武汉设计工程学院《操作系统原理》2022-2023学年第一学期期末试卷

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2022-2023学年第一学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共25个小题，每小题1分，共25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、在一个操作系统中，进程的状态转换图如下：就绪->运行，运行->就绪，运行->阻塞，阻塞->就绪。假设当前有三个进程P1、P2、P3处于就绪状态，系统采用时间片轮转调度算法，时间片大小为10ms。进程P1首先获得CPU资源并开始运行，在运行5ms后，进程P1发生I/O操作进入阻塞状态。此时，系统会如何调度？（）A.从就绪队列中选择P2进程运行B.等待P1的I/O操作完成，继续运行P1C.重新选择P1进程运行，直到时间片用完D.暂停系统运行，等待其他进程进入就绪状态2、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.2150μs3、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4、在操作系统中，死锁的检测和恢复是处理死锁问题的重要手段。死锁检测可以通过资源分配图或者矩阵的方法进行。假设系统中有四个资源类型R1、R2、R3和R4，三个进程P1、P2和P3。P1申请了R1和R2，P2申请了R2和R3，P3申请了R3和R4。现在通过资源分配图进行死锁检测，那么该系统是否处于死锁状态（）A.是B.否C.无法确定D.以上都不对5、在一个采用段页式存储管理的系统中，某进程的段表如下所示：段号页表长度（页）页表始址032001240021500若逻辑地址为（1，100），其中段号为1，页号为100，页面大小为1KB，请问其对应的物理地址是多少？（给出详细的计算过程）（）A.500B.600C.700D.8006、在操作系统的文件系统中，文件的物理结构有连续分配、链接分配和索引分配等多种方式。连续分配方式具有较高的顺序访问速度，但存在外部碎片问题；链接分配方式解决了外部碎片问题，但随机访问速度较慢；索引分配方式则结合了两者的优点。假设一个文件系统采用索引分配方式，每个索引节点包含13个直接地址项、1个一级间接地址项、1个二级间接地址项和1个三级间接地址项，每个地址项大小为4字节，盘块大小为1KB。若要访问文件的第10000块，至少需要几次磁盘I/O操作（）A.1B.2C.3D.47、在一个实时系统中，有两个周期性任务T1和T2，T1的周期为20ms，执行时间为10ms；T2的周期为50ms，执行时间为20ms。采用最早截止时间优先（EDF）调度算法，在0时刻两个任务同时到达，请问哪个任务会先执行？（）A.T1B.T2C.不确定D.同时执行8、在一个操作系统中，系统调用是用户程序与操作系统内核之间的接口。假设用户程序需要读取一个文件的内容，通过系统调用实现这个功能。以下关于系统调用的执行过程的描述，哪一项是正确的？（）A.用户程序通过陷入指令（trap）进入内核态，内核执行相应的系统调用服务例程，完成文件读取操作后返回用户态B.用户程序直接在用户态执行系统调用，操作系统内核监测到后进行相应的处理C.用户程序将系统调用请求发送到消息队列，内核从队列中获取请求并执行D.用户程序通过中断信号通知内核执行系统调用，内核暂停当前任务进行处理9、在一个实时操作系统中，任务的截止时间是一个关键因素。假设系统中有一个硬实时任务T1，其截止时间为100ms，当前时间为50ms，任务已经执行了40ms，还剩下20ms的计算量。以下关于任务调度的描述中，正确的是：（）A.操作系统会暂停其他任务，优先保证T1在截止时间前完成B.如果此时有一个更高优先级的非实时任务就绪，操作系统会调度该任务执行C.由于T1已经花费了较多时间，操作系统会判定其无法按时完成，将其放弃D.实时操作系统不会对任务进行抢占式调度，以避免影响任务的执行进度10、进程同步和互斥是操作系统中保证进程正确执行的关键机制。假设有两个进程P1和P2，它们共享一个资源R。为了保证互斥访问资源R，使用了信号量机制。初始时，信号量S的值为1。当P1访问资源R时，执行P(S)操作；当P1访问结束后，执行V(S)操作。以下关于信号量和进程操作的描述中，正确的是：（）A.当P1执行P(S)操作后，如果S的值变为0，则P1获得资源R并进入临界区B.如果P2在P1执行V(S)操作之前执行P(S)操作，P2一定会被阻塞C.信号量S的值永远不会小于0，因为这意味着出现了错误的操作D.当P1执行V(S)操作后，如果有多个进程在等待资源R，操作系统会随机选择一个进程进入临界区11、在一个具有快表的分页存储管理系统中，快表的命中率为80%，访问快表的时间为10ns，访问主存的时间为100ns。若要访问的页面在快表中，那么一次有效地址转换所需的平均时间是多少？若页面不在快表中呢？（）A.20ns，110nsB.18ns，110nsC.20ns，120nsD.18ns，120ns12、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13、在一个采用先来先服务（FCFS）磁盘调度算法的系统中，假设磁盘请求队列的顺序为98，183，37，122，14，124，65，67。磁头初始位置在53磁道，磁头移动方向从0磁道开始向磁道号增加的方向移动，请问磁头移动的总距离是多少？（）A.565B.649C.708D.75614、在一个实时操作系统中，任务具有不同的优先级。系统需要保证高优先级的任务能够及时得到处理。假设当前有三个任务T1、T2和T3，优先级依次降低。