shè)使用的是一種索引節(jié)點(diǎn)（inode）結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)，每個(gè)文件都有一個(gè)對(duì)應(yīng)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?，F(xiàn)在有一個(gè)大文件，其數(shù)據(jù)分布在多個(gè)不連續(xù)的磁盤塊上。當(dāng)讀取這個(gè)文件時(shí)，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(shí)的性能特點(diǎn)，包括磁盤尋道時(shí)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(shí)性能較好，無需優(yōu)化B.讀取大文件時(shí)性能較差，可采用連續(xù)分配方式優(yōu)化C.讀取大文件時(shí)性能較差，可采用更大的磁盤緩存優(yōu)化D.讀取大文件時(shí)性能較差，可采用更高效的磁盤調(diào)度算法優(yōu)化2、進(jìn)程同步和互斥是操作系統(tǒng)中保證進(jìn)程正確執(zhí)行的關(guān)鍵機(jī)制。假設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2，它們共享一個(gè)資源R。為了保證互斥訪問資源R，使用了信號(hào)量機(jī)制。初始時(shí)，信號(hào)量S的值為1。當(dāng)P1訪問資源R時(shí)，執(zhí)行P(S)操作；當(dāng)P1訪問結(jié)束后，執(zhí)行V(S)操作。以下關(guān)于信號(hào)量和進(jìn)程操作的描述中，正確的是：（）A.當(dāng)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(jìn)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(huì)被阻塞C.信號(hào)量S的值永遠(yuǎn)不會(huì)小于0，因?yàn)檫@意味著出現(xiàn)了錯(cuò)誤的操作D.當(dāng)P1執(zhí)行V(S)操作后，如果有多個(gè)進(jìn)程在等待資源R，操作系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)選擇一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)3、在一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，有三個(gè)周期性任務(wù)T1、T2和T3，它們的周期分別為50ms、100ms和200ms，每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間分別為20ms、30ms和40ms。采用速率單調(diào)調(diào)度算法（RMS），請(qǐng)問這三個(gè)任務(wù)能否在各自的周期內(nèi)完成執(zhí)行？（給出詳細(xì)的計(jì)算和分析過程）（）A.能B.不能C.不確定D.以上都不對(duì)4、操作系統(tǒng)的安全機(jī)制可以保護(hù)系統(tǒng)的資源和數(shù)據(jù)不被非法訪問和破壞。以下關(guān)于操作系統(tǒng)安全機(jī)制的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.操作系統(tǒng)可以采用用戶認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制來控制用戶對(duì)系統(tǒng)資源的訪問B.操作系統(tǒng)可以采用加密技術(shù)來保護(hù)文件和數(shù)據(jù)的安全C.操作系統(tǒng)可以采用訪問控制列表（ACL）來實(shí)現(xiàn)對(duì)文件和目錄的訪問控制D.操作系統(tǒng)的安全機(jī)制只需要在軟件層面實(shí)現(xiàn)，不需要考慮硬件設(shè)備的安全性5、操作系統(tǒng)中的內(nèi)存管理是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，分頁存儲(chǔ)管理是一種常見的內(nèi)存管理方式。在分頁存儲(chǔ)管理中，將用戶程序的地址空間分為若干個(gè)固定大小的頁面，同時(shí)將內(nèi)存空間也分為相同大小的頁框。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，通過頁表將頁面映射到頁框?，F(xiàn)在考慮一個(gè)具有32位地址空間的系統(tǒng)，頁面大小為4KB，那么頁表項(xiàng)的長度至少為（）A.20位B.12位C.32位D.24位6、在操作系統(tǒng)中，死鎖的檢測(cè)和恢復(fù)是處理死鎖問題的重要手段。死鎖檢測(cè)可以通過資源分配圖或者矩陣的方法進(jìn)行。假設(shè)系統(tǒng)中有四個(gè)資源類型R1、R2、R3和R4，三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3。P1申請(qǐng)了R1和R2，P2申請(qǐng)了R2和R3，P3申請(qǐng)了R3和R4。現(xiàn)在通過資源分配圖進(jìn)行死鎖檢測(cè)，那么該系統(tǒng)是否處于死鎖狀態(tài)（）A.是B.否C.無法確定D.以上都不對(duì)7、考慮一個(gè)具有4個(gè)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(shí)刻，頁表內(nèi)容如下：頁號(hào)0對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為2，頁號(hào)1對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為5，頁號(hào)2對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為7，頁號(hào)3對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為9。若進(jìn)程訪問的邏輯地址為0x12345，請(qǐng)問對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？（）A.0x22345B.0x52345C.0x72345D.0x923458、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)采用了日志結(jié)構(gòu)（Journaling）來提高文件操作的可靠性。當(dāng)進(jìn)行文件寫入操作時(shí)，系統(tǒng)首先將操作記錄在日志中，然后再實(shí)際更新文件數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。分析這種日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)在面對(duì)系統(tǒng)崩潰或電源故障時(shí)如何保證文件系統(tǒng)的一致性，以及與傳統(tǒng)文件系統(tǒng)相比在性能和存儲(chǔ)空間使用方面的特點(diǎn)。A.日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)性能更好，空間使用更優(yōu)B.