烟台大学《操作系统》2022-2023学年第一学期期末试卷

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《操作系统》2022-2023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、在一个具有虚拟内存的操作系统中，系统采用请求调页的方式将页面调入内存。当一个进程访问一个不在内存中的页面时，会产生缺页中断。假设页面置换算法为最近最久未使用（LRU）算法，系统为该进程分配了4个页框。进程的页面访问序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，初始时4个页框均为空。那么，在这个过程中发生的缺页次数是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次2、在一个操作系统中，虚拟文件系统（VFS）为不同类型的文件系统提供了统一的接口。假设系统同时支持EXT4、NTFS和FAT32等文件系统，分析VFS的层次结构和工作机制，包括文件操作的转换和不同文件系统的适配，并讨论VFS在支持多种文件系统和提高系统可扩展性方面的作用。A.VFS作用显著，提高了可扩展性B.VFS作用有限，对可扩展性影响不大C.VFS增加了系统复杂性，得不偿失D.取决于系统的应用场景和用户需求3、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4、在操作系统中，进程通信的方式多种多样。共享内存方式通过共享一块内存区域来实现进程间的数据交换，具有很高的通信效率；消息传递方式则通过发送和接收消息来完成通信，消息可以包含各种数据类型；管道通信方式则是一种半双工的通信方式，常用于父子进程之间的通信。假设有两个进程需要进行大量数据的实时交换，并且要求通信的可靠性较高，那么最适合采用的通信方式是（）A.共享内存B.消息传递C.管道通信D.以上方式都不适合5、在一个分布式操作系统中，多个计算机通过网络连接在一起，共同完成一个大型任务。假设系统中有节点A、B、C和D，它们分别承担不同的计算任务和数据存储任务。现在节点A出现故障，系统需要进行故障恢复和任务重新分配。在这种情况下，以下关于分布式操作系统的处理方式的描述，哪一项是正确的？（）A.系统会立即停止所有任务，等待节点A恢复正常后再继续运行B.其他节点会自动接管节点A的任务，并重新分配计算和存储资源，保证任务继续进行C.系统会将整个任务回滚到之前的一个检查点，然后从该点重新开始执行D.由于分布式系统的复杂性，节点A的故障会导致整个系统崩溃，无法恢复6、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7、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.J48、以下关于操作系统中进程概念的描述，进程是程序在一个数据集合上的运行过程，它具有动态性、并发性等特征。在操作系统中，进程通常由程序段、数据段和进程控制块（PCB）组成。其中，PCB包含了进程的标识符、状态、优先级、程序计数器等重要信息。那么，进程与程序的本质区别在于（）A.进程是动态的，程序是静态的B.进程存储在内存，程序存储在外存C.进程能被多个程序共享，程序不能被多个进程共享D.进程有多个执行状态，程序只有一个执行状态9、在一个实时操作系统中，有三个周期性任务T1、T2、T3，它们的周期分别为50ms、100ms、200ms，执行时间分别为20ms、30ms、40ms。采用最早截止时间优先（EDF）调度算法。在0时刻，三个任务同时到达。那么，在第一个200ms内，T1任务被调度执行的次数是多少？（）A.2次B.3次C.4次D.5次10、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11、在一个分布式操作系统中，进程迁移是一项重要的功能。假设进程P需要从节点A迁移到节点B，以下关于进程迁移的步骤和需要考虑的因素，哪一项是正确的？（）A.首先停止进程P在节点A的执行，将其状态和数据打包发送到节点B，在节点B恢复进程的执行；需要考虑节点B的资源可用性和网络带宽B.在节点A和节点B同时启动进程P的副本，然后逐渐将节点A的工作转移到节点B，最后停止节点A的副本；需要考虑进程的同步和数据一致性C.将进程P在节点A的代码和数据直接复制到节点B，然后在节点B启动进程；需要考虑节点A和节点B的操作系统版本差异D.进程P在节点A继续执行，同时在节点B逐步创建相同的进程环境，当准备好后切换到节点B执行；需要考虑进程的优先级和负载均衡12、在操作系统的进程通信中，消息传递是一种常见的方式。假设有两个进程P1和P2通过消息队列进行通信。P1向消息队列发送了一条消息，P2从消息队列接收消息。以下关于消息传递通信的描述中，正确的是：（）A.消息队列是一种先进先出的结构，P2接收消息的顺序一定与P1发送消息的顺序相同B.当消息队列已满时，P1发送消息会被阻塞，直到队列中有空间可用C.P2从消息队列接收消息时，如果队列为空，P2会一直等待，直到有消息到来D.消息传递通信只能在同一台计算机上的进程之间使用，不能用于网络环境中的进程通信13、在一个具有实时时钟的操作系统中，时钟中断是系统进行时间管理和任务调度的重要依据。假设系统的时钟中断频率为100Hz，分析时钟中断对系统性能的影响，包括中断处理的开销和对任务执行的干扰等，并讨论如何合理设置时钟中断频率以平衡系统的时间精度和性能，以及在不同应用场景下的最佳实践。A.时钟中断频率越高越好B.时钟中断频率越低越好C.存在一个最优的时钟中断频率D.时钟中断频率的影响不大14、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.4M15、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16、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.417、在一个分布式操作系统中，多个计算机通过网络连接协同工作。假设系统中有多个任务需要分配到不同的节点上执行，以下关于分布式操作系统任务分配的描述中，正确的是：（）A.任务分配只考虑节点的计算能力，不考虑网络带宽和延迟B.分布式操作系统会自动将任务平均分配到各个节点上，以保证负载均衡C.在任务分配过程中，需要考虑节点的资源状态、任务的需求以及网络通信开销等因素D.一旦任务被分配到某个节点上，就不能再迁移到其他节点，即使该节点出现故障18、在一个具有快表的分页系统中，假定页表存放在内存中，内存访问时间为100ns，快表的查找时间为20ns。若一次内存访问需要查找页表，而快表命中的概率为80%。则有效访问时间是多少？（）A.100nsB.116nsC.120nsD.140ns19、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，120ns20、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二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）文件系统的扩展属性有什么作用？2、（本题5分）简述分段中的段表结构和地址转换过程。3、（本题5分）什么是操作系统的开源许可证和法律问题？4、（本题5分）简述处理机调度的层次和主要任务。5、（本题5分）简述命令行接口和图形用户接口的特点。三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）研究操作系统如何支持不同类型的存储虚拟化技术和其性能影响。2、（本题5分）研究操作系统中的内存管理的内存映射文件的性能影响因素。3、（本题5分）分析操作系统中的设备驱动程序的加载和卸载过程。4、（本题5分）研究操作系统如何支持不同类型的文件系统快照技术和其应用场景。5、（本题5分）分析操作系统如何处理文件系统的文件重命名和移动操作的优化。四、论述题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）在移动操