煙臺大學《操作系統(tǒng)》2022-2023學年第一學期期末試卷

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《操作系統(tǒng)》2022-2023學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20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、在一個具有虛擬內存的操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用請求調頁的方式將頁面調入內存。當一個進程訪問一個不在內存中的頁面時，會產(chǎn)生缺頁中斷。假設頁面置換算法為最近最久未使用（LRU）算法，系統(tǒng)為該進程分配了4個頁框。進程的頁面訪問序列為1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，初始時4個頁框均為空。那么，在這個過程中發(fā)生的缺頁次數(shù)是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次2、在一個操作系統(tǒng)中，虛擬文件系統(tǒng)（VFS）為不同類型的文件系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的接口。假設系統(tǒng)同時支持EXT4、NTFS和FAT32等文件系統(tǒng)，分析VFS的層次結構和工作機制，包括文件操作的轉換和不同文件系統(tǒng)的適配，并討論VFS在支持多種文件系統(tǒng)和提高系統(tǒng)可擴展性方面的作用。A.VFS作用顯著，提高了可擴展性B.VFS作用有限，對可擴展性影響不大C.VFS增加了系統(tǒng)復雜性，得不償失D.取決于系統(tǒng)的應用場景和用戶需求3、在操作系統(tǒng)的設備管理中，緩沖技術可以有效地提高I/O操作的效率。緩沖池是一種常見的緩沖技術，它由多個緩沖區(qū)組成，可以用于輸入、輸出和中間轉換。假設一個系統(tǒng)中有三個緩沖池，分別用于輸入、輸出和中間轉換，每個緩沖池包含10個緩沖區(qū)?，F(xiàn)在有一個進程進行數(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，每個緩沖區(qū)大小為1KB。那么，至少需要多少個緩沖區(qū)才能滿足操作需求（）A.80個B.70個C.60個D.50個4、在操作系統(tǒng)中，進程通信的方式多種多樣。共享內存方式通過共享一塊內存區(qū)域來實現(xiàn)進程間的數(shù)據(jù)交換，具有很高的通信效率；消息傳遞方式則通過發(fā)送和接收消息來完成通信，消息可以包含各種數(shù)據(jù)類型；管道通信方式則是一種半雙工的通信方式，常用于父子進程之間的通信。假設有兩個進程需要進行大量數(shù)據(jù)的實時交換，并且要求通信的可靠性較高，那么最適合采用的通信方式是（）A.共享內存B.消息傳遞C.管道通信D.以上方式都不適合5、在一個分布式操作系統(tǒng)中，多個計算機通過網(wǎng)絡連接在一起，共同完成一個大型任務。假設系統(tǒng)中有節(jié)點A、B、C和D，它們分別承擔不同的計算任務和數(shù)據(jù)存儲任務。現(xiàn)在節(jié)點A出現(xiàn)故障，系統(tǒng)需要進行故障恢復和任務重新分配。在這種情況下，以下關于分布式操作系統(tǒng)的處理方式的描述，哪一項是正確的？（）A.系統(tǒng)會立即停止所有任務，等待節(jié)點A恢復正常后再繼續(xù)運行B.其他節(jié)點會自動接管節(jié)點A的任務，并重新分配計算和存儲資源，保證任務繼續(xù)進行C.系統(tǒng)會將整個任務回滾到之前的一個檢查點，然后從該點重新開始執(zhí)行D.由于分布式系統(tǒng)的復雜性，節(jié)點A的故障會導致整個系統(tǒng)崩潰，無法恢復6、在一個操作系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)負責管理存儲在磁盤上的文件和目錄。假設使用的是一種索引節(jié)點（inode）結構的文件系統(tǒng)，每個文件都有一個對應的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)在有一個大文件，其數(shù)據(jù)分布在多個不連續(xù)的磁盤塊上。當讀取這個文件時，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)在處理大文件時的性能特點，包括磁盤尋道時間、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.