日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)性能較差，空間使用較多C.日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)性能和空間使用與傳統(tǒng)文件系統(tǒng)相當(dāng)D.取決于具體的應(yīng)用和系統(tǒng)配置9、某磁盤的轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分鐘，平均尋道時(shí)間為8ms，每個(gè)磁道包含1000個(gè)扇區(qū)，傳輸速率為50MB/s。若要讀取一個(gè)50MB的文件，其平均訪問時(shí)間約為多少？（請(qǐng)給出詳細(xì)的計(jì)算過程）（）A.18.4msB.20.4msC.22.4msD.24.4ms10、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，磁盤調(diào)度算法采用最短尋道時(shí)間優(yōu)先（SSTF）算法。當(dāng)前磁頭位于磁道50，磁道訪問請(qǐng)求序列為80、40、90、10、60。那么，磁頭移動(dòng)的總距離是多少？（）A.150B.160C.170D.18011、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，死鎖是一個(gè)需要避免的問題。假設(shè)有四個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3、P4，它們分別需要資源A、B、C，資源的數(shù)量分別為5、4、3，每個(gè)進(jìn)程所需的資源數(shù)量如下表所示：（）進(jìn)程所需資源A所需資源B所需資源CP1211P2121P3112P4212采用銀行家算法來判斷系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)。如果當(dāng)前系統(tǒng)的資源分配情況如下表所示：進(jìn)程已分配資源A已分配資源B已分配資源CP1100P2010P3110P4101那么，系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？A.系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，存在一個(gè)安全序列，如B.系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，存在一個(gè)安全序列，如C.系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)，不存在安全序列D.系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，存在一個(gè)安全序列，如12、在操作系統(tǒng)的設(shè)備管理中，緩沖技術(shù)可以有效地提高I/O操作的效率。緩沖池是一種常見的緩沖技術(shù)，它由多個(gè)緩沖區(qū)組成，可以用于輸入、輸出和中間轉(zhuǎn)換。假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)中有三個(gè)緩沖池，分別用于輸入、輸出和中間轉(zhuǎn)換，每個(gè)緩沖池包含10個(gè)緩沖區(qū)?，F(xiàn)在有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和輸出操作，輸入數(shù)據(jù)量為50KB，輸出數(shù)據(jù)量為30KB，每個(gè)緩沖區(qū)大小為1KB。那么，至少需要多少個(gè)緩沖區(qū)才能滿足操作需求（）A.80個(gè)B.70個(gè)C.60個(gè)D.50個(gè)13、在一個(gè)采用索引分配方式的文件系統(tǒng)中，一個(gè)文件的大小為100KB，盤塊大小為4KB，每個(gè)盤塊號(hào)占用4個(gè)字節(jié)。若采用一級(jí)索引，索引表項(xiàng)能夠容納的盤塊號(hào)數(shù)量為1024個(gè)。那么，該文件最多需要多少個(gè)索引塊？（）A.1個(gè)B.2個(gè)C.3個(gè)D.4個(gè)14、在一個(gè)多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。假設(shè)有進(jìn)程P1、P2和P3，它們的到達(dá)時(shí)間分別為0、1和2毫秒，服務(wù)時(shí)間分別為8、4和6毫秒。若采用短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法，那么平均周轉(zhuǎn)時(shí)間是多少？（）A.7毫秒B.8毫秒C.9毫秒D.10毫秒15、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有一個(gè)磁盤，其每個(gè)盤面有200個(gè)磁道，每個(gè)磁道有10個(gè)扇區(qū)，磁盤轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分鐘。若要讀取一個(gè)位于第50個(gè)磁道、第8個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)，至少需要多少時(shí)間？（假設(shè)尋道時(shí)間為10ms，給出詳細(xì)的計(jì)算過程）（）A.21.67msB.23.33msC.25msD.26.67ms二、簡答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）解釋操作系統(tǒng)中的內(nèi)存分配的最壞適應(yīng)算法。2、（本題5分）什么是系統(tǒng)容錯(cuò)級(jí)別？3、（本題5分）操作系統(tǒng)如何優(yōu)化文件的讀取操作？三、論述題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）論述在操作系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)高效的進(jìn)程同步原語，考慮信號(hào)量、互斥鎖、條件變量等的底層實(shí)現(xiàn)機(jī)制。分析同步原語的性能開銷和優(yōu)化方向。2、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的內(nèi)存管理中的內(nèi)存泄漏檢測(cè)工具和技術(shù)，研究如何自動(dòng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏的位置和原因。分析內(nèi)存泄漏檢測(cè)在長期運(yùn)行系統(tǒng)中的重要性。3、（本題5分）操作系統(tǒng)的虛擬設(shè)備技術(shù)為系統(tǒng)提供了更高的靈活性和資源利用率。請(qǐng)全面論述虛擬設(shè)備的概念、實(shí)現(xiàn)方式，如虛擬打印機(jī)、虛擬網(wǎng)卡等，分析虛擬設(shè)備在系統(tǒng)中的作用和優(yōu)勢(shì)，以及如何管理和配置虛擬設(shè)備以滿足不同的應(yīng)用需求。4、（本題5分）詳細(xì)探討操作系統(tǒng)中的內(nèi)存壓縮技術(shù)，分析內(nèi)存壓縮的算法、實(shí)現(xiàn)方式和對(duì)系統(tǒng)性能的影響，包括壓縮和解壓縮的開銷、內(nèi)存利用率的