安徽大学《操作系统课程设计》2023-2024学年第一学期期末试卷

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2023-2024学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、在一个实时操作系统中，对于周期性任务和非周期性任务都需要进行合理的调度。假设系统中有一个周期性任务T1，周期为50ms，执行时间为20ms，还有一个非周期性任务T2，执行时间为30ms。以下关于任务调度的描述，正确的是：（）A.操作系统会优先调度周期性任务T1，确保其按时完成B.非周期性任务T2会在周期性任务T1的空闲时间执行C.由于T2的执行时间较长，可能会导致T1错过周期D.操作系统会为T1和T2分配相同的时间片，轮流执行2、在操作系统的虚拟存储管理中，页面置换算法的选择对系统性能有很大影响。假设系统采用最近未使用（NRU）页面置换算法，以下关于NRU算法的描述中，正确的是：（）A.NRU算法根据页面最近是否被使用以及是否被修改来选择置换页面B.NRU算法总是选择最长时间未被使用的页面进行置换C.NRU算法在选择置换页面时，不考虑页面的访问频率D.NRU算法比先进先出（FIFO）算法更能避免Belady异常现象3、假设一个文件系统采用树形目录结构，根目录下有文件夹A和B，文件夹A下有文件1.txt和文件夹C，文件夹C下有文件2.txt，文件夹B下有文件3.txt。当前工作目录为文件夹A，请问要访问文件3.txt的相对路径和绝对路径分别是什么？（）A.../B/3.txt，/A/B/3.txtB.../B/3.txt，/B/3.txtC.B/3.txt，/A/B/3.txtD.B/3.txt，/B/3.txt4、在一个具有文件共享功能的操作系统中，多个进程可以同时访问同一个文件。为了保证文件数据的一致性，系统采用了文件锁机制。有进程P1正在对文件进行读操作，并获取了共享读锁，此时进程P2想要对文件进行写操作。那么，进程P2会处于什么状态？（）A.就绪状态，等待获取写锁B.阻塞状态，直到P1释放读锁C.运行状态，可以直接进行写操作D.错误状态，不允许同时进行读写操作5、在一个多道程序设计的操作系统中，有多个进程同时竞争CPU和内存资源。假设系统中有进程P1、P2和P3，它们的优先级分别为高、中、低，并且它们的运行时间和内存需求各不相同。P1需要运行10分钟，占用512MB内存；P2需要运行20分钟，占用256MB内存；P3需要运行30分钟，占用128MB内存。当前系统可用内存为1GB，CPU采用时间片轮转调度算法，时间片大小为5分钟。在这种情况下，以下关于进程调度和内存分配的描述，哪一项是正确的？（）A.进程P1会首先获得CPU资源，因为它的优先级最高，并且会一次性分配512MB内存B.由于内存有限，进程P3可能会因为内存不足而被阻塞，直到其他进程释放足够的内存C.CPU会按照P1、P2、P3的顺序轮流执行，每个进程每次执行5分钟，内存根据进程需求逐步分配D.进程P2可能会在P1运行完第一个时间片后获得CPU资源，内存分配会优先满足运行时间短的进程6、操作系统的内核是系统的核心部分，负责管理系统的资源和提供基本的服务。以下关于内核的描述中，哪个选项是错误的？（）A.内核可以分为微内核和宏内核两种类型，微内核结构更加灵活，但性能较低B.内核的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理和设备管理等C.内核可以直接访问硬件资源，但需要通过驱动程序来实现对设备的控制D.内核是操作系统中唯一运行在特权模式下的部分，其他部分都运行在用户模式下7、操作系统的死锁问题是一个需要重点关注和解决的难题。假设有四个进程P1、P2、P3和P4，它们分别申请了资源R1、R2、R3和R4。目前的资源分配情况导致了死锁的发生。以下关于死锁检测和解除的说法，正确的是：（）A.可以通过资源分配图来检测死锁是否发生，如果存在环路则表示发生了死锁B.