長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院《操作系統(tǒng)》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《操作系統(tǒng)》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共30個小題，每小題1分，共30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、在虛擬存儲系統(tǒng)中，頁面置換算法的性能對系統(tǒng)的整體性能有很大影響。假設(shè)系統(tǒng)采用先進(jìn)先出（FIFO）頁面置換算法。以下關(guān)于FIFO算法的特點的描述，正確的是：（）A.FIFO算法可能會把經(jīng)常使用的頁面置換出去，導(dǎo)致缺頁率增加B.FIFO算法總是選擇在內(nèi)存中駐留時間最長的頁面進(jìn)行置換C.FIFO算法實現(xiàn)簡單，但性能不如其他復(fù)雜的頁面置換算法D.FIFO算法不會產(chǎn)生Belady異?，F(xiàn)象2、在一個具有內(nèi)存保護(hù)機(jī)制的操作系統(tǒng)中，每個進(jìn)程都被分配了獨立的內(nèi)存空間，并且系統(tǒng)通過硬件和軟件的結(jié)合來防止進(jìn)程訪問其他進(jìn)程的內(nèi)存區(qū)域。假設(shè)進(jìn)程P1試圖訪問進(jìn)程P2的內(nèi)存空間，系統(tǒng)會產(chǎn)生一個內(nèi)存訪問違規(guī)的異常。分析這種內(nèi)存保護(hù)機(jī)制是如何實現(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.通過硬件MMU實現(xiàn)，意義重大B.通過操作系統(tǒng)軟件實現(xiàn)，意義不大C.通過硬件和軟件共同實現(xiàn)，意義重大D.內(nèi)存保護(hù)機(jī)制作用有限，意義不大3、在一個操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)啟動過程包括硬件初始化、內(nèi)核加載、驅(qū)動程序加載和用戶空間服務(wù)啟動等階段。假設(shè)系統(tǒng)在啟動過程中出現(xiàn)故障，分析可能導(dǎo)致故障的原因，如硬件問題、配置錯誤、驅(qū)動程序不兼容等，并討論如何進(jìn)行故障診斷和修復(fù)，以及如何優(yōu)化系統(tǒng)啟動過程以提高啟動速度。A.硬件問題是最常見的故障原因B.配置錯誤是最常見的故障原因C.驅(qū)動程序不兼容是最常見的故障原因D.不同故障原因在不同情況下都可能出現(xiàn)4、操作系統(tǒng)的進(jìn)程通信機(jī)制可以實現(xiàn)不同進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換和同步。以下關(guān)于進(jìn)程通信的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.進(jìn)程通信可以分為共享內(nèi)存、消息傳遞和管道等方式B.共享內(nèi)存方式速度快，但需要解決同步和互斥問題C.消息傳遞方式比較靈活，但開銷較大D.管道是一種單向通信方式，只能用于父子進(jìn)程之間的通信5、在操作系統(tǒng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)中，微內(nèi)核結(jié)構(gòu)和宏內(nèi)核結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點。假設(shè)一個操作系統(tǒng)采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以下關(guān)于其特點的描述，正確的是：（）A.微內(nèi)核結(jié)構(gòu)將大部分系統(tǒng)服務(wù)功能放在內(nèi)核之外，內(nèi)核體積小，穩(wěn)定性高B.由于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的內(nèi)核功能較少，系統(tǒng)的性能通常比宏內(nèi)核結(jié)構(gòu)更高C.微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)服務(wù)之間通信效率高，因為它們都在內(nèi)核中直接交互D.微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性較差，難以添加新的系統(tǒng)服務(wù)6、在一個具有快表的分頁系統(tǒng)中，假定頁表存放在內(nèi)存中，內(nèi)存訪問時間為100ns，快表的查找時間為20ns。若一次內(nèi)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.140ns7、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)一個系統(tǒng)中有三個緩沖池，分別用于輸入、輸出和中間轉(zhuǎn)換，每個緩沖池包含10個緩沖區(qū)?