西安建筑科技大学华清学院《操作系统》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《操作系统》2023-2024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30个小题，每小题1分，共30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、在一个具有多核处理器的操作系统中，线程的调度需要考虑处理器的亲和性。假设一个多线程应用程序的线程在不同的核心上频繁切换，分析这种核心切换对性能的影响，包括缓存命中率的降低、上下文切换开销等，并讨论如何通过设置线程的处理器亲和性来提高性能，以及在什么情况下需要动态调整亲和性。A.核心切换总是降低性能，应避免B.核心切换在某些情况下有益，某些情况下有害C.核心切换对性能影响不大，无需关注D.取决于应用程序的特点和系统负载2、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3、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4、在操作系统的磁盘管理中，磁盘调度算法的选择对于磁盘的I/O性能有着重要的影响。除了前面提到的几种常见算法，还有电梯调度算法。电梯调度算法类似于电梯的工作原理，总是沿着一个方向移动，直到该方向上没有请求为止，然后改变方向。假设磁盘请求队列的顺序为82、170、43、140、24、16、190，磁头当前位于50号磁道，初始移动方向为磁道号增加的方向。那么，采用电梯调度算法时，磁头移动的总磁道数为（）A.382B.418C.450D.5125、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6、在一个支持虚拟内存的操作系统中，当一个进程发生缺页中断时，操作系统需要从磁盘中将所需的页面调入内存。假设页面置换算法为先进先出（FIFO）算法，当前内存中有三个页面，分别是页面A、B、C，最近访问的顺序为B、C、A。现在需要调入页面D，而内存已满，那么会置换出哪个页面？（）A.页面A，因为它是最早进入内存的页面B.页面B，因为它是最近访问的页面C.页面C，因为它在中间位置D.随机选择一个页面进行置换7、在一个操作系统中，进程间通信（IPC）是实现进程协作和数据交换的重要手段。假设有两个进程P1和P2，它们需要频繁地交换大量的数据。现在有多种IPC机制可供选择，如管道、消息队列、共享内存和信号量等。分析每种IPC机制在数据传输量、同步方式、通信效率和编程复杂性等方面的特点，并根据具体的应用场景选择最合适的IPC机制。A.管道最适合B.消息队列最适合C.共享内存最适合D.应根据具体场景选择8、操作系统的进程通信可以实现不同进程之间的数据交换和同步。以下关于进程通信的描述中，哪个选项是错误的？（）A.进程通信可以分为共享内存、消息传递和管道等方式B.共享内存方式速度快，但需要解决同步和互斥问题C.消息传递方式比较灵活，但开销较大D.管道是一种单向通信方式，只能用于父子进程之间的通信9、在操作系统中，设备管理负责对各类设备进行有效的控制和分配。假设系统中有一台打印机，采用独占式分配策略。当多个进程同时申请使用该打印机时，以下关于设备分配的说法，正确的是：（）A.操作系统会按照申请的先后顺序，依次将打印机分配给各个进程B.只有一个进程能够获得打印机的使用权，其他进程会被阻塞等待C.操作系统会根据进程的优先级，决定将打印机分配给哪个进程D.所有申请打印机的进程会同时共享使用该打印机，以提高设备利用率10、有一个文件系统，采用连续分配方式存储文件。已知文件A从磁盘地址1000开始，占用了5个连续的磁盘块，每个磁盘块大小为512B。若要读取文件A的第3个磁盘块的内容，需要访问磁盘的物理地址是多少？（）A.2048B.2560C.3072D.358411、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12、某计算机系统中，有一个磁盘，其每个盘面有200个磁道，每个磁道有10个扇区，磁盘转速为6000转/分钟。若要读取一个位于第50个磁道、第8个扇区的数据，至少需要多少时间？（假设寻道时间为10ms，给出详细的计算过程）（）A.21.67msB.23.33msC.25msD.26.67ms13、操作系统中的设备管理负责对系统中的各类I/O设备进行有效的管理和控制。假设有一个磁盘系统，其旋转速度为每分钟7200转，平均寻道时间为10ms，每个磁道包含500个扇区，每个扇区512字节。现在要读取一个100KB的文件，且文件数据连续存储在磁盘上。那么，读取该文件所需的平均时间大约为（）A.15msB.20msC.25msD.30ms14、在操作系统的进程同步中，信号量是一种常用的同步工具。信号量可以分为整型信号量和记录型信号量。整型信号量存在“忙等”问题，而记录型信号量则通过阻塞和唤醒操作避免了这一问题。假设有两个进程P1和P2，它们共享一个缓冲区，P1负责向缓冲区写入数据，P2负责从缓冲区读取数据。为了保证缓冲区的正确使用，需要使用信号量进行同步。那么，应该设置的信号量数量以及初始值分别为（）A.1个，0B.1个，1C.2个，0D.2个，115、在文件系统中，目录的组织方式对文件的查找效率有很大影响。假设一个文件系统采用树形目录结构，以下关于树形目录结构的描述中，正确的是：（）A.树形目录结构可以方便地实现文件的共享，但会增加文件查找的时间复杂度B.在树形目录结构中，删除一个目录时，需要递归地删除其所有子目录和文件C.树形目录结构不允许文件或目录重名，否则会导致系统混乱D.