江西应用工程职业学院《操作系统原理实验课》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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江西应用工程职业学院
《操作系统原理实验课》2023-2024学年第一学期期末试卷
题号
一
二
三
四
总分
得分

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、在一个操作系统中，死锁是一种可能发生的严重问题。假设有四个进程 P1、P2、P3 和 P4 ，它们分别占用了部分资源，并请求其他资源，从而形成了一个死锁的局面。已知进程 P1 占用了资源 R1 ，并请求资源 R2 ；进程 P2 占用了资源 R2 ，并请求资源 R3 ；进程 P3 占用了资源 R3 ，并请求资源 R1 ；进程 P4 占用了资源 R4 ，并请求资源 R1 。分析这种死锁情况是如何产生的，以及可以采用哪些死锁预防、避免和检测恢复的策略来解决这个问题，并比较这些策略在系统性能和资源利用率方面的影响（ ）
A. 采用死锁预防策略最优
B. 采用死锁避免策略最优
C. 采用死锁检测恢复策略最优
D. 不同策略在不同情况下各有优劣

2、在一个操作系统中，进程的创建和销毁是常见的操作。假设一个应用程序需要频繁创建和销毁大量的短生命周期进程，分析这种操作对系统性能的影响，包括内存分配、资源消耗和上下文切换等，并讨论如何通过进程池、线程池等技术来优化这种情况，以及这些技术的适用场景和限制。
A. 频繁创建和销毁进程总是有害的
B. 频繁创建和销毁进程在某些情况下无害
C. 可以通过进程池或线程池完全解决性能问题
D. 进程池和线程池有适用场景和限制

3、在一个采用请求分页存储管理的系统中，某进程的页面访问序列为 4, 3, 2, 1, 4, 3, 5, 4, 3, 2, 1, 5。若分配给该进程的物理块数为 3，且初始时均为空，采用最近最久未使用（LRU）页面置换算法，那么发生的缺页次数是多少？（ ）
A. 7 B. 8 C. 9 D. 10

4、在一个采用请求调页存储管理的系统中，某进程在运行过程中要访问的页面序列为：1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。若系统分配给该进程的物理块数为 3，且初始时进程的页面都不在内存中。当进程访问页面 3 时发生缺页中断，采用先进先出（FIFO）页面置换算法，此时被淘汰的页面是哪个？（ ）
A. 1 B. 2 C. 4 D. 5

5、某文件系统采用 FAT（文件分配表）管理磁盘空间，磁盘块大小为 512B，FAT 表每个表项占 12 位。若磁盘容量为 10GB，则 FAT 表的大小是多少？（给出详细的计算步骤）（ ）
A. 2MB B. 4MB C. 6MB D. 8MB

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、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

8、在一个具有内存管理功能的操作系统中，采用分段和分页相结合的存储管理方式。进程的逻辑地址由段号、段内页号和页内偏移量组成。假设段表项中包含段的起始地址、段长和页表起始地址，页表项中包含页框号。当进程访问逻辑地址为（2，1，500）时（假设段号、段内页号和页内偏移量均从 0 开始计数），系统进行地址转换。已知段表中第 2 段的起始地址为 10000 ，段长为 5000 ，页表起始地址为 2000 ，页表中第 1 页对应的页框号为 3 。那么，对应的物理地址是多少？（ ）
A. 10500
B. 12500
C. 15500
D. 18500

9、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

10、假设有一个文件系统，采用混合索引分配方式，其直接索引指针指向 10 个磁盘块，一级间接索引指针指向一个包含 256 个磁盘块地址的索引表，二级间接索引指针指向一个包含 256 个一级间接索引表地址的索引表。每个磁盘块大小为 4KB，请问该文件系统能够支持的最大文件大小是多少？（ ）
A. 10MB + 1GB + 256GB
B. 40KB + 1MB + 256MB
C. 40KB + 1MB + 64GB D. 10MB + 256MB + 64GB

11、在操作系统中，虚拟内存技术被广泛应用。假设系统的物理内存为 4GB，采用分页存储管理，页面大小为 4KB。进程的虚拟地址空间为 8GB。当进程访问一个虚拟地址时，操作系统需要进行地址转换。以下关于虚拟内存和地址转换的描述中，正确的是：（ ）
A. 虚拟内存技术使得进程可以使用比物理内存更大的地址空间，但可能会导致内存碎片的产生
B. 地址转换过程中，操作系统通过页表将虚拟地址直接映射为物理地址，无需其他操作
C. 虚拟内存技术总是能够提高系统的内存利用率，无论进程的实际内存需求如何
D. 当进程访问的虚拟地址对应的页面不在物理内存中时，操作系统会立即将整个进程换出到外存

