西北大学《操作系统》2023-2024学年第一学期期末试卷

自觉遵守考场纪律如考试作弊此答卷无效密自觉遵守考场纪律如考试作弊此答卷无效密封线第1页，共3页西北大学

《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2、在一个具有三级页表的分页存储系统中，页面大小为4KB，逻辑地址空间为64GB。若各级页表的长度均为4B，则页表占用的内存空间是多少？（给出详细的计算步骤）（）A.4MBB.8MBC.16MBD.32MB3、在一个多任务操作系统中，进程的上下文切换是经常发生的。以下关于进程上下文切换的开销的描述，正确的是：（）A.进程上下文切换的开销主要包括保存和恢复寄存器的值、更新页表等B.进程上下文切换的开销很小，可以忽略不计，不会影响系统性能C.上下文切换的开销与进程的数量成正比，进程越多，开销越大D.减少进程的数量可以完全消除上下文切换的开销4、操作系统的内存保护机制可以防止进程之间的内存访问冲突。以下关于内存保护的描述中，哪个选项是错误的？（）A.内存保护可以通过地址映射和访问控制等方式实现B.内存保护可以防止进程访问不属于自己的内存区域C.内存保护可以提高系统的安全性和稳定性D.内存保护只对用户进程有效，对内核进程没有作用5、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6、考虑一个具有4个页面的虚拟内存系统，页面大小为1KB，逻辑地址空间为32位。假设某一时刻，页表内容如下：页号0对应的物理块号为2，页号1对应的物理块号为5，页号2对应的物理块号为7，页号3对应的物理块号为9。若进程访问的逻辑地址为0x12345，请问对应的物理地址是多少？（）A.0x22345B.0x52345C.0x72345D.0x923457、在一个多任务操作系统中，多个进程同时竞争CPU资源。假设系统采用时间片轮转调度算法，每个进程被分配相同长度的时间片。当一个进程在其时间片内未完成任务时，会被挂起并放入就绪队列等待下一轮调度。现在有三个进程P1、P2和P3，它们的运行时间分别为20毫秒、10毫秒和30毫秒。如果系统的时间片长度为10毫秒，那么这三个进程的平均周转时间（从进程开始到完成的时间）大约是多少？需要考虑进程的切换时间和等待时间，并分析这种调度算法在不同场景下的优缺点。A.20毫秒B.23.33毫秒C.26.67毫秒D.30毫秒8、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9、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.7ms10、在一个具有多个缓冲区的I/O系统中，从用户进程向缓冲区写入数据和从缓冲区向设备输出数据可以并行操作。假设从用户进程向缓冲区写入一个数据的平均时间为T1，从缓冲区向设备输出一个数据的平均时间为T2，缓冲区的数量为N。若要使系统的并行度最高，T1和T2应满足什么关系？（）A.T1>T2B.T1<T2C.T1=T2D.以上都不对11、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.51212、文件系统的文件访问控制可以限制用户对文件的访问权限。以下关于文件访问控制的描述中，哪个选项是错误的？（）A.文件访问控制可以通过用户认证和授权机制来实现B.文件访问控制可以限制用户对文件的读、写、执行等操作C.文件访问控制可以采用访问控制列表（ACL）或能力列表等方式实现D.文件访问控制只对本地文件系统有效，对网络文件系统没有作用13、在操作系统的文件系统中，索引节点（inode）是用于存储文件属性和磁盘地址等信息的数据结构。假设一个文件系统采用直接索引和间接索引相结合的方式来存储文件数据的磁盘地址。对于一个较大的文件，以下关于磁盘地址存储和访问的描述，正确的是：（）A.直接索引部分可以存储较多的磁盘地址，足以满足大部分文件的需求B.间接索引部分通过指针指向多个磁盘块，用于存储更多的磁盘地址C.读取文件数据时，首先查找直接索引部分，若找不到再查找间接索引部分D.间接索引会增加文件的读取时间，因此应尽量减少间接索引的使用14、设备管理中的设备独立性可以提高程序的可移植性和设备的利用率。以下关于设备独立性的描述中，哪个选项是错误的？（）A.设备独立性可以通过设备驱动程序和逻辑设备表来实现B.设备独立性意味着程序可以不考虑设备的具体类型和特性，直接使用设备C.设备独立性可以提高设备的利用率，因为不同的程序可以共享设备D.设备独立性只对输入设备有效，对输出设备没有作用15、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16、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，117、操作系统的进程通信机制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18、在一个实时操作系统中，有三个任务T1、T2和T3，它们的周期分别为50ms、100ms和200ms，每个任务的执行时间分别为20ms、30ms和40ms。假设采用基于优先级的抢占式调度算法，优先级从高到低依次为T1、T2、T3。那么，在一个长时间的运行过程中，任务的响应时间和截止时间是否能够得到保证？（）A.由于优先级设置合理，三个任务的响应时间和截止时间都能够得到保证B.T3的响应时间可能会超过其周期，导致截止时间无法保证C.T2可能会因为T1的抢占而导致响应时间延迟，无法保证截止时间D.优先级设置可能导致低优先级任务长时间得不到执行，从而无法保证所有任务的截止时间19、在一个请求分页存储管理系统中，若系统分配给某进程的物理块数为3，开始时进程的页面访问序列为7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1。采用最近最久未使用（LRU）页面置换算法，当进程访问页面4时产生缺页中断，此时应淘汰的页面是哪个？（）A.7B.0C.1D.220、在虚拟存储系统中，页面置换算法的选择对系统性能有很大影响。除了前面提到的最近最久未使用（LRU）算法，还有先进先出（FIFO）算法和时钟（Clock）算法等。假设系统为进程分配了三个物理页面，页面访问序列为7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2、1、2、0、1、7、0、1。若采用先进先出（FIFO）页面置换算法，则发生的缺页次数为（）A.9次B.10次C.11次D.12次二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）什么是操作系统的绿色计算理念？2、（本题5分）什么是虚拟文件系统？它的优点是什么？3、（本题5分）什么是银行家算法？如何用于避免死锁？4、（本题5分）简述分布式操作系统的特点。5、（本题5分）描述进程的三种基本状态及转换条件。三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）分析操作系统如何优化文件系统的写入缓冲和同步策略。2、（本题5分）研究操作系统如何实现对进程的资源限制和配额管理。3、（本题5分）探讨操作系统中的文件系统缓存和预读策略。4、（本题5分）研究操作系统中的进程状态转换及其原因。5、（本题5分）分析操作系统中的系统启动优化技术。四、论述题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）随着物联网的发展，操作系统在物联网设备中的应用越来越广泛。请综合论述物联网操作系统的特点和需求，如低功耗、实时性、小内