，F(xiàn)在有一個進(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8、操作系統(tǒng)的進(jìn)程通信可以實現(xiàn)不同進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換和同步。以下關(guān)于進(jìn)程通信的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.進(jìn)程通信可以分為共享內(nèi)存、消息傳遞和管道等方式B.共享內(nèi)存方式速度快，但需要解決同步和互斥問題C.消息傳遞方式比較靈活，但開銷較大D.管道是一種單向通信方式，只能用于父子進(jìn)程之間的通信9、在一個文件系統(tǒng)中，文件的物理結(jié)構(gòu)采用鏈接分配方式。每個磁盤塊大小為512字節(jié)，文件的起始地址為1000塊，文件長度為5000字節(jié)。請問該文件占用了多少個磁盤塊？（）A.10B.11C.12D.1310、在一個具有設(shè)備管理功能的操作系統(tǒng)中，有多種設(shè)備類型，如磁盤、打印機(jī)、鍵盤等。假設(shè)系統(tǒng)采用中斷驅(qū)動的I/O控制方式，當(dāng)一個設(shè)備完成I/O操作時，會向CPU發(fā)送中斷信號。現(xiàn)在有一個磁盤正在進(jìn)行讀操作，當(dāng)讀操作完成后，中斷處理程序需要完成哪些工作？（）A.保存當(dāng)前進(jìn)程的現(xiàn)場，切換到中斷服務(wù)進(jìn)程，處理中斷請求，恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場B.直接將讀取的數(shù)據(jù)傳遞給請求進(jìn)程，更新設(shè)備狀態(tài)，然后繼續(xù)執(zhí)行被中斷的進(jìn)程C.通知磁盤控制器停止操作，釋放相關(guān)資源，喚醒等待該I/O操作完成的進(jìn)程D.檢查中斷原因，獲取讀取的數(shù)據(jù)，進(jìn)行錯誤處理，將控制權(quán)交回被中斷的進(jìn)程11、在操作系統(tǒng)的進(jìn)程同步中，信號量是一種常用的同步工具。信號量可以分為整型信號量和記錄型信號量。整型信號量存在“忙等”問題，而記錄型信號量則通過阻塞和喚醒操作避免了這一問題。假設(shè)有兩個進(jìn)程P1和P2，它們共享一個緩沖區(qū)，P1負(fù)責(zé)向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，P2負(fù)責(zé)從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。為了保證緩沖區(qū)的正確使用，需要使用信號量進(jìn)行同步。那么，應(yīng)該設(shè)置的信號量數(shù)量以及初始值分別為（）A.1個，0B.1個，1C.2個，0D.2個，112、考慮一個具有多級反饋隊列調(diào)度算法的系統(tǒng)，共設(shè)置3個隊列，優(yōu)先級依次降低。第1隊列時間片為2ms，第2隊列時間片為4ms，第3隊列時間片為8ms。若有進(jìn)程P1到達(dá)時進(jìn)入第1隊列，運行1ms后未完成，被放入第2隊列；進(jìn)程P2到達(dá)時進(jìn)入第2隊列，運行3ms后未完成，被放入第3隊列。請問當(dāng)P1再次獲得CPU時，它已經(jīng)等待了多長時間？（）A.4msB.5msC.6msD.7ms13、在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的調(diào)度算法可以影響系統(tǒng)的性能和公平性。以下關(guān)于進(jìn)程調(diào)度算法的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.先來先服務(wù)調(diào)度算法簡單直觀，但可能導(dǎo)致短作業(yè)等待時間過長B.短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法可以提高系統(tǒng)的吞吐量，但可能導(dǎo)致長作業(yè)饑餓C.時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法可以保證每個進(jìn)程都有機(jī)會執(zhí)行，但可能導(dǎo)致頻繁的上下文切換D.高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法可以兼顧短作業(yè)和長作業(yè)的需求，但計算響應(yīng)比的開銷較大，不適合實時系統(tǒng)14、以下關(guān)于操作系統(tǒng)中進(jìn)程概念的描述，進(jìn)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(jìn)程通常由程序段、數(shù)據(jù)段和進(jìn)程控制塊（PCB）組成。其中，PCB包含了進(jìn)程的標(biāo)識符、狀態(tài)、優(yōu)先級、程序計數(shù)器等重要信息。那么，進(jìn)程與程序的本質(zhì)區(qū)別在于（）A.進(jìn)程是動態(tài)的，程序是靜態(tài)的B.進(jìn)程存儲在內(nèi)存，程序存儲在外存C.進(jìn)程能被多個程序共享，程序不能被多個進(jìn)程共享D.