昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院《計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分一、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、某計(jì)算機(jī)采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，系統(tǒng)為用戶進(jìn)程提供了4GB的虛擬地址空間，頁(yè)面大小為4KB。假設(shè)某進(jìn)程的虛擬頁(yè)面訪問(wèn)序列為1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。若采用最佳頁(yè)面置換算法（OPT），則發(fā)生缺頁(yè)中斷的次數(shù)是多少？（請(qǐng)?jiān)敿?xì)分析計(jì)算過(guò)程）（）A.7B.8C.9D.102、有一個(gè)文件系統(tǒng)，采用混合索引分配方式，其FCB中共有13個(gè)地址項(xiàng)，其中0-9個(gè)地址項(xiàng)為直接地址，第10個(gè)地址項(xiàng)為一次間接地址，第11個(gè)地址項(xiàng)為二次間接地址，第12個(gè)地址項(xiàng)為三次間接地址。若每個(gè)盤塊的大小為512B，每個(gè)盤塊號(hào)占4B，則該文件系統(tǒng)允許的最大文件長(zhǎng)度是多少？（給出詳細(xì)的計(jì)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、在一個(gè)采用請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)中，某進(jìn)程的段表如下：段號(hào)0對(duì)應(yīng)的段長(zhǎng)為500，段起始地址為1000；段號(hào)1對(duì)應(yīng)的段長(zhǎng)為800，段起始地址為2000；段號(hào)2對(duì)應(yīng)的段長(zhǎng)為1000，段起始地址為5000。當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)的邏輯地址為1，600時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況？（）A.越界中斷B.正常訪問(wèn)C.缺段中斷D.地址轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤4、在一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)CPU資源。假設(shè)系統(tǒng)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，每個(gè)進(jìn)程被分配相同長(zhǎng)度的時(shí)間片。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在其時(shí)間片內(nèi)未完成任務(wù)時(shí)，會(huì)被掛起并放入就緒隊(duì)列等待下一輪調(diào)度?，F(xiàn)在有三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3，它們的運(yùn)行時(shí)間分別為20毫秒、10毫秒和30毫秒。如果系統(tǒng)的時(shí)間片長(zhǎng)度為10毫秒，那么這三個(gè)進(jìn)程的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間（從進(jìn)程開(kāi)始到完成的時(shí)間）大約是多少？需要考慮進(jìn)程的切換時(shí)間和等待時(shí)間，并分析這種調(diào)度算法在不同場(chǎng)景下的優(yōu)缺點(diǎn)。A.20毫秒B.23.33毫秒C.26.67毫秒D.30毫秒5、在一個(gè)多道程序設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。假設(shè)進(jìn)程A正在執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，進(jìn)程B正在進(jìn)行I/O操作，進(jìn)程C處于就緒狀態(tài)。此時(shí)，操作系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度。以下關(guān)于進(jìn)程調(diào)度的說(shuō)法中，正確的是：（）A.一定會(huì)將進(jìn)程C調(diào)度執(zhí)行，因?yàn)樗幱诰途w狀態(tài)B.可能會(huì)繼續(xù)讓進(jìn)程A執(zhí)行，因?yàn)樗谶M(jìn)行計(jì)算且未完成C.一定會(huì)優(yōu)先調(diào)度進(jìn)程B，因?yàn)镮/O操作通常具有較高的優(yōu)先級(jí)D.可能會(huì)選擇一個(gè)新的進(jìn)程進(jìn)入執(zhí)行，而不是在這三個(gè)進(jìn)程中進(jìn)行調(diào)度6、在一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，任務(wù)的調(diào)度不僅要考慮任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，還要滿足任務(wù)的時(shí)間約束。假設(shè)有一個(gè)周期性任務(wù)，其執(zhí)行周期為50毫秒，每次執(zhí)行時(shí)間為20毫秒。