北京石油化工学院《计算机成原理》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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北京石油化工学院《计算机成原理》
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25个小题，每小题1分，共25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、在一个采用请求分段存储管理的系统中，某进程的段表如下：段号 0 对应的段长为 500，段起始地址为 1000；段号 1 对应的段长为 800，段起始地址为 2000；段号 2 对应的段长为 1000，段起始地址为 5000。当进程访问的逻辑地址为 1，600 时，会发生什么情况？（ ）
A. 越界中断 B. 正常访问 C. 缺段中断 D. 地址转换错误

2、操作系统的虚拟内存管理可以提高系统的内存利用率和程序的并发度。以下关于虚拟内存管理的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 虚拟内存管理可以将程序的一部分页面换出到硬盘上，当需要时再换入内存
B. 虚拟内存管理可以采用分页式、分段式或段页式等存储管理方式
C. 虚拟内存管理需要硬件支持，如 MMU（内存管理单元）和 TLB（转换后备缓冲器）
D. 虚拟内存管理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

3、虚拟存储技术是操作系统中用于扩展内存容量的重要手段。在请求分页存储管理系统中，当访问的页面不在内存时，会产生缺页中断。假设系统的页面置换算法为最近最久未使用（LRU）算法，某进程的页面访问序列为 1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，系统分配给该进程的物理页面数为 3。那么，缺页次数至少为（ ）
A. 6 次
B. 7 次
C. 8 次
D. 9 次

4、操作系统的内存管理功能对于系统性能至关重要。以下关于内存分配方式的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 连续分配方式将内存空间划分为连续的区域，分配给进程
B. 分页分配方式将内存空间划分为固定大小的页，进程的地址空间也被划分为页
C. 分段分配方式将进程的地址空间划分为不同的段，每个段有不同的用途
D. 动态分配方式可以根据进程的需求动态地调整内存分配，不会出现内存碎片问题

5、在一个多道程序设计系统中，多个进程并发执行。假设有进程 P1、P2 和 P3，它们的到达时间分别为 0、1 和 2 毫秒，服务时间分别为 8、4 和 6 毫秒。若采用短作业优先（SJF）调度算法，那么平均周转时间是多少？（ ）
A. 7 毫秒 B. 8 毫秒 C. 9 毫秒 D. 10 毫秒

6、文件系统的性能优化是提高系统整体性能的重要方面。以下关于文件系统性能优化的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 文件系统可以采用缓存技术来提高文件的访问速度
B. 文件系统可以采用预读和延迟写技术来减少磁盘 I/O 次数
C. 文件系统可以采用磁盘调度算法来优化磁盘的访问顺序
D. 文件系统的性能优化只需要考虑文件的读取操作，不需要考虑文件的写入操作

7、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

8、操作系统的进程调度算法对于系统性能有很大影响。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按照进程到达的先后顺序进行调度
B. 短作业优先调度算法优先调度执行时间短的进程
C. 时间片轮转调度算法将 CPU 时间划分为固定大小的时间片，每个进程轮流执行一个时间片
D. 高响应比优先调度算法只考虑进程的等待时间，不考虑执行时间

9、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

10、在操作系统的存储管理中，段式存储管理和页式存储管理是两种常见的方式。假设一个程序被分为多个段，每个段的长度不同。以下关于段式存储管理和页式存储管理的比较中，正确的是：（ ）
A. 段式存储管理更便于实现程序和数据的共享，因为段是按照逻辑划分的
B. 页式存储管理的内存碎片问题比段式存储管理更严重
C. 段式存储管理的地址转换速度比页式存储管理快，因为段的长度是固定的
D. 页式存储管理比段式存储管理更适合处理大程序，因为页的大小是固定的

11、在一个多处理器操作系统中，进程可以在不同的处理器上并行执行。假设系统中有四个处理器，进程 P1、P2、P3 和 P4 同时就绪。以下关于多处理器操作系统进程调度的描述中，正确的是：（ ）
A. 操作系统会将这四个进程平均分配到四个处理器上执行，以保证负载均衡
B. 进程调度的策略与单处理器操作系统完全相同，不需要考虑处理器的数量
C. 为了充分利用多处理器资源，操作系统可能会将一个进程的不同部分分配到不同的处理器上执行
D. 如果进程 P1 是计算密集型，而进程 P2 是 I/O 密集型，操作系统会优先将 P1 分配到处理器上执行