讀取大文件時性能較好，無需優(yōu)化B.讀取大文件時性能較差，可采用連續(xù)分配方式優(yōu)化C.讀取大文件時性能較差，可采用更大的磁盤緩存優(yōu)化D.讀取大文件時性能較差，可采用更高效的磁盤調度算法優(yōu)化7、某計算機系統(tǒng)采用固定分區(qū)存儲管理方式，系統(tǒng)內存被劃分為4個分區(qū)，大小分別為200KB、400KB、600KB和800KB。現(xiàn)有四個作業(yè)J1、J2、J3和J4，它們的大小分別為150KB、350KB、550KB和750KB。若采用首次適應算法分配內存，作業(yè)的裝入順序為J1、J2、J3、J4，請問哪個作業(yè)無法裝入內存？（）A.J1B.J2C.J3D.J48、以下關于操作系統(tǒng)中進程概念的描述，進程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程，它具有動態(tài)性、并發(fā)性等特征。在操作系統(tǒng)中，進程通常由程序段、數(shù)據(jù)段和進程控制塊（PCB）組成。其中，PCB包含了進程的標識符、狀態(tài)、優(yōu)先級、程序計數(shù)器等重要信息。那么，進程與程序的本質區(qū)別在于（）A.進程是動態(tài)的，程序是靜態(tài)的B.進程存儲在內存，程序存儲在外存C.進程能被多個程序共享，程序不能被多個進程共享D.進程有多個執(zhí)行狀態(tài)，程序只有一個執(zhí)行狀態(tài)9、在一個實時操作系統(tǒng)中，有三個周期性任務T1、T2、T3，它們的周期分別為50ms、100ms、200ms，執(zhí)行時間分別為20ms、30ms、40ms。采用最早截止時間優(yōu)先（EDF）調度算法。在0時刻，三個任務同時到達。那么，在第一個200ms內，T1任務被調度執(zhí)行的次數(shù)是多少？（）A.2次B.3次C.4次D.5次10、在一個支持多線程的操作系統(tǒng)中，線程的同步和互斥是常見的操作。假設有兩個線程T1和T2共享一個全局變量count，初始值為0。T1負責對count進行加1操作，T2負責對count進行減1操作。為了保證操作的正確性，需要使用鎖機制。以下關于鎖使用的描述，正確的是：（）A.T1和T2在操作count前都先獲取鎖，操作完成后釋放鎖B.只有T1需要獲取鎖進行加1操作，T2不需要獲取鎖進行減1操作C.鎖的獲取和釋放操作會導致線程的切換，從而降低系統(tǒng)性能D.可以使用多個鎖來分別保護count的加操作和減操作，提高并發(fā)度11、在一個分布式操作系統(tǒng)中，進程遷移是一項重要的功能。假設進程P需要從節(jié)點A遷移到節(jié)點B，以下關于進程遷移的步驟和需要考慮的因素，哪一項是正確的？（）A.首先停止進程P在節(jié)點A的執(zhí)行，將其狀態(tài)和數(shù)據(jù)打包發(fā)送到節(jié)點B，在節(jié)點B恢復進程的執(zhí)行；需要考慮節(jié)點B的資源可用性和網(wǎng)絡帶寬B.在節(jié)點A和節(jié)點B同時啟動進程P的副本，然后逐漸將節(jié)點A的工作轉移到節(jié)點B，最后停止節(jié)點A的副本；需要考慮進程的同步和數(shù)據(jù)一致性C.將進程P在節(jié)點A的代碼和數(shù)據(jù)直接復制到節(jié)點B，然后在節(jié)點B啟動進程；需要考慮節(jié)點A和節(jié)點B的操作系統(tǒng)版本差異D.進程P在節(jié)點A繼續(xù)執(zhí)行，同時在節(jié)點B逐步創(chuàng)建相同的進程環(huán)境，當準備好后切換到節(jié)點B執(zhí)行；需要考慮進程的優(yōu)先級和負載均衡12、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構，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)絡環(huán)境中的進程通信13、在一個具有實時時鐘的操作系統(tǒng)中，時鐘中斷是系統(tǒng)進行時間管理和任務調度的重要依據(jù)。假設系統(tǒng)的時鐘中斷頻率為100Hz，分析時鐘中斷對系統(tǒng)性能的影響，包括中斷處理的開銷和對任務執(zhí)行的干擾等，并討論如何合理設置時鐘中斷頻率以平衡系統(tǒng)的時間精度和性能，以及在不同應用場景下的最佳實踐。A.時鐘中斷頻率越高越好B.時鐘中斷頻率越低越好C.存在一個最優(yōu)的時鐘中斷頻率D.