福州理工學(xué)院《計(jì)算思維》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

站名：站名：年級(jí)專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：凡年級(jí)專業(yè)、姓名、學(xué)號(hào)錯(cuò)寫、漏寫或字跡不清者，成績(jī)按零分記?！堋狻€…………第1頁(yè)，共1頁(yè)福州理工學(xué)院《計(jì)算思維》

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1分，共15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)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10242、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(yè)面大小為4KB。若采用最近最少使用（LRU）頁(yè)面置換算法，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生缺頁(yè)中斷時(shí)，需要替換的頁(yè)面在內(nèi)存中駐留的時(shí)間分別為100ms、200ms、300ms和400ms，請(qǐng)問(wèn)應(yīng)該替換哪個(gè)頁(yè)面？（）A.駐留時(shí)間為100ms的頁(yè)面B.駐留時(shí)間為200ms的頁(yè)面C.駐留時(shí)間為300ms的頁(yè)面D.駐留時(shí)間為400ms的頁(yè)面3、在操作系統(tǒng)的進(jìn)程通信中，消息傳遞是一種常見(jiàn)的方式。假設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2通過(guò)消息隊(duì)列進(jìn)行通信。P1向消息隊(duì)列發(fā)送了一條消息，P2從消息隊(duì)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(duì)列是一種先進(jìn)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(dāng)消息隊(duì)列已滿時(shí)，P1發(fā)送消息會(huì)被阻塞，直到隊(duì)列中有空間可用C.P2從消息隊(duì)列接收消息時(shí)，如果隊(duì)列為空，P2會(huì)一直等待，直到有消息到來(lái)D.消息傳遞通信只能在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程之間使用，不能用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的進(jìn)程通信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(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(wú)需優(yōu)化B.系統(tǒng)調(diào)用開銷大，可通過(guò)緩存優(yōu)化C.系統(tǒng)調(diào)用開銷大，可通過(guò)合并調(diào)用優(yōu)化D.系統(tǒng)調(diào)用開銷適中，無(wú)需特別優(yōu)化5、操作系統(tǒng)的內(nèi)核是系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)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(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)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(jìn)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(wèn)硬件資源，但需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制D.內(nèi)核是操作系統(tǒng)中唯一運(yùn)行在特權(quán)模式下的部分，其他部分都運(yùn)行在用戶模式下6、在操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度中，優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法可以根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)來(lái)決定其執(zhí)行順序。優(yōu)先級(jí)可以是靜態(tài)的，在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)確定；也可以是動(dòng)態(tài)的，根據(jù)進(jìn)程的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。假設(shè)系統(tǒng)中有三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3，它們的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)分別為3、5和7，當(dāng)前時(shí)刻P1正在運(yùn)行，P2和P3在就緒隊(duì)列中等待。突然，P1發(fā)生I/O等待，P2和P3的優(yōu)先級(jí)不變。那么，接下來(lái)應(yīng)該被調(diào)度執(zhí)行的進(jìn)程是（）A.P2B.P3C.繼續(xù)等待P1完成I/O操作D.不確定，取決于系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)7、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式，頁(yè)面大小為2KB，邏輯地址為32位。若某進(jìn)程的頁(yè)表如下所示：頁(yè)號(hào)物理塊號(hào)03152731則邏輯地址0x8000對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？（給出詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程）（）A.0x10000B.0x18000C.0x20000D.08、在操作系統(tǒng)中，線程同步的方式有多種，如互斥鎖、條件變量、信號(hào)量等。假設(shè)一個(gè)線程需要等待另一個(gè)線程完成某個(gè)操作后才能繼續(xù)執(zhí)行。以下關(guān)于線程同步方式選擇的描述，正確的是：（）A.如果只是簡(jiǎn)單的互斥訪問(wèn)資源，使用條件變量更合適B.信號(hào)量適合用于多個(gè)線程對(duì)多個(gè)資源的同步訪問(wèn)C.互斥鎖適用于線程之間需要復(fù)雜的交互和等待條件的情況D.條件變量通常與互斥鎖配合使用，以實(shí)現(xiàn)線程的等待和喚醒9、某操作系統(tǒng)采用分段存儲(chǔ)管理方式，用戶程序分為三個(gè)段：代碼段、數(shù)據(jù)段和堆棧段。其中代碼段的段地址為0x1000，段長(zhǎng)2KB；數(shù)據(jù)段的段地址為0x2000，段長(zhǎng)1KB；堆棧段的段地址為0x3000，段長(zhǎng)0.5KB。若系統(tǒng)地址空間為4GB，且段表存放在內(nèi)存中，每個(gè)段表項(xiàng)占用4B。則段表的最大長(zhǎng)度是多少？