12、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

13、在文件系统中，文件目录的组织方式对文件的查找效率有很大影响。常见的文件目录组织方式有单级目录、两级目录和多级目录。单级目录结构简单，但不便于文件的分类管理；两级目录将用户文件目录和系统文件目录分开，提高了安全性；多级目录则形成了树形结构，便于文件的分类和查找。假设一个文件系统采用多级目录结构，目录深度为 3，每个目录下最多有 10 个子目录或文件。那么，该文件系统最多可以容纳的文件和目录数量为（ ）
A. 1000
B. 10000
C. 100000
D. 1000000

14、在一个采用段页式存储管理的系统中，某进程的段表如下所示：段号页表长度（页）页表始址032001240021500 若逻辑地址为（1，100），其中段号为 1，页号为 100，页面大小为 1KB，请问其对应的物理地址是多少？（给出详细的计算过程）（ ）
A. 500 B. 600 C. 700 D. 800

15、某计算机采用虚拟存储技术，系统为用户进程提供了 4GB 的虚拟地址空间，页面大小为 4KB。假设某进程的虚拟页面访问序列为 1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。若采用最佳页面置换算法（OPT），则发生缺页中断的次数是多少？（请详细分析计算过程）（ ）
A. 7 B. 8 C. 9 D. 10

16、在一个操作系统中，内核负责管理系统的核心资源和提供基本的服务。假设有两种内核结构：微内核和宏内核。微内核将系统的核心功能放在内核空间，而将大部分服务放在用户空间；宏内核则将更多的功能集成在内核空间。分析微内核和宏内核结构在系统性能、可扩展性、安全性和开发难度等方面的优缺点，并讨论在不同应用场景下哪种内核结构更合适。
A. 微内核结构更优
B. 宏内核结构更优
C. 两种结构各有优劣，取决于具体情况
D. 无法确定哪种结构更好

17、在一个采用动态分区存储管理的系统中，初始时内存为空。现有作业 J1、J2、J3、J4、J5 依次请求装入内存，它们所需的内存空间大小分别为 200KB、150KB、100KB、50KB、250KB。若采用最佳适应算法分配内存，请问作业 J5 能否装入内存？（ ）
A. 能 B. 不能 C. 不确定 D. 以上都不对

18、在计算机操作系统中，内存管理是一项关键任务。假设系统采用分页存储管理方式，页面大小为 4KB，某进程的逻辑地址空间为 32GB。则该进程的页表项数量至少为：（ ）
A. 8M
B. 2M
C. 1M
D. 4M

19、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

20、某操作系统中，有三个并发进程 P1、P2 和 P3，都需要使用同类资源 R，每个进程需要的资源数分别为 3、4 和 5。系统共有 10 个该类资源。若采用银行家算法，当进程 P1 申请 1 个资源时，系统是否会为其分配资源？（请详细分析）（ ）
A. 会 B. 不会 C. 不确定 D. 以上都不对

二、简答题（本大题共3个小题，共15分)
1、（本题5分）简述操作系统的容错机制和恢复策略。

2、（本题5分）简述处理机调度的层次和目标。

3、（本题5分）简述操作系统的性能优化案例分析。

三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）探讨操作系统中的进程间通信的共享内存的大小调整策略。

2、（本题5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确认和重传机制。

3、（本题5分）研究操作系统如何支持不同类型的文件系统的加密算法的性能比较和选择。

4、（本题5分）研究操作系统如何实现对文件系统的动态扩展和收缩功能。

5、（本题5分）研究操作系统中的虚拟内存管理的页面替换算法的硬件支持。

四、论述题（本大题共2个小题，共20分)
1、（本题10分）详细论述操作系统中的内存保护机制，包括地址空间隔离、权限检查和访问控制，分析内存保护在防止进程越界访问和系统安全中的重要性。

2、（本题10分）论述在操作系统中，文件系统的加密文件系统（EFS）的实现和应用，分析 EFS 对文件保密性的增强和对系统性能的影响，以及用户密钥管理的重要性。

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