长沙师范学院《操作系统原理》2022-2023学年第一学期期末试卷

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2022-2023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20个小题，每小题2分，共40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、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.11.5ms2、在文件系统中，文件的目录结构对于文件的组织和查找非常重要。假设一个文件系统采用树形目录结构，根目录下有多个子目录和文件。当用户要查找一个特定文件时，以下关于查找过程的描述，正确的是：（）A.从根目录开始，按照目录层次逐层向下查找，直到找到目标文件B.系统会同时在多个目录中进行并行查找，以加快查找速度C.先在当前目录查找，如果找不到再回溯到上一级目录继续查找D.可以直接根据文件的名称快速定位到文件所在的目录，无需逐层查找3、某操作系统支持多种文件系统，包括FAT32、NTFS和EXT4等。现在有一个文件需要在不同的文件系统之间进行复制，假设文件大小为10GB，源文件系统为FAT32，目标文件系统为NTFS。在复制过程中，需要考虑文件系统的特性，如最大文件大小限制、簇大小、文件属性支持等。以下关于这个文件复制过程的描述，哪一项是正确的？（）A.由于FAT32的最大文件大小限制为4GB，所以无法直接复制这个10GB的文件B.文件复制时，簇大小的差异不会影响文件的内容和存储效率C.NTFS支持更多的文件属性，复制过程中源文件系统中不支持的属性会被自动丢弃D.复制过程中，文件系统会自动调整文件的存储结构以适应目标文件系统的要求，无需用户干预4、在一个采用分页存储管理的操作系统中，系统的逻辑地址空间被划分为若干固定大小的页，物理内存也被划分为相同大小的页框。假设页面大小为4KB，某进程的逻辑地址为0x12345678，该地址对应的页号和页内偏移量分别是多少？同时，若系统的物理内存有16GB，页框大小与页面大小相同，那么物理地址空间的页表项数量最多是多少？（）A.页号为0x0324，页内偏移量为0x1678；页表项数量最多为2^28个B.页号为0x1234，页内偏移量为0x5678；页表项数量最多为2^30个C.页号为0x5678，页内偏移量为0x1234；页表项数量最多为2^34个D.页号为0x3456，页内偏移量为0x7812；页表项数量最多为2^32个5、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6、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7、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.30ms8、在一个多道程序设计的操作系统中，有多个进程同时竞争CPU和内存资源。假设系统中有进程P1、P2和P3，它们的优先级分别为高、中、低，并且它们的运行时间和内存需求各不相同。P1需要运行10分钟，占用512MB内存；P2需要运行20分钟，占用256MB内存；P3需要运行30分钟，占用128MB内存。当前系统可用内存为1GB，CPU采用时间片轮转调度算法，时间片大小为5分钟。在这种情况下，以下关于进程调度和内存分配的描述，哪一项是正确的？（）A.进程P1会首先获得CPU资源，因为它的优先级最高，并且会一次性分配512MB内存B.由于内存有限，进程P3可能会因为内存不足而被阻塞，直到其他进程释放足够的内存C.CPU会按照P1、P2、P3的顺序轮流执行，每个进程每次执行5分钟，内存根据进程需求逐步分配D.进程P2可能会在P1运行完第一个时间片后获得CPU资源，内存分配会优先满足运行时间短的进程9、设备管理中的设备驱动程序是连接操作系统和设备的桥梁。以下关于设备驱动程序的描述中，哪个选项是错误的？（）A.设备驱动程序负责将操作系统的命令转换为设备能够理解的指令B.设备驱动程序可以分为内核态驱动程序和用户态驱动程序两种类型C.设备驱动程序需要考虑设备的特性和操作系统的接口规范D.设备驱动程序一旦安装就不能修改，否则会导致系统崩溃10、在操作系统的内存管理中，伙伴系统是一种用于内存分配和回收的算法。假设系统初始时有一块连续的内存空间，采用伙伴系统进行管理。当一个进程请求分配一块内存时，以下关于内存分配的描述，正确的是：（）A.系统会将整块内存空间分配给进程，即使请求的内存大小小于可用空间B.系统会从可用的内存块中查找最合适大小的块进行分配，并将其分割C.伙伴系统会优先从内存的低地址部分开始分配内存，以提高分配效率D.内存分配过程中不会产生碎片，因为伙伴系统总是进行整块的分配和回收11、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12、在一个单处理机系统中，有三个进程P1、P2和P3，它们的优先级分别为3、2和1（数值越大优先级越高），到达时间分别为0、1和2毫秒，服务时间分别为5、3和4毫秒。若采用优先级调度算法，且非抢占式，那么平均等待时间是多少？（）A.3毫秒B.4毫秒C.5毫秒D.6毫秒13、文件系统的目录结构对于文件的组织和管理非常重要。以下关于目录结构的描述中，哪个选项是错误的？（）A.单级目录结构只有一个目录，所有文件都放在这个目录中B.两级目录结构将文件分为用户文件和系统文件，分别放在不同的目录中C.树形目录结构可以将文件组织成层次结构，方便管理和查找D.无环图目录结构可以允许文件有多个父目录，增加了文件的灵活性14、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15、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16、在一个具有进程同步机制的操作系统中，有两个进程P和Q，它们共享一个缓冲区。P进程负责向缓冲区写入数据，Q进程负责从缓冲区读取数据。为了保证数据的正确读写，使用了一个信号量S，初始值为1。当P进程准备向缓冲区写入数据时，执行P(S)操作；写入完成后，执行V(S)操作。当Q进程准备从缓冲区读取数据时，执行P(S)操作；读取完成后，执行V(S)操作。假设当前Q进程正在读取数据，P进程准备写入数据。那么，P进程会处于什么状态？（）A.就绪状态B.阻塞状态C.运行状态D.挂起状态17、在一个具有死锁检测和恢复机制的操作系统中，有四个进程P1、P2、P3、P4，它们分别占用了资源R1、R2、R3的数量为（2，1，0）、（1，2，1）、（0，1，1）、（1，0，1），系统中可用的资源数量为（1，1，2）。那么，系统是否处于死锁状态？（）A.是，存在死锁B.否，系统安全C.不确定，需要进一步分析进程的等待情况D.以上都不对18、某操作系统采用了文件的加密技术，对文件的内容进行加密存储。在读取文件时，需要先进行解密操作。假设加密和解密算法的时间复杂度相同，且均为O(n)，其中n为文件的大小。如果读取一个10MB的文件，加密算法的执行时间为5秒，那么解密这个文件大约需要多长时间？（）A.5秒B.10秒C.15秒D.20秒19、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.75620、在一个实时操作系统中，任务的调度不仅要考虑任务的优先级，还要满足任务的时间约束。假设有一个周期性任务，其执行周期为50毫秒，每次执行时间为20毫秒。分析在不同的调度算法（如单调速率调度、最早截止时间优先等）下，如何保证该任务能够按时完成，并讨论这些调度算法在处理周期性任务时的优缺点。A.单调速率调度算法最优B.最早截止时间优先算法最优C.两种算法在不同情况下各有优劣D.取决于任务的具体特点和系统负载二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）简述进程阻塞和唤醒的原因和机制。2、（本题5分）简述操作系统中的分布式对象存储。3、（本题5分）简述操作系统中的实时调度算法。三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）分析操作系统如何处理文件系统的文件系统快照的空间管理和回收。2、（本题5分）分析操作系统如何处理文件系统的目录缓存和预取策略。3、（本题5分）研究多处理器系统中的操作系统调度策略和资源分配问题。4、（本题5分）研究操作系统中