12、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. 15ms
B. 20ms
C. 25ms
D. 30ms

13、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

14、操作系统的死锁问题是一个需要重点关注和解决的难题。假设有四个进程 P1、P2、P3 和 P4，它们分别申请了资源 R1、R2、R3 和 R4。目前的资源分配情况导致了死锁的发生。以下关于死锁检测和解除的说法，正确的是：（ ）
A. 可以通过资源分配图来检测死锁是否发生，如果存在环路则表示发生了死锁
B. 一旦检测到死锁，操作系统会立即终止所有涉及死锁的进程，以解除死锁
C. 死锁解除时，通常会选择优先级最低的进程进行终止，释放其占用的资源
D. 为了避免死锁，操作系统应该禁止进程申请多个资源

15、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，共同完成一个大型任务。假设系统中有节点 A、B、C 和 D ，它们分别承担不同的计算任务和数据存储任务。现在节点 A 出现故障，系统需要进行故障恢复和任务重新分配。在这种情况下，以下关于分布式操作系统的处理方式的描述，哪一项是正确的？（ ）
A. 系统会立即停止所有任务，等待节点 A 恢复正常后再继续运行
B. 其他节点会自动接管节点 A 的任务，并重新分配计算和存储资源，保证任务继续进行
C. 系统会将整个任务回滚到之前的一个检查点，然后从该点重新开始执行
D. 由于分布式系统的复杂性，节点 A 的故障会导致整个系统崩溃，无法恢复

16、在一个操作系统中，虚拟文件系统（VFS）为不同类型的文件系统提供了统一的接口。假设系统同时支持 EXT4 、 NTFS 和 FAT32 等文件系统，分析 VFS 的层次结构和工作机制，包括文件操作的转换和不同文件系统的适配，并讨论 VFS 在支持多种文件系统和提高系统可扩展性方面的作用。
A. VFS 作用显著，提高了可扩展性
B. VFS 作用有限，对可扩展性影响不大
C. VFS 增加了系统复杂性，得不偿失
D. 取决于系统的应用场景和用户需求

17、某文件系统采用索引节点（inode）来存储文件的属性和磁盘块的指针。假设一个 inode 占用 128 字节，其中 10 个直接磁盘块指针，1 个一级间接磁盘块指针，1 个二级间接磁盘块指针，1 个三级间接磁盘块指针。每个磁盘块大小为 4KB，每个磁盘块指针占用 4 字节。请问该文件系统能够支持的最大文件大小是多少？（ ）
A. 16GB B. 32GB C. 64GB D. 128GB

18、操作系统的文件保护机制可以防止文件被非法访问和修改。以下关于文件保护的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 文件保护可以通过访问控制列表（ACL）来实现，指定不同用户对文件的访问权限
B. 文件可以设置为只读、只写或读写三种访问权限
C. 文件的加密和解密可以提高文件的安全性，但也会增加系统的开销
D. 文件保护只需要在文件系统层面实现，不需要考虑操作系统的其他部分

19、在一个多道程序设计系统中，有三个作业 J1、J2 和 J3，它们的到达时间、运行时间和优先级如下表所示。假设系统采用优先级调度算法，优先级数值越大优先级越高。作业到达时间运行时间（分钟）优先级J18:00305J28:10203J38:25154 请问，作业的执行顺序是什么？（ ）
A. J3、J1、J2
B. J1、J3、J2
C. J3、J2、J1
D. J1、J2、J3

20、在一个采用索引分配方式的文件系统中，文件的索引表存放在磁盘上。假设一个文件有 100 个磁盘块，每个磁盘块大小为 4KB ，索引表项占用 4 个字节。如果采用一级索引，那么索引表最多可以表示多大的文件？如果采用二级索引，又能表示多大的文件？（ ）
A. 一级索引最多表示 16MB 的文件，二级索引最多表示 256MB 的文件
B 一级索引最多表示 4MB 的文件，二级索引最多表示 16GB 的文件
C. 一级索引最多表示 64KB 的文件，二级索引最多表示 256KB 的文件
D. 一级索引最多表示 1MB 的文件，二级索引最多表示 4GB 的文件

