沈阳科技学院《操作系统B》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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沈阳科技学院《操作系统B》
2023-2024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15个小题，每小题1分，共15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 -> T3
B. T1 -> T3 -> T2
C. T2 -> T1 -> T3
D. T3 -> T2 -> T1

2、在操作系统的文件系统中，文件的存储方式会影响文件的读写效率和存储空间的利用。连续分配方式将文件存储在连续的磁盘块中，便于顺序访问，但容易产生外部碎片；链式分配方式通过指针将文件的磁盘块链接起来，解决了外部碎片问题，但随机访问效率较低；索引分配方式则通过索引表来管理文件的磁盘块。假设一个文件系统采用索引分配方式，索引表项中包含直接地址和间接地址。每个磁盘块大小为 1KB，文件大小为 100KB，直接地址项可以指向 10 个磁盘块，一个一级间接地址项可以指向 256 个磁盘块。那么，至少需要多少个一级间接地址（ ）项来存储该文件（ ）
A. 0 个
B. 1 个
C. 2 个
D. 3 个

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、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

5、在一个实时操作系统中，任务的截止时间是一个关键因素。假设系统中有一个硬实时任务 T1，其截止时间为 100ms，当前时间为 50ms，任务已经执行了 40ms，还剩下 20ms 的计算量。以下关于任务调度的描述中，正确的是：（ ）
A. 操作系统会暂停其他任务，优先保证 T1 在截止时间前完成
B. 如果此时有一个更高优先级的非实时任务就绪，操作系统会调度该任务执行
C. 由于 T1 已经花费了较多时间，操作系统会判定其无法按时完成，将其放弃
D. 实时操作系统不会对任务进行抢占式调度，以避免影响任务的执行进度

6、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

7、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

8、进程同步和互斥是操作系统中保证进程正确执行的关键机制。假设有两个进程 P1 和 P2，它们共享一个资源 R。为了保证互斥访问资源 R，使用了信号量机制。初始时，信号量 S 的值为 1。当 P1 访问资源 R 时，执行 P(S)操作；当 P1 访问结束后，执行 V(S)操作。以下关于信号量和进程操作的描述中，正确的是：（ ）
A. 当 P1 执行 P(S)操作后，如果 S 的值变为 0，则 P1 获得资源 R 并进入临界区
B. 如果 P2 在 P1 执行 V(S)操作之前执行 P(S)操作，P2 一定会被阻塞
C. 信号量 S 的值永远不会小于 0，因为这意味着出现了错误的操作
D. 当 P1 执行 V(S)操作后，如果有多个进程在等待资源 R，操作系统会随机选择一个进程进入临界区

9、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. 28ms B. 30ms C. 32ms D. 36ms

10、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、某计算机系统采用分页存储管理方式，页面大小为 4KB，逻辑地址为 32 位。若某进程的页表如下所示：页号物理块号021528311 则逻辑地址 0x12345678 对应的物理地址是多少？（请给出详细的计算过程）（ ）
A. 0x52345678
B. 0x82345678
C. 0x11345678
D. 0x22345678

12、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. 4ms B. 5ms C. 6ms D. 7ms

13、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

14、在一个具有设备管理功能的操作系统中，设备分配采用静态分配方式。有三个进程 P1、P2、P3，分别需要使用打印机、扫描仪和绘图仪。系统中有一台打印机、一台扫描仪和一台绘图仪。当 P1 申请打印机、P2 申请扫描仪、P3 申请绘图仪时，系统能否满足这些请求？（ ）
A. 可以满足，因为每个进程申请的设备不同
B. 不能满足，因为设备分配是静态的，可能已经被其他进程占用
C. 可以满足，但需要等待一段时间，进行设备的分配和初始化
D. 不确定，取决于设备的当前状态和系统的配置

15、在操作系统的内存分配策略中，首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法是常见的方法。假设系统中有一系列空闲内存块，大小分别为 100KB、200KB、50KB、150KB、300KB。当一个进程请求 120KB 内存时，以下关于不同内存分配算法的描述中，正确的是：（ ）
A. 首次适应算法会选择第一个满足要求的空闲块，即 100KB 的块，并将其分割
B. 最佳适应算法会选择大小最接近请求大小的空闲块，即 150KB 的块，并将其分割
C. 最坏适应算法会选择最大的空闲块，即 300KB 的块，并将其分割
D. 不同的内存分配算法在不同的场景下可能会有不同的性能表现，没有一种算法总是最优的

二、简答题（本大题共4个小题，共20分)
1、（本题5分）简述操作系统的故障预测和预防技术。

2、（本题5分）解释文件系统的挂载和卸载操作。

3、（本题5分）什么是边缘计算中的操作系统需求？

4、（本题5分）简述文件目录的作用和结构。

三、论述题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）操作系统的容错技术对于提高系统的可靠性至关重要。请详细论述操作系统中的容错机制，如错误检测、错误恢复、冗余技术等，分析容错技术在处理硬件故障、软件错误和网络异常方面的应用，以及如何评估容错系统的性能和可靠性。

2、（本题5分）实时操作系统中的节能管理是在满足实时要求的前提下降低系统功耗的重要考虑因素。请详细论述节能管理的策略和技术，如动态电压频率调整（DVFS）、任务调度与节能的结合等，分析节能管理对实时任务性能的影响，以及如何在实时系统中实现有效的节能优化。

3、（本题5分）在分布式操作系统中，数据一致性的维护需要考虑网络延迟和故障等因素。请深入探讨在分布式环境中保证数据一致性的方法，如分布式锁、共识算法等，分析这些方法的性能和可靠性，并研究如何适应不同的网络条件。

4、（本题5分）详细论述操作系统中的虚拟地址转换的硬件加速技术，如 TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理和优化方法，分析硬件加速对地址转换性能的提升。

5、（本题5分）在分布式文件系统中，数据缓存策略对于提高文件访问性能和减少网络开销具有重要意义。全面论述分布式文件系统中的数据缓存机制，包括客户端缓存、服务器端缓存和缓存一致性的维护，分析缓存策略在不同网络环境和工作负载下的效果，探讨如何根据数据的访问模式和热度动态调整缓存策略，以及缓存策略与数据预取技术的结合。

四、综合分析题（本大题共4个小题，共40分)
1、（本题10分）研究操作系统中的进程状态转换及其原因。

2、（本题10分）探讨操作系统如何管理磁盘空间以提高文件存储和访问的效率。

3、（本题10分）研究操作系统如何支持不同类型的文件系统的日志级别和日志过滤功能。

4、（本题10分）探讨操作系统如何处理进程间通信中的消息传递的消息队列的持久化存储。

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