進(jìn)程有多個執(zhí)行狀態(tài)，程序只有一個執(zhí)行狀態(tài)15、在一個實時操作系統(tǒng)中，有多個任務(wù)具有不同的截止時間和優(yōu)先級。任務(wù)T1的截止時間為100毫秒，優(yōu)先級為高；任務(wù)T2的截止時間為200毫秒，優(yōu)先級為中；任務(wù)T3的截止時間為300毫秒，優(yōu)先級為低。假設(shè)系統(tǒng)當(dāng)前處于空閑狀態(tài)，然后這三個任務(wù)依次到達(dá)。如果系統(tǒng)采用基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度算法，那么任務(wù)的執(zhí)行順序是怎樣的？同時分析這種調(diào)度算法在滿足實時任務(wù)截止時間方面的可靠性和可能存在的問題。A.T1->T2->T3B.T1->T3->T2C.T2->T1->T3D.T3->T2->T116、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(jìn)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(jìn)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17、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(jìn)行時間管理和任務(wù)調(diào)度的重要依據(jù)。假設(shè)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(wù)執(zhí)行的干擾等，并討論如何合理設(shè)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(yīng)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18、在操作系統(tǒng)的設(shè)備管理中，I/O控制方式有多種，如程序控制I/O、中斷驅(qū)動I/O、DMA方式和通道控制方式。假設(shè)一個磁盤正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以下關(guān)于不同I/O控制方式的描述中，正確的是：（）A.程序控制I/O方式下，CPU會一直等待I/O操作完成，導(dǎo)致CPU利用率很低B.中斷驅(qū)動I/O方式中，CPU在I/O操作開始后可以去執(zhí)行其他任務(wù)，直到收到中斷信號C.DMA方式下，數(shù)據(jù)的傳輸完全由DMA控制器控制，CPU無需參與D.通道控制方式是最復(fù)雜的I/O控制方式，因此在實際應(yīng)用中很少使用19、在一個采用請求分頁存儲管理的操作系統(tǒng)中，頁面大小為4KB，某進(jìn)程的邏輯地址空間為32GB。若該進(jìn)程的頁表項中，有效位為1表示頁面在內(nèi)存中，為0表示頁面不在內(nèi)存中。假設(shè)頁表存放在內(nèi)存中，每頁可存放1024個頁表項。那么，該進(jìn)程頁表的大小是多少？（）A.4MBB.8MBC.16MBD.32MB20、在一個操作系統(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，系統(tǒng)首先將操作記錄在日志中，然后再實際更新文件數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。分析這種日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)在面對系統(tǒng)崩潰或電源故障時如何保證文件系統(tǒng)的一致性，以及與傳統(tǒng)文件系統(tǒng)相比在性能和存儲空間使用方面的特點。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21、在一個具有緩存機(jī)制的操作系統(tǒng)中，為了提高磁盤I/O的性能，系統(tǒng)會在內(nèi)存中設(shè)置磁盤緩存。假設(shè)系統(tǒng)中有一個頻繁訪問的小文件，其數(shù)據(jù)可以完全存儲在磁盤緩存中。分析磁盤緩存的替換策略（如LRU、FIFO等）對緩存命中率和系統(tǒng)整體性能的影響，并討論如何根據(jù)文件的訪問模式選擇合適的緩存替換策略。A.LRU策略最優(yōu)B.FIFO策略最優(yōu)C.應(yīng)根據(jù)訪問模式選擇D.緩存替換策略影響不大22、某計算機(jī)系統(tǒng)中有一個磁盤，轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分鐘，每個磁道有160個扇區(qū)，每個扇區(qū)512字節(jié)。若磁頭從一個磁道移動到相鄰磁道的平均時間為1ms，請問讀取一個4KB的數(shù)據(jù)塊平均需要多長時間？（假設(shè)不考慮旋轉(zhuǎn)延遲和傳輸時間）（）A.8.5msB.9.5msC.10.5msD.11.5ms23、某磁盤共有200個柱面，每個柱面有20個磁道，每個磁道有10個扇區(qū)。假定磁盤旋轉(zhuǎn)一圈的時間為20ms，磁頭在每個磁道上的平均移動時間為10ms。若要讀取一個位于第150柱面、第5磁道、第8扇區(qū)的數(shù)據(jù)，至少需要多少時間？（請說明計算過程）（）A.28msB.30msC.32msD.36ms24、進(jìn)程同步是操作系統(tǒng)中保證進(jìn)程協(xié)調(diào)運行的重要機(jī)制。