（）A.1024B.2048C.4096D.819210、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(guò)inode中的指針來(lái)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(wèn)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(wèn)性能。A.讀取大文件時(shí)性能較好，無(wú)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11、在操作系統(tǒng)中，死鎖是一種常見(jiàn)的問(wèn)題。死鎖發(fā)生的必要條件包括互斥條件、請(qǐng)求和保持條件、不可剝奪條件以及循環(huán)等待條件。假設(shè)系統(tǒng)中有三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3，它們分別申請(qǐng)了資源R1、R2和R3?，F(xiàn)在P1持有R1并申請(qǐng)R2，P2持有R2并申請(qǐng)R3，P3持有R3并申請(qǐng)R1。此時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)陷入死鎖狀態(tài)。那么，為了避免死鎖，可以采用的方法不包括（）A.破壞互斥條件B.一次性分配所有資源C.按序分配資源D.剝奪某些進(jìn)程的資源12、在一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的上下文切換是經(jīng)常發(fā)生的。以下關(guān)于進(jìn)程上下文切換的開銷的描述，正確的是：（）A.進(jìn)程上下文切換的開銷主要包括保存和恢復(fù)寄存器的值、更新頁(yè)表等B.進(jìn)程上下文切換的開銷很小，可以忽略不計(jì)，不會(huì)影響系統(tǒng)性能C.上下文切換的開銷與進(jìn)程的數(shù)量成正比，進(jìn)程越多，開銷越大D.減少進(jìn)程的數(shù)量可以完全消除上下文切換的開銷13、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(wèn)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(wèn)資源R時(shí)，執(zhí)行P(S)操作；當(dāng)P1訪問(wèn)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)14、在操作系統(tǒng)中，虛擬內(nèi)存技術(shù)被廣泛應(yīng)用。假設(shè)系統(tǒng)的物理內(nèi)存為4GB，采用分頁(yè)存儲(chǔ)管理，頁(yè)面大小為4KB。進(jìn)程的虛擬地址空間為8GB。當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)一個(gè)虛擬地址時(shí)，操作系統(tǒng)需要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。以下關(guān)于虛擬內(nèi)存和地址轉(zhuǎn)換的描述中，正確的是：（）A.虛擬內(nèi)存技術(shù)使得進(jìn)程可以使用比物理內(nèi)存更大的地址空間，但可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片的產(chǎn)生B.地址轉(zhuǎn)換過(guò)程中，操作系統(tǒng)通過(guò)頁(yè)表將虛擬地址直接映射為物理地址，無(wú)需其他操作C.虛擬內(nèi)存技術(shù)總是能夠提高系統(tǒng)的內(nèi)存利用率，無(wú)論進(jìn)程的實(shí)際內(nèi)存需求如何D.當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)的虛擬地址對(duì)應(yīng)的頁(yè)面不在物理內(nèi)存中時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)立即將整個(gè)進(jìn)程換出到外存15、在一個(gè)支持虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程發(fā)生缺頁(yè)中斷時(shí)，操作系統(tǒng)需要從磁盤中將所需的頁(yè)面調(diào)入內(nèi)存。假設(shè)頁(yè)面置換算法為先進(jìn)先出（FIFO）算法，當(dāng)前內(nèi)存中有三個(gè)頁(yè)面，分別是頁(yè)面A、B、C，最近訪問(wèn)的順序?yàn)锽、C、A?，F(xiàn)在需要調(diào)入頁(yè)面D，而內(nèi)存已滿，那么會(huì)置換出哪個(gè)頁(yè)面？（）A.頁(yè)面A，因?yàn)樗亲钤邕M(jìn)入內(nèi)存的頁(yè)面B.頁(yè)面B，因?yàn)樗亲罱L問(wèn)的頁(yè)面C.頁(yè)面C，因?yàn)樗谥虚g位置D.隨機(jī)選擇一個(gè)頁(yè)面進(jìn)行置換二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）操作系統(tǒng)如何處理分布式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)一致性？2、（本題5分）簡(jiǎn)述操作系統(tǒng)的成本效益分析和投資回報(bào)率計(jì)算。3、（本題5分）什么是系統(tǒng)可用性？4、（本題5分）操作系統(tǒng)如何支持分布式文件的復(fù)制？三、論述題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）隨著移動(dòng)設(shè)備的普及，操作系統(tǒng)在移動(dòng)平臺(tái)上有了新的特點(diǎn)和需求。請(qǐng)綜合論述移動(dòng)操作系統(tǒng)（如Android、iOS）與傳統(tǒng)桌面操作系統(tǒng)的區(qū)別，包括電源管理、觸摸支持、應(yīng)用生態(tài)等方面，并分析移動(dòng)操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。2、（本題5分）隨著虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，操作系統(tǒng)需要支持虛擬機(jī)的運(yùn)行。論述操作系統(tǒng)在虛擬化環(huán)境中的角色和功能，如虛擬機(jī)監(jiān)控器接口、資源虛擬化等，分析虛擬化對(duì)操作系統(tǒng)性能和功能的影響，探討操作系統(tǒng)如何適應(yīng)虛擬化帶來(lái)的變化。3、（本題5分）操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)快照技術(shù)可以用于數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)。請(qǐng)深入探討文件系統(tǒng)快照的原理和實(shí)現(xiàn)方式，分析快照的創(chuàng)建、管理和恢復(fù)過(guò)程，以及如何在不同的文件系統(tǒng)中應(yīng)用快照技術(shù)。4、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的確定性和可預(yù)測(cè)性保障機(jī)制，分析任務(wù)的時(shí)間約束、資源預(yù)留和調(diào)度算法的確定性。研究實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。5、（本題5分）在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，上下文切換是頻繁發(fā)生的操作。論述上下文切換的過(guò)程和開銷，