中国地质大学（武汉）《操作系统原理》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《操作系统原理》2023-2024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、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2、有一个文件系统，采用混合索引分配方式，其FCB中共有13个地址项，其中0-9个地址项为直接地址，第10个地址项为一次间接地址，第11个地址项为二次间接地址，第12个地址项为三次间接地址。若每个盘块的大小为512B，每个盘块号占4B，则该文件系统允许的最大文件长度是多少？（给出详细的计算步骤）（）A.10+512+512×512+512×512×512B.10×512+512×512+512×512×512C.10×512+512×512+512×512×512×512D.10+512×512+512×512×512+512×512×512×5123、文件系统的文件共享是指多个用户可以同时访问同一个文件。以下关于文件共享的描述中，哪个选项是错误的？（）A.文件共享可以提高文件的利用率和系统的效率B.文件共享可以通过硬链接和软链接两种方式实现C.文件共享需要解决文件的同步和一致性问题D.文件共享只对文本文件有效，对二进制文件没有作用4、在操作系统中，设备管理负责对各类设备进行有效的控制和分配。假设系统中有一台打印机，采用独占式分配策略。当多个进程同时申请使用该打印机时，以下关于设备分配的说法，正确的是：（）A.操作系统会按照申请的先后顺序，依次将打印机分配给各个进程B.只有一个进程能够获得打印机的使用权，其他进程会被阻塞等待C.操作系统会根据进程的优先级，决定将打印机分配给哪个进程D.所有申请打印机的进程会同时共享使用该打印机，以提高设备利用率5、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6、文件系统的可靠性是保证数据安全的重要因素。以下关于文件系统可靠性的描述中，哪个选项是错误的？（）A.文件系统可以采用备份和恢复技术来保证数据的可靠性B.文件系统可以采用日志记录技术来记录文件的操作，以便在系统崩溃时进行恢复C.文件系统可以采用RAID（磁盘阵列）技术来提高数据的可靠性和可用性D.文件系统的可靠性只取决于硬件设备的质量，与软件设计无关7、在操作系统中，线程是比进程更小的执行单位。以下关于线程的描述中，哪个选项是错误的？（）A.线程是进程中的一个执行路径，共享进程的地址空间和资源B.线程的创建和销毁比进程更快，因为线程不需要分配独立的内存空间C.多线程可以提高程序的并发性，但也会增加程序的复杂性和调试难度D.线程之间的通信可以通过共享内存和消息传递两种方式进行，其中共享内存方式效率更高，但也更容易出现数据竞争问题8、在一个操作系统中，内存管理不仅要考虑进程的内存分配，还要处理内存碎片问题。假设系统采用了首次适应、最佳适应和最坏适应等内存分配算法，分析这些算法在产生内存碎片的数量、内存利用率和分配速度等方面的特点，并讨论如何通过算法的选择和优化来减少内存碎片的产生，提高内存管理的效率。A.首次适应算法最优B.最佳适应算法最优C.最坏适应算法最优D.不同算法在不同情况下各有优劣9、在操作系统中，设备独立性是指用户程序在使用设备时不依赖于具体的物理设备。为了实现设备独立性，系统引入了逻辑设备和物理设备的概念，并通过设备驱动程序进行转换。假设一个系统中有三种类型的设备：打印机、磁盘和扫描仪。用户程序通过逻辑设备名请求使用设备，系统根据设备分配表进行设备分配。现在有多个进程同时请求使用打印机和磁盘，为了有效地进行设备分配，系统采用的策略应该是（）A.先来先服务B.优先级分配C.短作业优先D.随机分配10、在一个操作系统中，系统调用是用户程序与内核进行交互的接口。假设一个用户程序需要读取一个文件的内容，它通过系统调用向内核发起请求。分析系统调用的执行过程，包括从用户态切换到内核态、内核的处理逻辑以及返回结果给用户态的机制，并讨论系统调用的开销和如何减少系统调用的次数以提高程序的性能。A.系统调用开销小，无需优化B.系统调用开销大，可通过缓存优化C.系统调用开销大，可通过合并调用优化D.系统调用开销适中，无需特别优化11、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.24.4ms12、设备管理是操作系统的重要任务之一。以下关于设备管理的描述中，哪个选项是错误的？（）A.设备管理负责管理计算机中的各种外部设备，如硬盘、打印机、键盘等B.设备管理可以采用不同的I/O控制方式，如程序控制I/O、中断驱动I/O和DMA方式等C.设备管理可以通过设备驱动程序来实现对设备的控制和操作D.设备管理可以将所有设备都看作是文件，通过文件系统来进行管理13、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14、操作系统的内核是系统的核心部分，负责管理系统的资源和提供基本的服务。以下关于内核的描述中，哪个选项是错误的？（）A.内核可以分为微内核和宏内核两种类型，微内核结构更加灵活，但性能较低B.内核的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理和设备管理等C.内核可以直接访问硬件资源，但需要通过驱动程序来实现对设备的控制D.内核是操作系统中唯一运行在特权模式下的部分，其他部分都运行在用户模式下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、文件系统是操作系统提供的重要功能之一。以下关于文件系统的描述中，哪个选项是错误的？（）A.文件系统负责管理计算机中的文件和目录，提供文件的存储、检索和访问控制等功能B.常见的文件系统有FAT、NTFS、EXT等C.文件系统可以采用不同的存储结构，如顺序存储、链式存储和索引存储等D.文件系统中的文件一旦创建，其大小就不能再改变18、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19、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20、在操作系统的存储管理中，段页式存储管理结合了段式和页式存储管理的优点。假设一个程序被分为多个段，每个段又被分为多个页。以下关于段页式存储管理的地址转换过程的描述，正确的是：（）A.首先进行段的地址转换，然后进行页的地址转换B.先进行页的地址转换，再进行段的地址转换C.段和页的地址转换同时进行，以提高效率D.地址转换过程只需要进行一次，无需区分段和页二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）操作系统如何处理进程的资源竞争？2、（本题5分）解释响应比高者优先调度算法的计算方法。3、（本题5分）解释操作系统中的内存分配的最佳适应算法。三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）分析操作系统如何优化文件系统的文件创建和删除操作的并发性能。2、（本题5分）探讨操作系统在处理多核环境下的缓存一致性问题和解决方案。3、（本题5分）研究操作系统中的内存管理的内存池的资源回收优化。4、（本题5分）探讨操作系统在处理多