假設(shè)有兩個進(jìn)程P1和P2，它們共享一個緩沖區(qū)。P1負(fù)責(zé)向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，P2負(fù)責(zé)從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)的正確讀寫，需要使用信號量進(jìn)行同步。以下關(guān)于信號量操作的描述，正確的是：（）A.P1在寫入數(shù)據(jù)前先執(zhí)行V操作，P2在讀取數(shù)據(jù)前先執(zhí)行P操作B.P1在寫入數(shù)據(jù)前先執(zhí)行P操作，P2在讀取數(shù)據(jù)前先執(zhí)行V操作C.P1和P2在讀寫數(shù)據(jù)前都先執(zhí)行P操作，完成后都執(zhí)行V操作D.P1和P2在讀寫數(shù)據(jù)前都先執(zhí)行V操作，完成后都執(zhí)行P操作25、在操作系統(tǒng)中，死鎖是一種嚴(yán)重的問題。以下關(guān)于死鎖的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.死鎖是指多個進(jìn)程因為競爭資源而陷入無限等待的狀態(tài)B.產(chǎn)生死鎖的必要條件包括互斥條件、請求和保持條件、不剝奪條件和環(huán)路等待條件C.可以通過銀行家算法來避免死鎖的發(fā)生D.一旦發(fā)生死鎖，系統(tǒng)就無法正常運行，必須重新啟動計算機(jī)才能解決26、在一個分布式操作系統(tǒng)中，多個計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，共同完成一個任務(wù)。假設(shè)一個計算任務(wù)可以被分解為多個子任務(wù)，并分配到不同的計算機(jī)上執(zhí)行。在任務(wù)執(zhí)行過程中，需要進(jìn)行進(jìn)程間的通信和同步。以下哪種方式最適合用于進(jìn)程間的通信？（）A.共享內(nèi)存B.消息傳遞C.信號量D.管道27、在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中，索引節(jié)點（inode）是用于存儲文件屬性和磁盤地址等信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。假設(shè)一個文件系統(tǒng)采用直接索引和間接索引相結(jié)合的方式來存儲文件數(shù)據(jù)的磁盤地址。對于一個較大的文件，以下關(guān)于磁盤地址存儲和訪問的描述，正確的是：（）A.直接索引部分可以存儲較多的磁盤地址，足以滿足大部分文件的需求B.間接索引部分通過指針指向多個磁盤塊，用于存儲更多的磁盤地址C.讀取文件數(shù)據(jù)時，首先查找直接索引部分，若找不到再查找間接索引部分D.間接索引會增加文件的讀取時間，因此應(yīng)盡量減少間接索引的使用28、在一個操作系統(tǒng)中，有一個進(jìn)程正在進(jìn)行大量的文件讀寫操作。為了提高文件系統(tǒng)的性能，操作系統(tǒng)采用了緩存機(jī)制，將經(jīng)常訪問的文件數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中。以下關(guān)于文件緩存的描述，哪一項是正確的？（）A.文件緩存可以減少磁盤I/O操作的次數(shù)，提高文件訪問的速度，但會占用大量的內(nèi)存B.文件緩存中的數(shù)據(jù)會自動與磁盤中的文件保持同步，無需額外的操作C.當(dāng)內(nèi)存不足時，文件緩存中的數(shù)據(jù)會被立即清除，以釋放內(nèi)存給其他進(jìn)程使用D.文件緩存只對順序讀取文件有效，對隨機(jī)讀取文件沒有幫助29、在一個采用先來先服務(wù)（FCFS）磁盤調(diào)度算法的系統(tǒng)中，假設(shè)磁盤請求隊列的順序為98，183，37，122，14，124，65，67。磁頭初始位置在53磁道，磁頭移動方向從0磁道開始向磁道號增加的方向移動，請問磁頭移動的總距離是多少？（）A.565B.649C.708D.75630、在操作系統(tǒng)的磁盤調(diào)度算法中，先來先服務(wù)（FCFS）、最短尋道時間優(yōu)先（SSTF）和掃描算法（SCAN）是常見的方法。假設(shè)磁盤請求隊列中的請求順序為55、58、39、18、90、160、150、38、184，磁頭當(dāng)前位于100磁道，向磁道號增加的方向移動。以下關(guān)于不同磁盤調(diào)度算法的描述中，正確的是：（）A.FCFS算法按照請求到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度，平均尋道時間較長B.SSTF算法總是選擇距離當(dāng)前磁頭位置最近的請求進(jìn)行調(diào)度，可能會導(dǎo)致某些請求長時間等待C.SCAN算法在磁頭移動到一端后，會立即反向移動，避免了饑餓現(xiàn)象D.不同的磁盤調(diào)度算法在不同的磁盤負(fù)載情況下性能表現(xiàn)不同，需要根據(jù)實際情況選擇合適的算法二、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）操作系統(tǒng)的啟動過程是系統(tǒng)