一旦检测到死锁，操作系统会立即终止所有涉及死锁的进程，以解除死锁C.死锁解除时，通常会选择优先级最低的进程进行终止，释放其占用的资源D.为了避免死锁，操作系统应该禁止进程申请多个资源8、在操作系统的存储管理中，段式存储管理和页式存储管理是两种常见的方式。假设一个程序被分为多个段，每个段的长度不同。以下关于段式存储管理和页式存储管理的比较中，正确的是：（）A.段式存储管理更便于实现程序和数据的共享，因为段是按照逻辑划分的B.页式存储管理的内存碎片问题比段式存储管理更严重C.段式存储管理的地址转换速度比页式存储管理快，因为段的长度是固定的D.页式存储管理比段式存储管理更适合处理大程序，因为页的大小是固定的9、在一个具有进程优先级调度的操作系统中，进程的优先级分为高、中、低三个级别。高优先级进程可以抢占中、低优先级进程的CPU资源，中优先级进程可以抢占低优先级进程的CPU资源。当前有三个进程P1（高优先级）、P2（中优先级）、P3（低优先级），P3正在运行，P1和P2处于就绪状态。此时，P1变为就绪状态，系统会如何调度？（）A.立即暂停P3，运行P1B.等待P3运行完当前时间片，再运行P1C.让P1等待，直到P3主动放弃CPUD.不确定，取决于系统的具体实现10、在虚拟存储管理中，页面置换算法的优劣直接影响系统的性能。除了常见的LRU、FIFO等算法，还有最不经常使用（LFU）算法。LFU算法根据页面被访问的频率来选择淘汰页面。假设系统为进程分配了4个物理页面，页面访问序列为1、2、3、4、2、1、5、2、1、6、2、1、7、2、1，采用LFU算法进行页面置换。那么，缺页次数至少为（）A.7次B.8次C.9次D.10次11、操作系统的文件保护机制可以防止文件被非法访问和修改。以下关于文件保护的描述中，哪个选项是错误的？（）A.文件保护可以通过访问控制列表（ACL）来实现，指定不同用户对文件的访问权限B.文件可以设置为只读、只写或读写三种访问权限C.文件的加密和解密可以提高文件的安全性，但也会增加系统的开销D.文件保护只需要在文件系统层面实现，不需要考虑操作系统的其他部分12、在一个操作系统中，内核负责管理系统的核心资源和提供基本的服务。假设有两种内核结构：微内核和宏内核。微内核将系统的核心功能放在内核空间，而将大部分服务放在用户空间；宏内核则将更多的功能集成在内核空间。分析微内核和宏内核结构在系统性能、可扩展性、安全性和开发难度等方面的优缺点，并讨论在不同应用场景下哪种内核结构更合适。A.微内核结构更优B.宏内核结构更优C.两种结构各有优劣，取决于具体情况D.无法确定哪种结构更好13、操作系统的中断机制是实现多任务和设备管理的关键。以下关于中断的描述中，哪个选项是错误的？（）A.中断是指CPU在执行程序的过程中，由于外部事件的发生而暂停当前程序的执行，转而去处理外部事件B.中断可以分为硬件中断和软件中断，硬件中断是由外部设备产生的，软件中断是由程序中的指令产生的C.中断处理程序负责处理中断事件，通常会保存当前程序的状态，然后执行相应的处理操作D.中断可以被屏蔽，即CPU可以忽略某些中断请求，继续执行当前程序14、在操作系统中，死锁是一种常见的问题。死锁发生的必要条件包括互斥条件、请求和保持条件、不可剥夺条件以及循环等待条件。假设系统中有三个进程P1、P2和P3，它们分别申请了资源R1、R2和R3。现在P1持有R1并申请R2，P2持有R2并申请R3，P3持有R3并申请R1。此时，系统可能会陷入死锁状态。那么，为了避免死锁，可以采用的方法不包括（）A.破坏互斥条件B.一次性分配所有资源C.按序分配资源D.剥夺某些进程的资源15、在一个操作系统中，文件系统负责管理存储在磁盘上的文件和目录。假设使用的是一种索引节点（inode）结构的文件系统，每个文件都有一个对应的inode，其中包含了文件的属性信息和指向文件数据块的指针。现在有一个大文件，其数据分布在多个不连续的磁盘块上。当读取这个文件时，文件系统需要通过inode中的指针来定位数据块。