東北大學(xué)《操作系統(tǒng)B》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁東北大學(xué)

《操作系統(tǒng)B》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題2分，共40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、在一個(gè)具有設(shè)備管理功能的操作系統(tǒng)中，設(shè)備分配采用靜態(tài)分配方式。有三個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3，分別需要使用打印機(jī)、掃描儀和繪圖儀。系統(tǒng)中有一臺(tái)打印機(jī)、一臺(tái)掃描儀和一臺(tái)繪圖儀。當(dāng)P1申請(qǐng)打印機(jī)、P2申請(qǐng)掃描儀、P3申請(qǐng)繪圖儀時(shí)，系統(tǒng)能否滿足這些請(qǐng)求？（）A.可以滿足，因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程申請(qǐng)的設(shè)備不同B.不能滿足，因?yàn)樵O(shè)備分配是靜態(tài)的，可能已經(jīng)被其他進(jìn)程占用C.可以滿足，但需要等待一段時(shí)間，進(jìn)行設(shè)備的分配和初始化D.不確定，取決于設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)和系統(tǒng)的配置2、在操作系統(tǒng)中，虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以擴(kuò)大程序的可用內(nèi)存空間。以下關(guān)于虛擬存儲(chǔ)的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)將硬盤空間作為內(nèi)存的擴(kuò)展，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，將部分頁面換出到硬盤上B.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以提高程序的并發(fā)度，因?yàn)槎鄠€(gè)程序可以共享硬盤空間作為虛擬內(nèi)存C.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)需要硬件支持，如MMU（內(nèi)存管理單元）D.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以完全替代物理內(nèi)存，使得程序可以在沒有物理內(nèi)存的情況下運(yùn)行3、在一個(gè)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(shí)，系統(tǒng)首先將操作記錄在日志中，然后再實(shí)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(duì)系統(tǒng)崩潰或電源故障時(shí)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(chǔ)空間使用方面的特點(diǎn)。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4、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(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)中的文件和目錄，提供文件的存儲(chǔ)、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(chǔ)結(jié)構(gòu)，如順序存儲(chǔ)、鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)和索引存儲(chǔ)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5、在一個(gè)具有內(nèi)存管理功能的操作系統(tǒng)中，采用分段和分頁相結(jié)合的存儲(chǔ)管理方式。進(jìn)程的邏輯地址由段號(hào)、段內(nèi)頁號(hào)和頁內(nèi)偏移量組成。假設(shè)段表項(xiàng)中包含段的起始地址、段長(zhǎng)和頁表起始地址，頁表項(xiàng)中包含頁框號(hào)。當(dāng)進(jìn)程訪問邏輯地址為（2，1，500）時(shí)（假設(shè)段號(hào)、段內(nèi)頁號(hào)和頁內(nèi)偏移量均從0開始計(jì)數(shù)），系統(tǒng)進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。已知段表中第2段的起始地址為10000，段長(zhǎng)為5000，頁表起始地址為2000，頁表中第1頁對(duì)應(yīng)的頁框號(hào)為3。那么，對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？（）A.10500B.12500C.15500D.185006、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7、在一個(gè)多道批處理系統(tǒng)中，有三個(gè)作業(yè)J1、J2和J3，它們的提交時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間如下表所示：作業(yè)提交時(shí)間運(yùn)行時(shí)間（小時(shí)）J18:003J29:002J310:001假設(shè)系統(tǒng)采用短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法，計(jì)算三個(gè)作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。（給出詳細(xì)的計(jì)算過程）（）A.4小時(shí)B.4.33小時(shí)C.4.67小時(shí)D.5小時(shí)8、在操作系統(tǒng)中，線程的同步和互斥是保證多線程程序正確執(zhí)行的關(guān)鍵。