从根目录到任何一个文件的路径都是唯一的，这保证了文件的唯一性和可访问性16、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17、在一个具有虚拟内存的操作系统中，进程的地址空间被划分为逻辑地址和物理地址。当进程访问一个虚拟地址时，系统通过页表将其转换为物理地址。假设页表的每个条目包含页号、页框号和一些访问控制位。现在有一个进程，其逻辑地址空间大小为4GB，页面大小为4KB，页表项大小为4字节。如果系统为该进程分配了1GB的物理内存，那么页表的大小至少是多少？同时考虑页表的存储方式和对内存访问效率的影响。A.1MBB.2MBC.4MBD.8MB18、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19、某文件系统采用索引节点（inode）来管理文件，每个inode包含12个直接地址指针、1个一级间接地址指针、1个二级间接地址指针和1个三级间接地址指针。每个盘块大小为1KB，每个盘块号占4B。若文件最大长度为4TB，则三级间接地址指针指向的盘块数是多少？（请详细计算）（）A.2^20B.2^22C.2^24D.2^2620、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21、操作系统的存储管理功能可以提高内存的利用率。以下关于存储管理的描述中，哪个选项是错误的？（）A.虚拟内存是一种将硬盘空间作为内存使用的技术，可以扩大程序的可用内存空间B.页面置换算法用于在内存不足时选择哪些页面被换出到硬盘上C.段页式存储管理结合了分段和分页的优点，可以更灵活地管理内存D.存储管理只需要考虑内存的分配和回收，不需要考虑CPU的缓存管理22、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23、在一个操作系统中，文件系统采用树形目录结构。假设根目录下有目录A和B，目录A下有文件F1和目录C，目录B下有文件F2和目录D。现在要查找文件F1，从根目录开始，依次经过的目录路径是什么？同时，如果要删除目录A，需要满足哪些条件？（）A.路径为/A/F1；删除目录A需要目录A为空且没有进程正在使用它B.路径为/A/C/F1；删除目录A需要目录A下的所有文件和子目录已被删除C.路径为/A；删除目录A需要目录A及其所有子目录和文件没有被其他用户锁定D.路径为/A/F1；删除目录A需要目录A下没有隐藏文件且父目录有写权限24、在一个多道批处理系统中，有三个作业J1、J2和J3，它们的提交时间、运行时间如下表所示：作业提交时间运行时间（小时）J18:003J29:002J310:001假设系统采用短作业优先（SJF）调度算法，计算三个作业的平均周转时间。（给出详细的计算过程）（）A.4小时B.4.33小时C.4.67小时D.5小时25、在一个具有内存保护机制的操作系统中，每个进程都被分配了独立的内存空间，并且系统通过硬件和软件的结合来防止进程访问其他进程的内存区域。假设进程P1试图访问进程P2的内存空间，系统会产生一个内存访问违规的异常。分析这种内存保护机制是如何实现的，包括硬件支持（如MMU）和操作系统的相关处理逻辑，并讨论内存保护在系统安全性和稳定性方面的重要意义。A.通过硬件MMU实现，意义重大B.通过操作系统软件实现，意义不大C.通过硬件和软件共同实现，意义重大D.内存保护机制作用有限，意义不大26、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.32MB27、在操作系统的设备管理中，缓冲技术可以有效地提高I/O操作的效率。缓冲池是一种常见的缓冲技术，它由多个缓冲区组成，可以用于输入、输出和中间转换。假设一个系统中有三个缓冲池，分别用于输入、输出和中间转换，每个缓冲池包含10个缓冲区。现在有一个进程进行数据输入和输出操作，输入数据量为50KB，输出数据量为30KB，每个缓冲区大小为1KB。那么，至少需要多少个缓冲区才能满足操作需求（）A.80个B.70个C.60个D.50个28、在一个支持多线程的操作系统中，线程的同步和互斥是常见的操作。假设有两个线程T1和T2共享一个全局变量count，初始值为0。T1负责对count进行加1操作，T2负责对count进行减1操作。为了保证操作的正确性，需要使用锁机制。以下关于锁使用的描述，正确的是：（）A.T1和T2在操作count前都先获取锁，操作完成后释放锁B.只有T1需要获取锁进行加1操作，T2不需要获取锁进行减1操作C.锁的获取和释放操作会导致线程的切换，从而降低系统性能D.可以使用多个锁来分别保护count的加操作和减操作，提高并发度29、在一个具有实时时钟的操作系统中，时钟中断的频率为100Hz。进程P需要在每隔50ms执行一次特定操作。为了实现这个功能，可以采用以下哪种方法？（）A.设置一个定时器，在定时时间到达时触发操作B.在时钟中断处理程序中判断时间间隔，执行操作C.利用系统调用，在需要执行操作的时刻主动请求执行D.以上方法均可30、在操作系统的文件保护机制中，访问控制列表（ACL）和权限位是两种常见的方法。假设一个文件的所有者具有读、写和执行权限，所属组具有读和执行权限，其他用户只有读权限。以下关于文件保护机制的描述中，正确的是：（）A.当一个用户试图访问该文件时，操作系统只根据用户所属的组来确定其权限B.如果一个不属于文件所有者和所属组的用户想要修改该文件，将会被拒绝C.权限位的设置比访问控制列表更灵活，可以为每个用户单独设置不同的权限D.访问控制列表可以更精细地控制文件的访问权限，但实现和管理相对复杂二、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）随着人工智能的发展，操作系统在支持人工智能应用方面面临新的挑战和机遇。全面论述操作系统如何为人工智能计算任务提供高效的资源管理、调度和优化，分析人工智能应用对操作系统的性能需求和功能扩