21、在文件系统中，文件的存储方式有连续存储、链式存储和索引存储等。假设一个文件系统主要处理大文件的存储和访问。以下关于存储方式选择的描述，正确的是：（ ）
A. 连续存储适合大文件，因为可以快速定位文件数据，读写效率高
B. 链式存储可以充分利用磁盘空间，适合存储大文件
C. 索引存储会增加文件的存储空间开销，不适合大文件存储
D. 对于大文件，应该随机选择一种存储方式，性能差异不大

22、在文件系统中，目录的组织方式对文件的查找效率有很大影响。假设一个文件系统采用树形目录结构，以下关于树形目录结构的描述中，正确的是：（ ）
A. 树形目录结构可以方便地实现文件的共享，但会增加文件查找的时间复杂度
B. 在树形目录结构中，删除一个目录时，需要递归地删除其所有子目录和文件
C. 树形目录结构不允许文件或目录重名，否则会导致系统混乱
D. 从根目录到任何一个文件的路径都是唯一的，这保证了文件的唯一性和可访问性

23、在一个多道程序设计的操作系统中，有三个进程 P1、P2、P3，它们的到达时间、服务时间分别为（0，8）、（14）、（2，9）（单位：毫秒）。采用短作业优先（SJF）调度算法，不考虑进程切换的时间开销。那么，进程 P1 的平均周转时间是多少？（ ）
A. 8 毫秒
B. 9 毫秒
C. 10 毫秒
D. 11 毫秒

24、设备管理中的缓冲技术可以提高设备的 I/O 性能。以下关于缓冲技术的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 缓冲技术可以减少设备和 CPU 之间的数据传输次数，提高系统的吞吐量
B. 缓冲技术可以分为单缓冲、双缓冲和循环缓冲等不同类型
C. 缓冲技术可以通过硬件实现，也可以通过软件实现
D. 缓冲技术只对输入设备有效，对输出设备没有作用

25、在一个采用段式存储管理的操作系统中，某进程的逻辑地址由段号和段内偏移量组成。假设进程有三个段，段号分别为 0、1、2 ，段长分别为 1000 、2000 、3000 ，段内偏移量分别为 500 、1500 、2500 。那么，对应的物理地址分别是多少？同时，如果要进行段的共享，需要满足哪些条件？（ ）
A. 物理地址分别为 500 、1500 、2500 ；段共享需要段的长度相同且访问权限一致
B. 物理地址分别为 500 、3500 、5500 ；段共享需要段的起始地址相同且访问属性相同
C. 物理地址分别为 500 、1500 、5500 ；段共享需要段的属性相同且段内偏移量相同
D. 物理地址分别为 500 、3500 、8500 ；段共享需要段的名称相同且段长相同

二、简答题（本大题共4个小题，共20分)
1、（本题5分）什么是批处理操作系统？它有何特点？

2、（本题5分）简述微内核的优点和缺点。

3、（本题5分）解释操作系统对人工智能应用的支持。

4、（本题5分）简述中断驱动 I/O 控制方式的工作流程。

三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）研究操作系统中的虚拟内存管理的大内存页的分配策略。

2、（本题5分）分析操作系统中的文件系统的文件系统快照的恢复性能。

3、（本题5分）分析操作系统如何实现对分布式文件系统的一致性维护。

4、（本题5分）研究操作系统中的虚拟设备和设备虚拟化。

5、（本题5分）研究操作系统如何实现对内存泄漏的自动检测和修复机制。

四、论述题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）在实时操作系统中，资源预留和带宽分配是保障实时任务性能的重要手段。请全面论述资源预留和带宽分配的方法和策略，分析它们在不同类型实时系统中的应用，以及如何确保资源预留和带宽分配的准确性和有效性。

2、（本题10分）虚拟内存技术在现代操作系统中得到广泛应用。请全面论述虚拟内存的概念、原理和实现机制，包括页表结构、页面置换算法（如最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最少使用置换算法等），分析虚拟内存对系统性能的影响，如内存利用率、缺页中断处理等，以及如何根据系统资源和应用需求优化虚拟内存的配置。

3、（本题10分）详细探讨操作系统中的进程调度的实时性分析和评估方法，包括响应时间、截止时间的测量和统计，以及如何根据实时性要求调整调度参数和算法。

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