中国海洋大学《计算机组成原理课程设计》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《计算机组成原理课程设计》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、在一个文件系统中，文件控制块（FCB）包含了文件的各种属性信息，如文件名、文件大小、文件创建时间等。假设一个文件系统中有1000个文件，每个文件的FCB占用128字节，磁盘块大小为1024字节。那么，存储这些文件的FCB至少需要多少个磁盘块？（）A.125B.128C.256D.5122、在一个分布式操作系统环境中，多个计算机通过网络连接在一起，共同完成各种任务。假设系统中有两个节点A和B，它们分别运行着不同的进程。进程P1在节点A上产生了一些数据，需要传输给在节点B上运行的进程P2。现在有多种数据传输方式可供选择，如消息传递、共享内存和远程过程调用（RPC）等。对于这种跨节点的数据传输，哪种方式在数据一致性、传输效率和编程复杂性方面具有更好的综合性能？需要详细分析每种方式的特点和适用场景。A.消息传递B.共享内存C.远程过程调用（RPC）D.以上方式在不同情况下各有优劣3、在操作系统中，虚拟存储技术可以扩大程序的可用内存空间。以下关于虚拟存储的描述中，哪个选项是错误的？（）A.虚拟存储技术将硬盘空间作为内存的扩展，当内存不足时，将部分页面换出到硬盘上B.虚拟存储技术可以提高程序的并发度，因为多个程序可以共享硬盘空间作为虚拟内存C.虚拟存储技术需要硬件支持，如MMU（内存管理单元）D.虚拟存储技术可以完全替代物理内存，使得程序可以在没有物理内存的情况下运行4、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5、在一个操作系统中，虚拟内存技术使得进程可以使用比实际物理内存更大的地址空间。假设系统的物理内存为4GB，采用分页式存储管理，页面大小为4KB，进程的虚拟地址空间为8GB。现在进程需要访问一个虚拟地址，系统通过页表进行地址转换。分析在这种情况下，页表的结构和大小，以及如何通过页表项中的标志位（如有效位、修改位等）来管理页面的状态，并讨论虚拟内存技术对系统性能和内存使用效率的影响。A.虚拟内存技术提高了性能和效率B.虚拟内存技术降低了性能和效率C.虚拟内存技术在某些情况下提高，某些情况下降低D.取决于系统的负载和应用程序的特点6、在一个具有多个进程的系统中，进程之间通过共享内存进行通信。假设共享内存区域的大小为10MB，有两个进程P1和P2同时对该共享内存进行读写操作。为了保证数据的一致性和完整性，需要采用何种同步机制？（）A.信号量B.管程C.消息队列D.条件变量7、某计算机系统采用了虚拟内存技术，虚拟地址空间大小为4GB，物理内存大小为2GB，页面大小为4KB。若采用最近最少使用（LRU）页面置换算法，当系统发生缺页中断时，需要替换的页面在内存中驻留的时间分别为100ms、200ms、300ms和400ms，请问应该替换哪个页面？（）A.驻留时间为100ms的页面B.驻留时间为200ms的页面C.驻留时间为300ms的页面D.驻留时间为400ms的页面8、在一个操作系统中，进程的状态转换图如下：就绪->运行，运行->就绪，运行->阻塞，阻塞->就绪。假设当前有三个进程P1、P2、P3处于就绪状态，系统采用时间片轮转调度算法，时间片大小为10ms。进程P1首先获得CPU资源并开始运行，在运行5ms后，进程P1发生I/O操作进入阻塞状态。此时，系统会如何调度？（）A.从就绪队列中选择P2进程运行B.等待P1的I/O操作完成，继续运行P1C.重新选择P1进程运行，直到时间片用完D.暂停系统运行，等待其他进程进入就绪状态9、文件系统是操作系统中用于管理文件的重要组成部分。假设有一个文件系统，采用多级目录结构，文件的物理存储采用连续分配方式。当用户创建一个新文件时，以下关于文件分配和管理的描述，正确的是：（）A.系统会在磁盘上找到连续的空闲空间来存储新文件的数据B.新文件的目录项会立即被添加到父目录中，无论文件数据是否完全存储C.由于采用连续分配，文件的扩展可能会导致大量的数据移动D.文件的删除会立即释放其占用的所有磁盘空间，包括可能存在的碎片10、在一个操作系统中，系统调用是用户程序与操作系统内核之间的接口。假设用户程序需要读取一个文件的内容，通过系统调用实现这个功能。以下关于系统调用的执行过程的描述，哪一项是正确的？（）A.用户程序通过陷入指令（trap）进入内核态，内核执行相应的系统调用服务例程，完成文件读取操作后返回用户态B.用户程序直接在用户态执行系统调用，操作系统内核监测到后进行相应的处理C.用户程序将系统调用请求发送到消息队列，内核从队列中获取请求并执行D.用户程序通过中断信号通知内核执行系统调用，内核暂停当前任务进行处理11、在一个文件系统中，文件的存储方式采用链接分配。假设一个文件由5个盘块组成，盘块号依次为100、50、120、80、20。如果要删除这个文件，需要进行哪些操作？（）A.直接删除文件的目录项B.依次释放5个盘块C.从后向前依次释放盘块，并修改前一个盘块的指针D.从前向后依次释放盘块，并修改后一个盘块的指针12、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13、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.11.5ms14、在一个具有进程通信机制的操作系统中，有进程P1和P2，它们通过消息队列进行通信。P1向消息队列发送了5条消息，P2从消息队列中接收消息。假设消息队列遵循先进先出的原则，且P2接收消息的速度比P1发送消息的速度慢。当P2开始接收消息时，消息队列中已有3条消息。那么，P2最多能接收到几条消息？（）A.3条B.5条C.8条D.不确定，取决于P2接收消息的时间和P1发送消息的情况15、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操作二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）简述操作系统中的安全漏洞检测。2、（本题5分）解释段页式存储中的地址映射方式。3、（本题5分）解释设备管理的功能和目标。三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在分布式操作系统中，节点故障的检测和恢复是保证系统可靠性的关键。请深入探讨节点故障检测的机制和算法，分析故障恢复的策略和方法，以及如何实现分布式系统的容错和自愈能力。2、（本题5分）在实时操作系统中，资源预留机制对于保证关键任务的资源需求至关重要。请详细论述资源预留的方法和策略，包括CPU时间、内存空间、I/O带宽等资源的预留，分析资源预留对系统整体性能和其他任务的影响，研究如何在资源有限的情况下进行合理的资源预留和分配，以及资源预留机制的实现和管理。3、（本题5分）详细论述操作系统中的内存泄漏检测工具和技术，如Valgrind、Purify等工具的使用方法和原理，分析如何有效地发现和定位内存泄漏问题。4、（本题5分）操作系统中的设备热插拔技术允许在系统运行时动态添加或移除设备。全面论述设备热插拔的支持机制、驱动程序的处理方式、系统资源的重新分配等方面的技术，分析设备热插拔对系统稳定性和性能的影响，探讨如何提高设备热插拔的兼容性和可靠性。5、（本题5分）设备管理是操作系统与硬件设备交互的重要环节。详细论述设备管理的主要任务和方法，包括设备驱动程序的设计与实