当T1和T2同时就绪时，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T2执行，以保证公平性B.T1和T2会按照一定的时间片轮流执行C.操作系统会立即调度T1执行，直到T1完成或阻塞D.由于T3优先级最低，它将永远不会得到执行机会15、在操作系统的存储管理中，段式存储管理将用户程序按照逻辑分段，每个段具有不同的名字和长度。与分页存储管理相比，段式存储管理更便于实现程序的模块化和动态链接。假设一个段式存储系统，地址空间为32位，其中段号占8位，段内偏移量占24位，每个段最大长度为2^24字节。那么，该系统最多可以有多少个段（）A.2^8个B.2^16个C.2^24个D.2^32个16、在一个采用死锁检测算法的系统中，资源分配图中包含了四个进程P1、P2、P3和P4，以及三类资源R1、R2和R3。资源分配情况如下表所示：进程已分配资源尚需资源R1R2R3R1R2R3P1201110P2110121P3121012P4010211请问该系统是否处于死锁状态？如果是，哪些进程处于死锁中？（请给出详细的分析过程）（）A.是，P1、P2、P3B.是，P2、P3、P4C.否D.是，P1、P3、P417、在一个采用请求分页存储管理的操作系统中，页面大小为4KB，某进程的逻辑地址空间为32GB。若该进程的页表项中，有效位为1表示页面在内存中，为0表示页面不在内存中。假设页表存放在内存中，每页可存放1024个页表项。那么，该进程页表的大小是多少？（）A.4MBB.8MBC.16MBD.32MB18、在一个操作系统中，进程通信是非常重要的一部分。假设有两个进程P1和P2，它们需要频繁地交换大量的数据。以下几种进程通信方式中，哪种方式最适合这种情况？（）A.共享内存：两个进程可以直接访问同一块共享的内存区域，进行数据交换B.消息传递：通过发送和接收消息来传递数据，每个消息有固定的大小和格式C.管道：一种单向的、基于字节流的通信方式，数据只能从一端流向另一端D.信号量：用于进程之间的同步，而不是直接的数据交换19、在一个采用索引分配方式的文件系统中，文件的索引表存放在磁盘上。假设一个文件有100个磁盘块，每个磁盘块大小为4KB，索引表项占用4个字节。如果采用一级索引，那么索引表最多可以表示多大的文件？如果采用二级索引，又能表示多大的文件？（）A.一级索引最多表示16MB的文件，二级索引最多表示256MB的文件B.一级索引最多表示4MB的文件，二级索引最多表示16GB的文件C.一级索引最多表示64KB的文件，二级索引最多表示256KB的文件D.一级索引最多表示1MB的文件，二级索引最多表示4GB的文件20、在文件系统中，文件的访问控制是保障数据安全的重要手段。假设一个文件系统对文件设置了不同的访问权限，如读、写、执行等。对于一个普通用户创建的文件，以下关于访问权限设置和继承的描述，正确的是：（）A.该用户对自己创建的文件具有完全的控制权限，包括修改访问权限B.其他用户默认没有对该文件的任何访问权限，除非文件所有者明确授予C.当该文件被移动到其他目录时，其访问权限会自动继承新目录的默认权限D.文件的访问权限只能由系统管理员进行修改，用户无法自行更改21、在计算机操作系统中，内存管理是一项关键任务。假设系统采用分页存储管理方式，页面大小为4KB，某进程的逻辑地址空间为32GB。则该进程的页表项数量至少为：（）A.8MB.2MC.1MD.4M22、某计算机采用虚拟存储技术，系统为用户进程提供了4GB的虚拟地址空间，页面大小为4KB。假设某进程的虚拟页面访问序列为1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。若采用最佳页面置换算法（OPT），则发生缺页中断的次数是多少？（请详细分析计算过程）（）A.7B.8C.9D.1023、某操作系统采用了文件的加密技术，对文件的内容进行加密存储。在读取文件时，需要先进行解密操作。假设加密和解密算法的时间复杂度相同，且均为O(n)，其中n为文件的大小。如果读取一个10MB的文件，加密算法的执行时间为5秒，那么解密这个文件大约需要多长时间？（）A.5秒B.10秒C.15秒D.20秒24、在一个多处理器操作系统中，进程可以在不同的处理器上并行执行。假设系统中有四个处理器，进程P1、P2、P3和P4同时就绪。以下关于多处理器操作系统进程调度的描述中，正确的是：（）A.操作系统会将这四个进程平均分配到四个处理器上执行，以保证负载均衡B.进程调度的策略与单处理器操作系统完全相同，不需要考虑处理器的数量C.为了充分利用多处理器资源，操作系统可能会将一个进程的不同部分分配到不同的处理器上执行D.如果进程P1是计算密集型，而进程P2是I/O密集型，操作系统会优先将P1分配到处理器上执行25、在一个多道程序设计的操作系统中，有三个进程P1、P2、P3，它们的到达时间、服务时间分别为（0，8）、（1，4）、（2，9）（单位：毫秒）。采用短作业优先（SJF）调度算法，不考虑进程切换的时间开销。那么，进程P1的平均周转时间是多少？（）A.8毫秒B.9毫秒C.10毫秒D.11毫秒二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）什么是系统兼容性？2、（本题5分）什么是进程终止的条件和处理过程？3、（本题5分）什么是系统故障恢复时间？4、（本题5分）什么是信号量？如何实现进程同步？三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）探讨CPU调度与进程同步之间的关系，以及如何实现有效的协调。2、（本题5分）分析操作系统如何优化磁盘I/O调度算法以适应混合工作负载。3、（本题5分）探讨操作系统如何处理进程间通信中的消息传递的消息队列的高可用性实现。4、（本题5分）分析操作系统中的设备驱动程序架构和工作原理。5、（本题5分）研究操作系统如何支持不同类型的文件系统的加密算法的性能比较和选择。四、论述题（本大题共3个