分析在不同的調(diào)度算法（如單調(diào)速率調(diào)度、最早截止時(shí)間優(yōu)先等）下，如何保證該任務(wù)能夠按時(shí)完成，并討論這些調(diào)度算法在處理周期性任務(wù)時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。A.單調(diào)速率調(diào)度算法最優(yōu)B.最早截止時(shí)間優(yōu)先算法最優(yōu)C.兩種算法在不同情況下各有優(yōu)劣D.取決于任務(wù)的具體特點(diǎn)和系統(tǒng)負(fù)載7、在一個(gè)具有多核處理器的操作系統(tǒng)中，線程的調(diào)度需要考慮處理器的親和性。假設(shè)一個(gè)多線程應(yīng)用程序的線程在不同的核心上頻繁切換，分析這種核心切換對(duì)性能的影響，包括緩存命中率的降低、上下文切換開(kāi)銷等，并討論如何通過(guò)設(shè)置線程的處理器親和性來(lái)提高性能，以及在什么情況下需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整親和性。A.核心切換總是降低性能，應(yīng)避免B.核心切換在某些情況下有益，某些情況下有害C.核心切換對(duì)性能影響不大，無(wú)需關(guān)注D.取決于應(yīng)用程序的特點(diǎn)和系統(tǒng)負(fù)載8、在一個(gè)具有虛擬存儲(chǔ)管理的操作系統(tǒng)中，某進(jìn)程的虛擬地址空間大小為4GB，其中用戶空間為3GB，內(nèi)核空間為1GB。系統(tǒng)采用請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式，頁(yè)面置換算法為最近最少使用（LRU）算法。假設(shè)當(dāng)前系統(tǒng)物理內(nèi)存為2GB，進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，已將部分頁(yè)面調(diào)入內(nèi)存。在運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)程又需要訪問(wèn)一個(gè)新的頁(yè)面，而此時(shí)內(nèi)存中沒(méi)有空閑頁(yè)框。那么，操作系統(tǒng)會(huì)如何處理這種情況？（）A.立即終止該進(jìn)程，因?yàn)閮?nèi)存不足無(wú)法滿足其頁(yè)面請(qǐng)求B.選擇一個(gè)最近最少使用的頁(yè)面換出到外存，將新頁(yè)面調(diào)入內(nèi)存C.隨機(jī)選擇一個(gè)頁(yè)面換出到外存，將新頁(yè)面調(diào)入內(nèi)存D.拒絕該頁(yè)面請(qǐng)求，等待用戶釋放其他頁(yè)面后再進(jìn)行調(diào)入9、在操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理中，段式存儲(chǔ)管理將用戶程序按照邏輯分段，每個(gè)段具有不同的名字和長(zhǎng)度。與分頁(yè)存儲(chǔ)管理相比，段式存儲(chǔ)管理更便于實(shí)現(xiàn)程序的模塊化和動(dòng)態(tài)鏈接。假設(shè)一個(gè)段式存儲(chǔ)系統(tǒng)，地址空間為32位，其中段號(hào)占8位，段內(nèi)偏移量占24位，每個(gè)段最大長(zhǎng)度為2^24字節(jié)。那么，該系統(tǒng)最多可以有多少個(gè)段（）A.2^8個(gè)B.2^16個(gè)C.2^24個(gè)D.2^32個(gè)10、設(shè)備管理中的設(shè)備分配策略可以影響系統(tǒng)的性能和公平性。以下關(guān)于設(shè)備分配策略的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.設(shè)備分配可以采用先來(lái)先服務(wù)、優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先等策略B.設(shè)備分配策略需要考慮設(shè)備的特性和進(jìn)程的需求C.設(shè)備分配策略可以采用獨(dú)占式分配和共享式分配兩種方式D.設(shè)備分配策略只對(duì)輸入設(shè)備有效，對(duì)輸出設(shè)備沒(méi)有作用11、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程間通信（IPC）是實(shí)現(xiàn)進(jìn)程協(xié)作和數(shù)據(jù)交換的重要手段。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)?，F(xiàn)在有多種IPC機(jī)制可供選擇，如管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存和信號(hào)量等。分析每種IPC機(jī)制在數(shù)據(jù)傳輸量、同步方式、通信效率和編程復(fù)雜性等方面的特點(diǎn)，并根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇最合適的IPC機(jī)制。A.管道最適合B.消息隊(duì)列最適合C.共享內(nèi)存最適合D.應(yīng)根據(jù)具體場(chǎng)景選擇12、在一個(gè)采用位示圖進(jìn)行磁盤空間管理的操作系統(tǒng)中，磁盤共有1000個(gè)物理塊，位示圖中每個(gè)字長(zhǎng)為32位。那么，位示圖需要占用多少個(gè)磁盤塊來(lái)存儲(chǔ)？（）A.10B.11C.32D.3313、在一個(gè)分布式操作系統(tǒng)中，多個(gè)計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)同工作。假設(shè)系統(tǒng)中的一個(gè)任務(wù)需要在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上并行執(zhí)行。