长春工业大学人文信息学院《操作系统》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《操作系统》2021-2022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、在虚拟存储系统中，页面置换算法的性能对系统的整体性能有很大影响。假设系统采用先进先出（FIFO）页面置换算法。以下关于FIFO算法的特点的描述，正确的是：（）A.FIFO算法可能会把经常使用的页面置换出去，导致缺页率增加B.FIFO算法总是选择在内存中驻留时间最长的页面进行置换C.FIFO算法实现简单，但性能不如其他复杂的页面置换算法D.FIFO算法不会产生Belady异常现象2、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3、在一个操作系统中，系统启动过程包括硬件初始化、内核加载、驱动程序加载和用户空间服务启动等阶段。假设系统在启动过程中出现故障，分析可能导致故障的原因，如硬件问题、配置错误、驱动程序不兼容等，并讨论如何进行故障诊断和修复，以及如何优化系统启动过程以提高启动速度。A.硬件问题是最常见的故障原因B.配置错误是最常见的故障原因C.驱动程序不兼容是最常见的故障原因D.不同故障原因在不同情况下都可能出现4、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5、在操作系统的内核结构中，微内核结构和宏内核结构各有优缺点。假设一个操作系统采用微内核结构，以下关于其特点的描述，正确的是：（）A.微内核结构将大部分系统服务功能放在内核之外，内核体积小，稳定性高B.由于微内核结构的内核功能较少，系统的性能通常比宏内核结构更高C.微内核结构的系统服务之间通信效率高，因为它们都在内核中直接交互D.微内核结构的可扩展性较差，难以添加新的系统服务6、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.140ns7、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、在一个文件系统中，文件的物理结构采用链接分配方式。每个磁盘块大小为512字节，文件的起始地址为1000块，文件长度为5000字节。请问该文件占用了多少个磁盘块？（）A.10B.11C.12D.1310、在一个具有设备管理功能的操作系统中，有多种设备类型，如磁盘、打印机、键盘等。假设系统采用中断驱动的I/O控制方式，当一个设备完成I/O操作时，会向CPU发送中断信号。现在有一个磁盘正在进行读操作，当读操作完成后，中断处理程序需要完成哪些工作？（）A.保存当前进程的现场，切换到中断服务进程，处理中断请求，恢复被中断进程的现场B.直接将读取的数据传递给请求进程，更新设备状态，然后继续执行被中断的进程C.通知磁盘控制器停止操作，释放相关资源，唤醒等待该I/O操作完成的进程D.检查中断原因，获取读取的数据，进行错误处理，将控制权交回被中断的进程11、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，112、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.7ms13、在操作系统中，进程的调度算法可以影响系统的性能和公平性。以下关于进程调度算法的描述中，哪个选项是错误的？（）A.先来先服务调度算法简单直观，但可能导致短作业等待时间过长B.短作业优先调度算法可以提高系统的吞吐量，但可能导致长作业饥饿C.时间片轮转调度算法可以保证每个进程都有机会执行，但可能导致频繁的上下文切换D.高响应比优先调度算法可以兼顾短作业和长作业的需求，但计算响应比的开销较大，不适合实时系统14、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15、在一个实时操作系统中，有多个任务具有不同的截止时间和优先级。任务T1的截止时间为100毫秒，优先级为高；任务T2的截止时间为200毫秒，优先级为中；任务T3的截止时间为300毫秒，优先级为低。假设系统当前处于空闲状态，然后这三个任务依次到达。如果系统采用基于优先级的抢占式调度算法，那么任务的执行顺序是怎样的？同时分析这种调度算法在满足实时任务截止时间方面的可靠性和可能存在的问题。A.T1->T2->T3B.T1->T3->T2C.T2->T1->T3D.T3->T2->T116、在一个操作系统中，设备管理是一项重要的功能。假设有一个磁盘设备，其传输速率为100MB/s，平均寻道时间为10毫秒，旋转延迟为5毫秒。现在有一个进程需要连续读取100个大小均为4KB的数据块。分析在不同的磁盘调度算法（如先来先服务、最短寻道时间优先、电梯算法等）下，进程完成数据读取所需的时间，并比较这些算法在磁盘I/O性能方面的优劣。A.先来先服务算法最优B.最短寻道时间优先算法最优C.电梯算法最优D.