北京理工大学《操作系统》2023-2024学年第一学期期末试卷

学校________________班级____________姓名____________考场____________准考证号学校________________班级____________姓名____________考场____________准考证号…………密…………封…………线…………内…………不…………要…………答…………题…………第1页，共3页北京理工大学《操作系统》

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15个小题，每小题1分，共15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、某文件系统采用索引节点（inode）来存储文件的属性和磁盘块的指针。假设一个inode占用128字节，其中10个直接磁盘块指针，1个一级间接磁盘块指针，1个二级间接磁盘块指针，1个三级间接磁盘块指针。每个磁盘块大小为4KB，每个磁盘块指针占用4字节。请问该文件系统能够支持的最大文件大小是多少？（）A.16GBB.32GBC.64GBD.128GB2、在一个采用位示图进行磁盘空间管理的操作系统中，磁盘共有1000个物理块，位示图中每个字长为32位。那么，位示图需要占用多少个磁盘块来存储？（）A.10B.11C.32D.333、在操作系统中，系统调用是用户程序与操作系统内核进行交互的接口。假设有一个用户程序需要读取一个文件的内容，通过系统调用实现。以下关于系统调用执行过程的描述，正确的是：（）A.用户程序直接访问文件系统的相关数据结构，完成文件读取操作B.用户程序通过陷入内核模式，执行内核提供的文件读取函数C.系统调用会导致用户程序被阻塞，直到文件读取完成后才能继续执行D.系统调用的执行速度非常快，对用户程序的性能几乎没有影响4、在一个具有多级目录结构的文件系统中，用户A在其主目录下创建了一个子目录subdir，并在subdir目录下创建了文件file.txt。用户B没有权限访问用户A的主目录，但具有对subdir目录的读权限。请问用户B能否读取file.txt文件的内容？（）A.能B.不能C.取决于文件的具体权限设置D.无法确定5、在操作系统的文件系统中，文件的存储方式会影响文件的读写效率和存储空间的利用。连续分配方式将文件存储在连续的磁盘块中，便于顺序访问，但容易产生外部碎片；链式分配方式通过指针将文件的磁盘块链接起来，解决了外部碎片问题，但随机访问效率较低；索引分配方式则通过索引表来管理文件的磁盘块。假设一个文件系统采用索引分配方式，索引表项中包含直接地址和间接地址。每个磁盘块大小为1KB，文件大小为100KB，直接地址项可以指向10个磁盘块，一个一级间接地址项可以指向256个磁盘块。那么，至少需要多少个一级间接地址（）项来存储该文件（）A.0个B.1个C.2个D.3个6、在操作系统中，线程同步的方式有多种，如互斥锁、条件变量、信号量等。假设一个线程需要等待另一个线程完成某个操作后才能继续执行。以下关于线程同步方式选择的描述，正确的是：（）A.如果只是简单的互斥访问资源，使用条件变量更合适B.信号量适合用于多个线程对多个资源的同步访问C.互斥锁适用于线程之间需要复杂的交互和等待条件的情况D.条件变量通常与互斥锁配合使用，以实现线程的等待和唤醒7、在一个文件系统中，文件的物理结构采用连续分配方式。已知一个文件的起始物理块号为100，文件长度为50个物理块。如果要在文件中间插入10个物理块的内容，需要进行怎样的操作？（）A.直接在文件中间插入新的物理块，修改文件长度B.将文件后半部分内容向后移动10个物理块的位置，然后插入新内容C.重新为文件分配连续的物理空间，将原内容和新内容一起写入D.无法在连续分配方式下直接插入，只能采用其他分配方式8、在操作系统的设备驱动程序中，负责与硬件设备进行通信和控制。假设一个设备驱动程序需要处理设备的中断请求。以下关于中断处理的描述，正确的是：（）A.设备中断发生时，操作系统会立即暂停当前正在执行的进程，转去处理中断B.中断处理程序的执行时间应该尽量短，以免影响系统的实时性C.设备驱动程序在处理中断时，可以阻塞其他设备的中断请求D.