以下關(guān)于分布式任務(wù)調(diào)度和資源分配的描述，正確的是：（）A.任務(wù)會(huì)被自動(dòng)分配到負(fù)載最輕的節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡B.每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和資源分配，互不影響C.分布式操作系統(tǒng)中不存在資源競(jìng)爭(zhēng)和死鎖問(wèn)題，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)相互獨(dú)立D.任務(wù)在節(jié)點(diǎn)之間的遷移不會(huì)影響其執(zhí)行進(jìn)度和結(jié)果14、設(shè)備管理中的設(shè)備獨(dú)立性是指程序與具體的設(shè)備無(wú)關(guān)。以下關(guān)于設(shè)備獨(dú)立性的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.設(shè)備獨(dú)立性可以提高程序的可移植性和設(shè)備的利用率B.設(shè)備獨(dú)立性可以通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和邏輯設(shè)備表來(lái)實(shí)現(xiàn)C.設(shè)備獨(dú)立性意味著程序可以不考慮設(shè)備的具體類型和特性，直接使用設(shè)備D.設(shè)備獨(dú)立性只對(duì)輸入設(shè)備有效，對(duì)輸出設(shè)備沒(méi)有作用15、在一個(gè)具有內(nèi)存保護(hù)機(jī)制的操作系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程都被分配了獨(dú)立的內(nèi)存空間，并且系統(tǒng)通過(guò)硬件和軟件的結(jié)合來(lái)防止進(jìn)程訪問(wèn)其他進(jìn)程的內(nèi)存區(qū)域。假設(shè)進(jìn)程P1試圖訪問(wèn)進(jìn)程P2的內(nèi)存空間，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)存訪問(wèn)違規(guī)的異常。分析這種內(nèi)存保護(hù)機(jī)制是如何實(shí)現(xiàn)的，包括硬件支持（如MMU）和操作系統(tǒng)的相關(guān)處理邏輯，并討論內(nèi)存保護(hù)在系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性方面的重要意義。A.通過(guò)硬件MMU實(shí)現(xiàn)，意義重大B.通過(guò)操作系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)，意義不大C.通過(guò)硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)，意義重大D.內(nèi)存保護(hù)機(jī)制作用有限，意義不大二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）文件系統(tǒng)的簇大小如何選擇？2、（本題5分）進(jìn)程的通信機(jī)制對(duì)系統(tǒng)性能有何影響？3、（本題5分）文件系統(tǒng)的性能優(yōu)化措施有哪些？三、論述題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）詳細(xì)闡述操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)的加密文件系統(tǒng)（EFS）的架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)，探討密鑰的生成、存儲(chǔ)和管理。分析EFS對(duì)數(shù)據(jù)保密性和文件系統(tǒng)性能的影響。2、（本題5分）操作系統(tǒng)的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制對(duì)于防止進(jìn)程非法訪問(wèn)內(nèi)存至關(guān)重要。論述內(nèi)存保護(hù)的方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，如基址寄存器、界限寄存器、頁(yè)保護(hù)等，分析內(nèi)存保護(hù)機(jī)制在防止內(nèi)存泄漏和緩沖區(qū)溢出方面的作用，探討如何增強(qiáng)內(nèi)存保護(hù)的安全性。3、（本題5分）隨著人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的發(fā)展，操作系統(tǒng)需要適應(yīng)新的計(jì)算需求。請(qǐng)綜合論述操作系統(tǒng)在支持人工智能和大數(shù)據(jù)工作負(fù)載方面的挑戰(zhàn)和解決方案，如高效的資源分配、并行計(jì)算支持等。4、（本題5分）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的資源預(yù)留是保證實(shí)時(shí)任務(wù)按時(shí)完成的重要手段。請(qǐng)深入探討資源預(yù)留的概念、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，分析資源預(yù)留對(duì)系統(tǒng)資源利用率和實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度的影響，以及如何在有限資源的情況