淄博職業(yè)學院《計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》2023-2024學年第二學期期末試卷

學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁淄博職業(yè)學院

《計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》2023-2024學年第二學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個小題，每小題2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、考慮一個具有8個進程的系統(tǒng)，每個進程需要3個資源實例才能完成其任務(wù)。系統(tǒng)總共有18個資源實例可用。使用銀行家算法來判斷系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)。如果是，給出一個安全序列；如果不是，說明原因。（）A.是，安全序列為P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8B.是，安全序列為P2,P4,P1,P3,P5,P7,P6,P8C.否，資源不足D.否，存在進程請求資源無法滿足導致死鎖2、在操作系統(tǒng)的設(shè)備管理中，緩沖技術(shù)可以提高設(shè)備與CPU之間的并行性。假設(shè)一個設(shè)備向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，CPU從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。以下關(guān)于緩沖區(qū)的作用的描述，正確的是：（）A.緩沖區(qū)可以減少設(shè)備等待CPU處理數(shù)據(jù)的時間，提高設(shè)備利用率B.緩沖區(qū)可以保證數(shù)據(jù)的順序一致性，避免數(shù)據(jù)混亂C.緩沖區(qū)可以增大數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?，提高?shù)據(jù)傳輸速度D.緩沖區(qū)可以消除設(shè)備與CPU之間的速度差異，實現(xiàn)同步工作3、在操作系統(tǒng)的存儲管理中，段式存儲管理和頁式存儲管理都有各自的特點。假設(shè)一個程序被分為多個段，每個段的長度不同。以下關(guān)于段式存儲管理的優(yōu)點的描述，正確的是：（）A.段的長度可以根據(jù)程序的邏輯需要動態(tài)改變，更便于程序的擴展和修改B.由于段的長度固定，內(nèi)存分配和管理更加簡單高效C.段式存儲管理不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，提高了內(nèi)存利用率D.段式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換速度比頁式存儲管理更快4、某計算機系統(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，頁面大小為4KB。若采用最近最少使用（LRU）頁面置換算法，當系統(tǒng)發(fā)生缺頁中斷時，需要替換的頁面在內(nèi)存中駐留的時間分別為100ms、200ms、300ms和400ms，請問應(yīng)該替換哪個頁面？（）A.駐留時間為100ms的頁面B.駐留時間為200ms的頁面C.駐留時間為300ms的頁面D.駐留時間為400ms的頁面5、在一個具有多個緩沖區(qū)的I/O系統(tǒng)中，假定從磁盤把一塊數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū)的時間為T1，把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)的時間為T2，CPU對這一塊數(shù)據(jù)進行處理的時間為T3。若采用單緩沖技術(shù)，系統(tǒng)處理一塊數(shù)據(jù)的總時間是多少？若采用雙緩沖技術(shù)呢？（請分別給出計算過程）（）A.T1+T2+T3和max(T1,T2)+T3B.T1+T2+T3和T1+max(T2,T3)C.T1+max(T2,T3)和T1+T2+T3D.max(T1,T2)+T3和T1+max(T2,T3)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、在一個操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理采用分段和分頁相結(jié)合的方式。假設(shè)有一個進程，其邏輯地址空間被分為三個段，每個段又被分為若干頁。現(xiàn)在進程要訪問一個邏輯地址，系統(tǒng)需要進行多次地址轉(zhuǎn)換。以下關(guān)于這種地址轉(zhuǎn)換過程的描述，哪一項是正確的？（）A.首先進行段的地址轉(zhuǎn)換，得到段內(nèi)的起始地址，然后再進行頁的地址轉(zhuǎn)換，得到最終的物理地址B.先進行頁的地址轉(zhuǎn)換，確定頁內(nèi)偏移量，再進行段的地址轉(zhuǎn)換，得到物理地址C.段和頁的地址轉(zhuǎn)換同時進行，通過計算得到最終的物理地址D.隨機選擇先進行段的地址轉(zhuǎn)換或頁的地址轉(zhuǎn)換，然后再進行另一個的轉(zhuǎn)換8、在虛擬存儲管理中，頁面置換算法的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的性能。除了常見的LRU、FIFO等算法，還有最不經(jīng)常使用（LFU）算法。LFU算法根據(jù)頁面被訪問的頻率來選擇淘汰頁面。假設(shè)系統(tǒng)為進程分配了4個物理頁面，頁面訪問序列為1、2、3、4、2、1、5、2、1、6、2、1、7、2、1，采用LFU算法進行頁面置換。