分析这种文件系统在处理大文件时的性能特点，包括磁盘寻道时间、数据传输速度和文件访问的效率，并探讨如何优化文件系统以提高大文件的访问性能。A.读取大文件时性能较好，无需优化B.读取大文件时性能较差，可采用连续分配方式优化C.读取大文件时性能较差，可采用更大的磁盘缓存优化D.读取大文件时性能较差，可采用更高效的磁盘调度算法优化16、在操作系统的进程调度中，优先级调度算法可以根据进程的优先级来决定其执行顺序。优先级可以是静态的，在进程创建时确定；也可以是动态的，根据进程的运行情况进行调整。假设系统中有三个进程P1、P2和P3，它们的静态优先级分别为3、5和7，当前时刻P1正在运行，P2和P3在就绪队列中等待。突然，P1发生I/O等待，P2和P3的优先级不变。那么，接下来应该被调度执行的进程是（）A.P2B.P3C.继续等待P1完成I/O操作D.不确定，取决于系统的具体实现17、操作系统中的作业管理负责对用户提交的作业进行组织、调度和控制。作业通常由程序、数据和作业控制说明书组成。作业调度算法的性能直接影响系统的效率和用户的满意度。假设有三个作业J1、J2和J3，它们的提交时间分别为8:00、8:30和9:00，运行时间分别为2小时、1小时和0.5小时。若采用短作业优先（SJF）调度算法，且系统在10:00开始调度作业，那么平均等待时间为（）A.0.5小时B.1小时C.1.5小时D.2小时18、在一个操作系统中，进程的创建和销毁是常见的操作。假设一个应用程序需要频繁创建和销毁大量的短生命周期进程，分析这种操作对系统性能的影响，包括内存分配、资源消耗和上下文切换等，并讨论如何通过进程池、线程池等技术来优化这种情况，以及这些技术的适用场景和限制。A.频繁创建和销毁进程总是有害的B.频繁创建和销毁进程在某些情况下无害C.可以通过进程池或线程池完全解决性能问题D.进程池和线程池有适用场景和限制19、文件系统的性能优化是提高系统整体性能的重要方面。以下关于文件系统性能优化的描述中，哪个选项是错误的？（）A.文件系统可以采用缓存技术来提高文件的访问速度B.文件系统可以采用预读和延迟写技术来减少磁盘I/O次数C.文件系统可以采用磁盘调度算法来优化磁盘的访问顺序D.文件系统的性能优化只需要考虑文件的读取操作，不需要考虑文件的写入操作20、某操作系统采用动态分区分配方式管理内存，初始时内存为空。现有一系列内存分配请求和释放请求，分配请求依次为：300KB、200KB、150KB、400KB，释放请求依次为：200KB、300KB。采用最佳适应算法进行内存分配和回收，请问最终内存的空闲分区情况是怎样的？（）A.一个150KB的空闲分区和一个400KB的空闲分区B.一个200KB的空闲分区和一个350KB的空闲分区C.一个350KB的空闲分区和一个150KB的空闲分区D.一个550KB的空闲分区二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）解释页面置换算法的工作原理。2、（本题5分）什么是文件的硬链接和软链接？3、（本题5分）什么是系统升级策略？4、（本题5分）简述操作系统中的访问控制矩阵。5、（本题5分）简述操作系统中的分布式对象存储。三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）研究操作系统如何实现对文件系统的快照合并和删除操作的优化。2、（本题5分）研究操作系统如何支持不同类型的文件系统加密的硬件加速。3、（本题5分）分析操作系统的存储层次结构，包括高速缓存、内存和外存的关系。4、（本题5分）研究操作系统中的进程组和作业控制在任务管理中的作用。5、（本题5分）分析操作系统中的文件系统的文件系统扩展的性能评估。四、论述题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）操作系统的文件加密技术对于保护敏感数据的安全性具有重要作用。请详细论述文件加密的算法、实现方式，如对称加密、非对称加密等，分析文件加密对文件系统性能的影