中断处理完成后，操作系统会自动选择一个高优先级的进程进行调度执行9、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10、在操作系统中，进程通信是进程之间交换信息的重要手段。常见的进程通信方式有共享存储、消息传递和管道通信等。共享存储方式通过在内存中开辟共享存储区来实现进程间的通信；消息传递方式则通过发送和接收消息来完成；管道通信是一种半双工的通信方式。现在有两个进程需要频繁地交换大量数据，为了提高通信效率，最适合采用的通信方式是（）A.共享存储B.消息传递C.管道通信D.以上方式均可11、某操作系统中，有三个进程P1、P2和P3，它们共享两个资源R1和R2。资源分配情况如下表所示：进程已分配资源最大需求资源R1R2R1R2P11032P20121P31131系统是否处于安全状态？如果是，给出一个安全序列。（请给出详细的分析过程）（）A.是，P2、P1、P3B.是，P1、P2、P3C.否D.是，P3、P1、P212、某计算机系统采用DMA方式进行数据传输，DMA控制器每次能够传输一个字节的数据。若要传输1000字节的数据，DMA初始化设置的时间为100μs，DMA传输一个字节的时间为1μs，中断处理的时间为50μs，请问完成这次数据传输总共需要多长时间？（）A.1150μsB.1550μsC.2050μsD.2150μs13、考虑一个具有多级反馈队列调度算法的系统，共设置3个队列，优先级依次降低。第1队列时间片为2ms，第2队列时间片为4ms，第3队列时间片为8ms。若有进程P1到达时进入第1队列，运行1ms后未完成，被放入第2队列；进程P2到达时进入第2队列，运行3ms后未完成，被放入第3队列。请问当P1再次获得CPU时，它已经等待了多长时间？（）A.4msB.5msC.6msD.7ms14、在一个具有多个缓冲区的I/O系统中，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T1，把缓冲区中的数据传送到用户区的时间为T2，CPU对这一块数据进行处理的时间为T3。若采用单缓冲技术，系统处理一块数据的总时间是多少？若采用双缓冲技术呢？（请分别给出计算过程）（）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)15、某计算机系统采用固定分区存储管理方式，系统内存被划分为4个分区，大小分别为200KB、400KB、600KB和800KB。现有四个作业J1、J2、J3和J4，它们的大小分别为150KB、350KB、550KB和750KB。若采用首次适应算法分配内存，作业的装入顺序为J1、J2、J3、J4，请问哪个作业无法装入内存？（）A.J1B.J2C.J3D.J4二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）什么是快表？其作用是什么？2、（本题5分）操作系统如何处理进程的资源竞争？3、（本题5分）简述管程的概念和特点。4、（本题5分）操作系统如何处理异常和错误？三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）论述操作系统中的存储保护机制，包括内存保护和外存保护。分析如何防止进程非法访问其他进程的内存空间，以及如何保证文件系统的安全性和完整性。2、（本题5分）详细阐述操作系统中的内存管理中的伙伴系统算法，探讨其工作原理、优点和适用场景。分析伙伴系统算法在内存分配和回收过程中的性能表现。3、（本题5分）在分布式操作系统中，分布式文件系统的设计和实现面临着诸多挑战。论述分布式文件系统的架构、数据一致性维护和副本管理策略，分析分布式文件系统在数据存储和访问方面的性能优化方法，探讨分布式文件系统在大规模分布式环境中的应用和发展。4、（本题5分）在分布式操作系统中，数据复制是提高数据可用性和可靠性的常用技术。请深入探讨数据复制的策略，如主从复制、多主复制等，分析数据复制中的一致性维护、更新传播和冲突解决机制，以及如何根据系统需求和网络条件选择合适的数据复制方案。5、（本题5分）在多核操作系统中，内存屏障（MemoryBarrier）是保证内存操作顺序和数据一致性的重要机制。全面论述内存屏障的类型、作用和工作原理，分析内存屏障在多核编程中的应用和