不同算法在不同情况下各有优劣17、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18、在操作系统的设备管理中，I/O控制方式有多种，如程序控制I/O、中断驱动I/O、DMA方式和通道控制方式。假设一个磁盘正在进行数据传输，以下关于不同I/O控制方式的描述中，正确的是：（）A.程序控制I/O方式下，CPU会一直等待I/O操作完成，导致CPU利用率很低B.中断驱动I/O方式中，CPU在I/O操作开始后可以去执行其他任务，直到收到中断信号C.DMA方式下，数据的传输完全由DMA控制器控制，CPU无需参与D.通道控制方式是最复杂的I/O控制方式，因此在实际应用中很少使用19、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.32MB20、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21、在一个具有缓存机制的操作系统中，为了提高磁盘I/O的性能，系统会在内存中设置磁盘缓存。假设系统中有一个频繁访问的小文件，其数据可以完全存储在磁盘缓存中。分析磁盘缓存的替换策略（如LRU、FIFO等）对缓存命中率和系统整体性能的影响，并讨论如何根据文件的访问模式选择合适的缓存替换策略。A.LRU策略最优B.FIFO策略最优C.应根据访问模式选择D.缓存替换策略影响不大22、某计算机系统中有一个磁盘，转速为7200转/分钟，每个磁道有160个扇区，每个扇区512字节。若磁头从一个磁道移动到相邻磁道的平均时间为1ms，请问读取一个4KB的数据块平均需要多长时间？（假设不考虑旋转延迟和传输时间）（）A.8.5msB.9.5msC.10.5msD.11.5ms23、某磁盘共有200个柱面，每个柱面有20个磁道，每个磁道有10个扇区。假定磁盘旋转一圈的时间为20ms，磁头在每个磁道上的平均移动时间为10ms。若要读取一个位于第150柱面、第5磁道、第8扇区的数据，至少需要多少时间？（请说明计算过程）（）A.28msB.30msC.32msD.36ms24、进程同步是操作系统中保证进程协调运行的重要机制。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。为了保证数据的正确读写，需要使用信号量进行同步。以下关于信号量操作的描述，正确的是：（）A.P1在写入数据前先执行V操作，P2在读取数据前先执行P操作B.P1在写入数据前先执行P操作，P2在读取数据前先执行V操作C.P1和P2在读写数据前都先执行P操作，完成后都执行V操作D.P1和P2在读写数据前都先执行V操作，完成后都执行P操作25、在操作系统中，死锁是一种严重的问题。以下关于死锁的描述中，哪个选项是错误的？（）A.死锁是指多个进程因为竞争资源而陷入无限等待的状态B.产生死锁的必要条件包括互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件和环路等待条件C.可以通过银行家算法来避免死锁的发生D.一旦发生死锁，系统就无法正常运行，必须重新启动计算机才能解决26、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，共同完成一个任务。假设一个计算任务可以被分解为多个子任务，并分配到不同的计算机上执行。在任务执行过程中，需要进行进程间的通信和同步。以下哪种方式最适合用于进程间的通信？（）A.共享内存B.消息传递C.信号量D.管道27、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28、在一个操作系统中，有一个进程正在进行大量的文件读写操作。为了提高文件系统的性能，操作系统采用了缓存机制，将经常访问的文件数据缓存在内存中。以下关于文件缓存的描述，哪一项是正确的？（）A.文件缓存可以减少磁盘I/O操作的次数，提高文件访问的速度，但会占用大量的内存B.文件缓存中的数据会自动与磁盘中的文件保持同步，无需额外的操作C.当内存不足时，文件缓存中的数据会被立即清除，以释放内存给其他进程使用D.文件缓存只对顺序读取文件有效，对随机读取文件没有帮助29、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.75630、在操作系统的磁盘调度算法中，先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）和扫描算法（SCAN）是常见的方法。假设磁盘请求队列中的请求顺序为55、58、39、18、90、160、150、38、184，磁头当前位于100磁道，向磁道号增加的方向移动。以下关于不同磁盘调度算法的描述中，正确的是：（）A.FCFS算法按照请求到达的先后顺序进行调度，平均寻道时间较长B.SSTF算法总是选择距离当前磁头位置最近的请求进行调度，可能会导致某些请求长时间等待C.SCAN算法在磁头移动到一端后，会立即反向移动，避免了饥饿现象D.不同的磁盘调度算法在不同的磁盘负载情况下性能表现不同，需要根据实际情况选择合适的算法二、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）操作系统的启动过程是系统