中國地質(zhì)大學（武漢）《操作系統(tǒng)原理》2023-2024學年第一學期期末試卷

學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁中國地質(zhì)大學（武漢）

《操作系統(tǒng)原理》2023-2024學年第一學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20個小題，每小題2分，共40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、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(shè)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(guān)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(jié)構(gòu)，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(luò)環(huán)境中的進程通信2、有一個文件系統(tǒng)，采用混合索引分配方式，其FCB中共有13個地址項，其中0-9個地址項為直接地址，第10個地址項為一次間接地址，第11個地址項為二次間接地址，第12個地址項為三次間接地址。若每個盤塊的大小為512B，每個盤塊號占4B，則該文件系統(tǒng)允許的最大文件長度是多少？（給出詳細的計算步驟）（）A.10+512+512×512+512×512×512B.10×512+512×512+512×512×512C.10×512+512×512+512×512×512×512D.10+512×512+512×512×512+512×512×512×5123、文件系統(tǒng)的文件共享是指多個用戶可以同時訪問同一個文件。以下關(guān)于文件共享的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.文件共享可以提高文件的利用率和系統(tǒng)的效率B.文件共享可以通過硬鏈接和軟鏈接兩種方式實現(xiàn)C.文件共享需要解決文件的同步和一致性問題D.文件共享只對文本文件有效，對二進制文件沒有作用4、在操作系統(tǒng)中，設(shè)備管理負責對各類設(shè)備進行有效的控制和分配。假設(shè)系統(tǒng)中有一臺打印機，采用獨占式分配策略。當多個進程同時申請使用該打印機時，以下關(guān)于設(shè)備分配的說法，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會按照申請的先后順序，依次將打印機分配給各個進程B.只有一個進程能夠獲得打印機的使用權(quán)，其他進程會被阻塞等待C.操作系統(tǒng)會根據(jù)進程的優(yōu)先級，決定將打印機分配給哪個進程D.所有申請打印機的進程會同時共享使用該打印機，以提高設(shè)備利用率5、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，哪個選項是錯誤的？（）A.文件訪問控制可以通過用戶認證和授權(quán)機制來實現(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6、文件系統(tǒng)的可靠性是保證數(shù)據(jù)安全的重要因素。以下關(guān)于文件系統(tǒng)可靠性的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.文件系統(tǒng)可以采用備份和恢復技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的可靠性B.文件系統(tǒng)可以采用日志記錄技術(shù)來記錄文件的操作，以便在系統(tǒng)崩潰時進行恢復C.文件系統(tǒng)可以采用RAID（磁盤陣列）技術(shù)來提高數(shù)據(jù)的可靠性和可用性D.文件系統(tǒng)的可靠性只取決于硬件設(shè)備的質(zhì)量，與軟件設(shè)計無關(guān)7、在操作系統(tǒng)中，線程是比進程更小的執(zhí)行單位。以下關(guān)于線程的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.線程是進程中的一個執(zhí)行路徑，共享進程的地址空間和資源B.線程的創(chuàng)建和銷毀比進程更快，因為線程不需要分配獨立的內(nèi)存空間C.多線程可以提高程序的并發(fā)性，但也會增加程序的復雜性和調(diào)試難度D.線程之間的通信可以通過共享內(nèi)存和消息傳遞兩種方式進行，其中共享內(nèi)存方式效率更高，但也更容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)競爭問題8、在一個操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理不僅要考慮進程的內(nèi)存分配，還要處理內(nèi)存碎片問題。假設(shè)系統(tǒng)采用了首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)和最壞適應(yīng)等內(nèi)存分配算法，分析這些算法在產(chǎn)生內(nèi)存碎片的數(shù)量、內(nèi)存利用率和分配速度等方面的特點，并討論如何通過算法的選擇和優(yōu)化來減少內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，提高內(nèi)存管理的效率。A.首次適應(yīng)算法最優(yōu)B.最佳適應(yīng)算法最優(yōu)C.最壞適應(yīng)算法最優(yōu)D.不同算法在不同情況下各有優(yōu)劣9、在操作系統(tǒng)中，設(shè)備獨立性是指用戶程序在使用設(shè)備時不依賴于具體的物理設(shè)備。為了實現(xiàn)設(shè)備獨立性，系統(tǒng)引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備的概念，并通過設(shè)備驅(qū)動程序進行轉(zhuǎn)換。假設(shè)一個系統(tǒng)中有三種類型的設(shè)備：打印機、磁盤和掃描儀。用戶程序通過邏輯設(shè)備名請求使用設(shè)備，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備分配表進行設(shè)備分配?，F(xiàn)在有多個進程同時請求使用打印機和磁盤，為了有效地進行設(shè)備分配，系統(tǒng)采用的策略應(yīng)該是（）A.先來先服務(wù)B.優(yōu)先級分配C.短作業(yè)優(yōu)先D.