以下關(guān)于線程同步和互斥的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.線程同步是指多個(gè)線程之間協(xié)調(diào)執(zhí)行，避免出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)條件和數(shù)據(jù)不一致的問題B.線程互斥是指多個(gè)線程之間對(duì)共享資源的訪問進(jìn)行互斥控制，保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程訪問共享資源C.線程同步和互斥可以通過鎖、信號(hào)量和條件變量等機(jī)制來實(shí)現(xiàn)D.線程同步和互斥只對(duì)多線程程序有效，對(duì)單線程程序沒有作用9、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，死鎖是一種可能發(fā)生的嚴(yán)重問題。假設(shè)有四個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3和P4，它們分別占用了部分資源，并請(qǐng)求其他資源，從而形成了一個(gè)死鎖的局面。已知進(jìn)程P1占用了資源R1，并請(qǐng)求資源R2；進(jìn)程P2占用了資源R2，并請(qǐng)求資源R3；進(jìn)程P3占用了資源R3，并請(qǐng)求資源R1；進(jìn)程P4占用了資源R4，并請(qǐng)求資源R1。分析這種死鎖情況是如何產(chǎn)生的，以及可以采用哪些死鎖預(yù)防、避免和檢測(cè)恢復(fù)的策略來解決這個(gè)問題，并比較這些策略在系統(tǒng)性能和資源利用率方面的影響（）A.采用死鎖預(yù)防策略最優(yōu)B.采用死鎖避免策略最優(yōu)C.采用死鎖檢測(cè)恢復(fù)策略最優(yōu)D.不同策略在不同情況下各有優(yōu)劣10、在一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，任務(wù)的截止時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵因素。假設(shè)系統(tǒng)中有一個(gè)硬實(shí)時(shí)任務(wù)T1，其截止時(shí)間為100ms，當(dāng)前時(shí)間為50ms，任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行了40ms，還剩下20ms的計(jì)算量。以下關(guān)于任務(wù)調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會(huì)暫停其他任務(wù)，優(yōu)先保證T1在截止時(shí)間前完成B.如果此時(shí)有一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的非實(shí)時(shí)任務(wù)就緒，操作系統(tǒng)會(huì)調(diào)度該任務(wù)執(zhí)行C.由于T1已經(jīng)花費(fèi)了較多時(shí)間，操作系統(tǒng)會(huì)判定其無法按時(shí)完成，將其放棄D.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不會(huì)對(duì)任務(wù)進(jìn)行搶占式調(diào)度，以避免影響任務(wù)的執(zhí)行進(jìn)度11、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(dòng)I/O、DMA方式和通道控制方式。假設(shè)一個(gè)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(huì)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(dòng)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(hào)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(shí)際應(yīng)用中很少使用12、在一個(gè)采用請(qǐng)求調(diào)頁存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)中，某進(jìn)程在運(yùn)行過程中要訪問的頁面序列為：1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。若系統(tǒng)分配給該進(jìn)程的物理塊數(shù)為3，且初始時(shí)進(jìn)程的頁面都不在內(nèi)存中。當(dāng)進(jìn)程訪問頁面3時(shí)發(fā)生缺頁中斷，采用先進(jìn)先出（FIFO）頁面置換算法，此時(shí)被淘汰的頁面是哪個(gè)？（）A.1B.2C.4D.513、某操作系統(tǒng)中，有三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3，它們共享兩個(gè)資源R1和R2。資源分配情況如下表所示：進(jìn)程已分配資源最大需求資源R1R2R1R2P11032P20121P31131系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？如果是，給出一個(gè)安全序列。（請(qǐng)給出詳細(xì)的分析過程）（）A.是，P2、P1、P3B.是，P1、P2、P3C.否D.是，P3、P1、P214、操作系統(tǒng)的安全機(jī)制可以保護(hù)系統(tǒng)的資源和數(shù)據(jù)不被非法訪問和破壞。以下關(guān)于操作系統(tǒng)安全機(jī)制的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.操作系統(tǒng)可以采用用戶認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制來控制用戶對(duì)系統(tǒng)資源的訪問B.操作系統(tǒng)可以采用加密技術(shù)來保護(hù)文件和數(shù)據(jù)的安全C.操作系統(tǒng)可以采用訪問控制列表（ACL）來實(shí)現(xiàn)對(duì)文件和目錄的訪問控制D.