那么，缺頁次數(shù)至少為（）A.7次B.8次C.9次D.10次9、在一個采用多級反饋隊列調(diào)度算法的操作系統(tǒng)中，設(shè)置了三個就緒隊列，優(yōu)先級從高到低依次為Q1、Q2、Q3，時間片大小分別為2ms、4ms、8ms。進程P首先進入Q1隊列，在Q1中運行1ms后未完成，被放入Q2隊列；在Q2中運行3ms后未完成，被放入Q3隊列。那么，進程P在Q3隊列中的時間片大小是多少？（）A.2msB.4msC.8msD.不確定，取決于系統(tǒng)設(shè)置10、在一個操作系統(tǒng)中，進程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：就緒->運行，運行->就緒，運行->阻塞，阻塞->就緒。假設(shè)當前有三個進程P1、P2、P3處于就緒狀態(tài)，系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，時間片大小為10ms。進程P1首先獲得CPU資源并開始運行，在運行5ms后，進程P1發(fā)生I/O操作進入阻塞狀態(tài)。此時，系統(tǒng)會如何調(diào)度？（）A.從就緒隊列中選擇P2進程運行B.等待P1的I/O操作完成，繼續(xù)運行P1C.重新選擇P1進程運行，直到時間片用完D.暫停系統(tǒng)運行，等待其他進程進入就緒狀態(tài)11、在一個多任務(wù)操作系統(tǒng)中，進程的上下文切換是經(jīng)常發(fā)生的。以下關(guān)于進程上下文切換的開銷的描述，正確的是：（）A.進程上下文切換的開銷主要包括保存和恢復寄存器的值、更新頁表等B.進程上下文切換的開銷很小，可以忽略不計，不會影響系統(tǒng)性能C.上下文切換的開銷與進程的數(shù)量成正比，進程越多，開銷越大D.減少進程的數(shù)量可以完全消除上下文切換的開銷12、在一個多道程序設(shè)計的操作系統(tǒng)中，多個進程并發(fā)執(zhí)行。假設(shè)進程A正在執(zhí)行計算任務(wù)，進程B正在進行I/O操作，進程C處于就緒狀態(tài)。此時，操作系統(tǒng)進行進程調(diào)度。以下關(guān)于進程調(diào)度的說法中，正確的是：（）A.一定會將進程C調(diào)度執(zhí)行，因為它處于就緒狀態(tài)B.可能會繼續(xù)讓進程A執(zhí)行，因為它正在進行計算且未完成C.一定會優(yōu)先調(diào)度進程B，因為I/O操作通常具有較高的優(yōu)先級D.可能會選擇一個新的進程進入執(zhí)行，而不是在這三個進程中進行調(diào)度13、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。若有進程P1到達時進入第1隊列，運行1ms后未完成，被放入第2隊列；進程P2到達時進入第2隊列，運行3ms后未完成，被放入第3隊列。請問當P1再次獲得CPU時，它已經(jīng)等待了多長時間？（）A.4msB.5msC.6msD.7ms14、在操作系統(tǒng)中，進程的調(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程都有機會執(zhí)行，但可能導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)15、在一個具有進程同步機制的操作系統(tǒng)中，有兩個進程P和Q，它們共享一個緩沖區(qū)。P進程負責向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，Q進程負責從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)的正確讀寫，使用了一個信號量S，初始值為1。當P進程準備向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)時，執(zhí)行P(S)操作；寫入完成后，執(zhí)行V(S)操作。當Q進程準備從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)時，執(zhí)行P(S)操作；讀取完成后，執(zhí)行V(S)操作。假設(shè)當前Q進程正在讀取數(shù)據(jù)，P進程準備寫入數(shù)據(jù)。那么，P進程會處于什么狀態(tài)？（）A.就緒狀態(tài)B.阻塞狀態(tài)C.運行狀態(tài)D.掛起狀態(tài)二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）什么是文件的順序訪問和隨機訪問？2、（本題5分）解釋請求分頁系統(tǒng)中的缺頁中斷處理流程。3、（本題5分）簡述操作系統(tǒng)中的訪問控制矩陣。三、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）文件系統(tǒng)的緩存管理對于提高文件訪問速度和系統(tǒng)性能至關(guān)重要。請全面論述文件系統(tǒng)緩存的工作原理、緩存替換策略、緩存一致性的維護等方面的問題，分析緩存管理在不同文件操作中的作用和效果，以及如何根據(jù)系統(tǒng)負載和文件訪問模式進行緩存參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化。2、（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。請深入探討文件系統(tǒng)快照的原理和實現(xiàn)方式，分析快照的創(chuàng)建、管理和恢復過程，以及如何在不同的文件系統(tǒng)中應(yīng)用快照技術(shù)。3、（本題5分）詳細論述操作系統(tǒng)中的虛擬地址轉(zhuǎn)換的硬件加速技術(shù)，如TLB（TranslationLookasideBuffer）的工作原理和優(yōu)化方法，分析硬件加速對地址轉(zhuǎn)換性能的提升。4、（本題5分）探討在多核環(huán)境下操作系統(tǒng)的線程調(diào)度策略，分析如何充分利用多核資源，避免線程競爭和負載不均衡。研究同步機制和緩存一致性在多核環(huán)境下的優(yōu)化方法。5、（本題5分）在操作系統(tǒng)中，進程間的通信開銷會影響