烟台大学《操作系统》2021-2022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页烟台大学《操作系统》

2021-2022学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共15个小题，每小题2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2、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3、在一个实时操作系统中，有三个周期性任务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。采用速率单调调度算法（RMS），请问这三个任务能否在各自的周期内完成执行？（给出详细的计算和分析过程）（）A.能B.不能C.不确定D.以上都不对4、操作系统的安全机制可以保护系统的资源和数据不被非法访问和破坏。以下关于操作系统安全机制的描述中，哪个选项是错误的？（）A.操作系统可以采用用户认证和授权机制来控制用户对系统资源的访问B.操作系统可以采用加密技术来保护文件和数据的安全C.操作系统可以采用访问控制列表（ACL）来实现对文件和目录的访问控制D.操作系统的安全机制只需要在软件层面实现，不需要考虑硬件设备的安全性5、操作系统中的内存管理是一项关键任务，分页存储管理是一种常见的内存管理方式。在分页存储管理中，将用户程序的地址空间分为若干个固定大小的页面，同时将内存空间也分为相同大小的页框。当程序运行时，通过页表将页面映射到页框。现在考虑一个具有32位地址空间的系统，页面大小为4KB，那么页表项的长度至少为（）A.20位B.12位C.32位D.24位6、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7、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.0x923458、在一个操作系统中，文件系统采用了日志结构（Journaling）来提高文件操作的可靠性。当进行文件写入操作时，系统首先将操作记录在日志中，然后再实际更新文件数据和元数据。分析这种日志结构文件系统在面对系统崩溃或电源故障时如何保证文件系统的一致性，以及与传统文件系统相比在性能和存储空间使用方面的特点。A.日志结构文件系统性能更好，空间使用更优B.日志结构文件系统性能较差，空间使用较多C.日志结构文件系统性能和空间使用与传统文件系统相当D.取决于具体的应用和系统配置9、某磁盘的转速为7200转/分钟，平均寻道时间为8ms，每个磁道包含1000个扇区，传输速率为50MB/s。若要读取一个50MB的文件，其平均访问时间约为多少？（请给出详细的计算过程）（）A.18.4msB.20.4msC.22.4msD.24.4ms10、在一个操作系统中，磁盘调度算法采用最短寻道时间优先（SSTF）算法。当前磁头位于磁道50，磁道访问请求序列为80、40、90、10、60。那么，磁头移动的总距离是多少？（）A.150B.160C.170D.18011、在一个操作系统中，死锁是一个需要避免的问题。假设有四个进程P1、P2、P3、P4，它们分别需要资源A、B、C，资源的数量分别为5、4、3，每个进程所需的资源数量如下表所示：（）进程所需资源A所需资源B所需资源CP1211P2121P3112P4212采用银行家算法来判断系统是否处于安全状态。如果当前系统的资源分配情况如下表所示：进程已分配资源A已分配资源B已分配资源CP1100P2010P3110P4101那么，系统是否处于安全状态？A.系统处于安全状态，存在一个安全序列，如B.系统处于安全状态，存在一个安全序列，如C.系统处于不安全状态，不存在安全序列D.系统处于安全状态，存在一个安全序列，如12、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13、在一个采用索引分配方式的文件系统中，一个文件的大小为100KB，盘块大小为4KB，每个盘块号占用4个字节。若采用一级索引，索引表项能够容纳的盘块号数量为1024个。那么，该文件最多需要多少个索引块？（）A.1个B.2个C.3个D.4个14、在一个多道程序设计系统中，多个进程并发执行。假设有进程P1、P2和P3，它们的到达时间分别为0、1和2毫秒，服务时间分别为8、4和6毫秒。若采用短作业优先（SJF）调度算法，那么平均周转时间是多少？（）A.7毫秒B.8毫秒C.9毫秒D.10毫秒15、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.26.67ms二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）解释操作系统中的内存分配的最坏适应算法。2、（本题5分）什么是系统容错级别？3、（本题5分）操作系统如何优化文件的读取操作？三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）论述在操作系统中，如何实现高效的进程同步原语，考虑信号量、互斥锁、条件变量等的底层实现机制。分析同步原语的性能开销和优化方向。2、（本题5分）论述操作系统中的内存管理中的内存泄漏检测工具和技术，研究如何自动发现内存泄漏的位置和原因。分析内存泄漏检测在长期运行系统中的重要性。3、（本题5分）操作系统的虚拟设备技术为系统提供了更高的灵活性和资源利用率。请全面论述虚拟设备的概念、实现方式，如虚拟打印机、虚拟网卡等，分析虚拟设备在系统中的作用和优势，以及如何管理和配置虚拟设备以满足不同的应用需求。4、（本题5分）详细探讨操作系统中的内存压缩技术，分析内存压缩的算法、实现方式和对系统性能的影响，包括压缩和解压缩的开销、内存利用率的