操作系統(tǒng)的安全機(jī)制只需要在軟件層面實(shí)現(xiàn)，不需要考慮硬件設(shè)備的安全性15、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16、某操作系統(tǒng)支持多種文件系統(tǒng)，包括FAT32、NTFS和EXT4等。現(xiàn)在有一個(gè)文件需要在不同的文件系統(tǒng)之間進(jìn)行復(fù)制，假設(shè)文件大小為10GB，源文件系統(tǒng)為FAT32，目標(biāo)文件系統(tǒng)為NTFS。在復(fù)制過程中，需要考慮文件系統(tǒng)的特性，如最大文件大小限制、簇大小、文件屬性支持等。以下關(guān)于這個(gè)文件復(fù)制過程的描述，哪一項(xiàng)是正確的？（）A.由于FAT32的最大文件大小限制為4GB，所以無法直接復(fù)制這個(gè)10GB的文件B.文件復(fù)制時(shí)，簇大小的差異不會(huì)影響文件的內(nèi)容和存儲(chǔ)效率C.NTFS支持更多的文件屬性，復(fù)制過程中源文件系統(tǒng)中不支持的屬性會(huì)被自動(dòng)丟棄D.復(fù)制過程中，文件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)目標(biāo)文件系統(tǒng)的要求，無需用戶干預(yù)17、在一個(gè)分布式操作系統(tǒng)中，進(jìn)程遷移是一種常見的操作，用于實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和資源優(yōu)化。假設(shè)一個(gè)進(jìn)程需要從一個(gè)節(jié)點(diǎn)遷移到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，分析進(jìn)程遷移過程中需要考慮的因素，如進(jìn)程狀態(tài)的保存和恢復(fù)、資源的重新分配、網(wǎng)絡(luò)通信開銷等，并討論如何減少進(jìn)程遷移的開銷和對(duì)系統(tǒng)性能的影響。A.進(jìn)程遷移總是有益的B.進(jìn)程遷移總是有害的C.進(jìn)程遷移在某些情況下有益，某些情況下有害D.取決于系統(tǒng)的負(fù)載和資源分布18、在一個(gè)具有文件共享功能的操作系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)訪問同一個(gè)文件。為了保證文件數(shù)據(jù)的一致性，系統(tǒng)采用了文件鎖機(jī)制。有進(jìn)程P1正在對(duì)文件進(jìn)行讀操作，并獲取了共享讀鎖，此時(shí)進(jìn)程P2想要對(duì)文件進(jìn)行寫操作。那么，進(jìn)程P2會(huì)處于什么狀態(tài)？（）A.就緒狀態(tài)，等待獲取寫鎖B.阻塞狀態(tài)，直到P1釋放讀鎖C.運(yùn)行狀態(tài)，可以直接進(jìn)行寫操作D.錯(cuò)誤狀態(tài)，不允許同時(shí)進(jìn)行讀寫操作19、在一個(gè)具有虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用請(qǐng)求調(diào)頁的方式將頁面調(diào)入內(nèi)存。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程訪問一個(gè)不在內(nèi)存中的頁面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生缺頁中斷。假設(shè)頁面置換算法為最近最久未使用（LRU）算法，系統(tǒng)為該進(jìn)程分配了4個(gè)頁框。進(jìn)程的頁面訪問序列為1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，初始時(shí)4個(gè)頁框均為空。那么，在這個(gè)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20、在操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理中，段頁式存儲(chǔ)管理結(jié)合了段式和頁式存儲(chǔ)管理的優(yōu)點(diǎn)。假設(shè)一個(gè)程序被分為多個(gè)段，每個(gè)段又被分為多個(gè)頁。以下關(guān)于段頁式存儲(chǔ)管理的地址轉(zhuǎn)換過程的描述，正確的是：（）A.首先進(jìn)行段的地址轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行頁的地址轉(zhuǎn)換B.先進(jìn)行頁的地址轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行段的地址轉(zhuǎn)換C.段和頁的地址轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行，以提高效率D.地址轉(zhuǎn)換過程只需要進(jìn)行一次，無需區(qū)分段和頁二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）解釋系統(tǒng)啟動(dòng)的主要步驟。2、（本題5分）什么是操作系統(tǒng)的版本升級(jí)策略和用戶遷移方案？3、（本題5分）描述進(jìn)程的三種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換條件。三、綜合分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）研究操作系統(tǒng)中的虛擬內(nèi)存管理的頁面錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)和分析。2、（本題5分）探討操作系統(tǒng)中的分布式事務(wù)處理和一致性保障。3、（本題5分）探討操作系統(tǒng)中的資源競(jìng)爭(zhēng)和饑餓問題，以及解決方法。4、（本題5分）探討CPU調(diào)度與進(jìn)程同步之間的關(guān)系，以及如何實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)調(diào)。5、（本題