時鐘中斷頻率的影響不大14、在計算機操作系統(tǒng)中，內存管理是一項關鍵任務。假設系統(tǒng)采用分頁存儲管理方式，頁面大小為4KB，某進程的邏輯地址空間為32GB。則該進程的頁表項數(shù)量至少為：（）A.8MB.2MC.1MD.4M15、在操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)調用是用戶程序與操作系統(tǒng)內核進行交互的接口。假設有一個用戶程序需要讀取一個文件的內容，通過系統(tǒng)調用實現(xiàn)。以下關于系統(tǒng)調用執(zhí)行過程的描述，正確的是：（）A.用戶程序直接訪問文件系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)結構，完成文件讀取操作B.用戶程序通過陷入內核模式，執(zhí)行內核提供的文件讀取函數(shù)C.系統(tǒng)調用會導致用戶程序被阻塞，直到文件讀取完成后才能繼續(xù)執(zhí)行D.系統(tǒng)調用的執(zhí)行速度非?？?，對用戶程序的性能幾乎沒有影響16、在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中，文件的物理結構有連續(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；索引分配方式則結合了兩者的優(yōu)點。假設一個文件系統(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、在一個分布式操作系統(tǒng)中，多個計算機通過網(wǎng)絡連接協(xié)同工作。假設系統(tǒng)中有多個任務需要分配到不同的節(jié)點上執(zhí)行，以下關于分布式操作系統(tǒng)任務分配的描述中，正確的是：（）A.任務分配只考慮節(jié)點的計算能力，不考慮網(wǎng)絡帶寬和延遲B.分布式操作系統(tǒng)會自動將任務平均分配到各個節(jié)點上，以保證負載均衡C.在任務分配過程中，需要考慮節(jié)點的資源狀態(tài)、任務的需求以及網(wǎng)絡通信開銷等因素D.一旦任務被分配到某個節(jié)點上，就不能再遷移到其他節(jié)點，即使該節(jié)點出現(xiàn)故障18、在一個具有快表的分頁系統(tǒng)中，假定頁表存放在內存中，內存訪問時間為100ns，快表的查找時間為20ns。若一次內存訪問需要查找頁表，而快表命中的概率為80%。則有效訪問時間是多少？（）A.100nsB.116nsC.120nsD.140ns19、在一個具有快表的分頁存儲管理系統(tǒng)中，快表的命中率為80%，訪問快表的時間為10ns，訪問主存的時間為100ns。若要訪問的頁面在快表中，那么一次有效地址轉換所需的平均時間是多少？若頁面不在快表中呢？（）A.20ns，110nsB.18ns，110nsC.20ns，120nsD.18ns，120ns20、設備管理中的設備獨立性可以提高程序的可移植性和設備的利用率。以下關于設備獨立性的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.設備獨立性可以通過設備驅動程序和邏輯設備表來實現(xiàn)B.設備獨立性意味著程序可以不考慮設備的具體類型和特性，直接使用設備C.設備獨立性可以提高設備的利用率，因為不同的程序可以共享設備D.設備獨立性只對輸入設備有效，對輸出設備沒有作用二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）文件系統(tǒng)的擴展屬性有什么作用？2、（本題5分）簡述分段中的段表結構和地址轉換過程。3、（本題5分）什么是操作系統(tǒng)的開源許可證和法律問題？4、（本題5分）簡述處理機調度的層次和主要任務。5、（本題5分）簡述命令行接口和圖形用戶接口的特點。三、綜合分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）研究操作系統(tǒng)如何支持不同類型的存儲虛擬化技術和其性能影響。2、（本題5分）研究操作系統(tǒng)中的內存管理的內存映射文件的性能影響因素。3、（本題5分）分析操作系統(tǒng)中的設備驅動程序的加載和卸載過程。4、（本題5分）研究操作系統(tǒng)如何支持不同類型的文件系統(tǒng)快照技術和其應用場景。5、（本題5分）分析操作系統(tǒng)如何處理文件系統(tǒng)的文件重命名和移動操作的優(yōu)化。四、論述題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）在移動操