隨機分配10、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(shè)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(jié)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11、某磁盤的轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分鐘，平均尋道時間為8ms，每個磁道包含1000個扇區(qū)，傳輸速率為50MB/s。若要讀取一個50MB的文件，其平均訪問時間約為多少？（請給出詳細的計算過程）（）A.18.4msB.20.4msC.22.4msD.24.4ms12、設(shè)備管理是操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一。以下關(guān)于設(shè)備管理的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.設(shè)備管理負責管理計算機中的各種外部設(shè)備，如硬盤、打印機、鍵盤等B.設(shè)備管理可以采用不同的I/O控制方式，如程序控制I/O、中斷驅(qū)動I/O和DMA方式等C.設(shè)備管理可以通過設(shè)備驅(qū)動程序來實現(xiàn)對設(shè)備的控制和操作D.設(shè)備管理可以將所有設(shè)備都看作是文件，通過文件系統(tǒng)來進行管理13、在一個具有死鎖檢測和恢復機制的操作系統(tǒng)中，有四個進程P1、P2、P3、P4，它們分別占用了資源R1、R2、R3的數(shù)量為（2，1，0）、（1，2，1）、（0，1，1）、（1，0，1），系統(tǒng)中可用的資源數(shù)量為（1，1，2）。那么，系統(tǒng)是否處于死鎖狀態(tài)？（）A.是，存在死鎖B.否，系統(tǒng)安全C.不確定，需要進一步分析進程的等待情況D.以上都不對14、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(wù)。以下關(guān)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(jié)構(gòu)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(shè)備管理等C.內(nèi)核可以直接訪問硬件資源，但需要通過驅(qū)動程序來實現(xiàn)對設(shè)備的控制D.內(nèi)核是操作系統(tǒng)中唯一運行在特權(quán)模式下的部分，其他部分都運行在用戶模式下15、在一個具有進程優(yōu)先級調(diào)度的操作系統(tǒng)中，進程的優(yōu)先級分為高、中、低三個級別。高優(yōu)先級進程可以搶占中、低優(yōu)先級進程的CPU資源，中優(yōu)先級進程可以搶占低優(yōu)先級進程的CPU資源。當前有三個進程P1（高優(yōu)先級）、P2（中優(yōu)先級）、P3（低優(yōu)先級），P3正在運行，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，運行P1B.等待P3運行完當前時間片，再運行P1C.讓P1等待，直到P3主動放棄CPUD.不確定，取決于系統(tǒng)的具體實現(xiàn)16、在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中，文件的物理結(jié)構(gòu)有連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配等多種方式。連續(xù)分配方式具有較高的順序訪問速度，但存在外部碎片問題；鏈接分配方式解決了外部碎片問題，但隨機訪問速度較慢；索引分配方式則結(jié)合了兩者的優(yōu)點。假設(shè)一個文件系統(tǒng)采用索引分配方式，每個索引節(jié)點包含13個直接地址項、1個一級間接地址項、1個二級間接地址項和1個三級間接地址項，每個地址項大小為4字節(jié)，盤塊大小為1KB。若要訪問文件的第10000塊，至少需要幾次磁盤I/O操作（）A.1B.2C.3D.417、文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)提供的重要功能之一。以下關(guān)于文件系統(tǒng)的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.文件系統(tǒng)負責管理計算機中的文件和目錄，提供文件的存儲、檢索和訪問控制等功能B.常見的文件系統(tǒng)有FAT、NTFS、EXT等C.文件系統(tǒng)可以采用不同的存儲結(jié)構(gòu)，如順序存儲、鏈式存儲和索引存儲等D.文件系統(tǒng)中的文件一旦創(chuàng)建，其大小就不能再改變18、在一個具有多個緩沖區(qū)的I/O系統(tǒng)中，從用戶進程向緩沖區(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19、在一個操作系統(tǒng)中，設(shè)備管理是一項重要的功能。假設(shè)有一個磁盤設(shè)備，其傳輸速率為100MB/s，平均尋道時間為10毫秒，旋轉(zhuǎn)延遲為5毫秒?，F(xiàn)在有一個進程需要連續(xù)讀取100個大小均為4KB的數(shù)據(jù)塊。分析在不同的磁盤調(diào)度算法（如先來先服務(wù)、最短尋道時間優(yōu)先、電梯算法等）下，進程完成數(shù)據(jù)讀取所需的時間，并比較這些算法在磁盤I/O性能方面的優(yōu)劣。A.先來先服務(wù)算法最優(yōu)B.最短尋道時間優(yōu)先算法最優(yōu)C.電梯算法最優(yōu)D.不同算法在不同情況下各有優(yōu)劣20、在操作系統(tǒng)的存儲管理中，段頁式存儲管理結(jié)合了段式和頁式存儲管理的優(yōu)點。假設(shè)一個程序被分為多個段，每個段又被分為多個頁。以下關(guān)于段頁式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換過程的描述，正確的是：（）A.首先進行段的地址轉(zhuǎn)換，然后進行頁的地址轉(zhuǎn)換B.先進行頁的地址轉(zhuǎn)換，再進行段的地址轉(zhuǎn)換C.段和頁的地址轉(zhuǎn)換同時進行，以提高效率D.地址轉(zhuǎn)換過程只需要進行一次，無需區(qū)分段和頁二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）操作系統(tǒng)如何處理進程的資源競爭？2、（本題5分）解釋響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法的計算方法。3、（本題5分）解釋操作系統(tǒng)中的內(nèi)存分配的最佳適應(yīng)算法。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)的文件創(chuàng)建和刪除操作的并發(fā)性能。2、（本題5分）探討操作系統(tǒng)在處理多核環(huán)境下的緩存一致性問題和解決方案。3、（本題5分）研究操作系統(tǒng)中的內(nèi)存管理的內(nèi)存池的資源回收優(yōu)化。4、（本題5分）探討操作系統(tǒng)在處理多