北京京北职业技术学院《计算思维及数据科学导论》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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北京京北职业技术学院《计算思维及数据科学导论》
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、操作系统的进程通信机制可以实现不同进程之间的数据交换和同步。以下关于进程通信的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 进程通信可以分为共享内存、消息传递和管道等方式
B. 共享内存方式速度快，但需要解决同步和互斥问题
C. 消息传递方式比较灵活，但开销较大
D. 管道是一种单向通信方式，只能用于父子进程之间的通信

2、操作系统的安全机制可以保护系统的资源和数据不被非法访问和破坏。以下关于操作系统安全机制的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 操作系统可以采用用户认证和授权机制来控制用户对系统资源的访问
B. 操作系统可以采用加密技术来保护文件和数据的安全
C. 操作系统可以采用访问控制列表（ACL）来实现对文件和目录的访问控制
D. 操作系统的安全机制只需要在软件层面实现，不需要考虑硬件设备的安全性

3、操作系统的内存保护机制可以防止进程之间的内存访问冲突。以下关于内存保护的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 内存保护可以通过地址映射和访问控制等方式实现
B. 内存保护可以防止进程访问不属于自己的内存区域
C. 内存保护可以提高系统的安全性和稳定性
D. 内存保护只对用户进程有效，对内核进程没有作用

4、在一个单处理机系统中，有三个进程 P1、P2 和 P3，它们的优先级分别为 3、2 和 1（数值越大优先级越高），到达时间分别为 0、1 和 2 毫秒，服务时间分别为 5、3 和 4 毫秒。若采用优先级调度算法，且非抢占式，那么平均等待时间是多少？（ ）
A. 3 毫秒 B. 4 毫秒 C. 5 毫秒 D. 6 毫秒

5、在一个采用分页存储管理的系统中，页面大小为 2KB，逻辑地址为 32 位。某进程的页表如下：页号 0 对应的物理块号为 5，页号 1 对应的物理块号为 8，页号 2 对应的物理块号为 10，页号 3 对应的物理块号为 12。当进程访问的逻辑地址为 0x8000 时，对应的物理地址是多少？（ ）
A. 0x10000
B. 0x18000
C. 0x20000
D. 0x28000

6、假设一个文件系统采用树形目录结构，根目录下有文件夹 A 和 B，文件夹 A 下有文件 1.txt 和文件夹 C，文件夹 C 下有文件 2.txt，文件夹 B 下有文件 3.txt。当前工作目录为文件夹 A，请问要访问文件 3.txt 的相对路径和绝对路径分别是什么？（ ）
A.../B/3.txt，/A/B/3.txt
B.../B/3.txt，/B/3.txt
C. B/3.txt，/A/B/3.txt
D. B/3.txt，/B/3.txt

7、操作系统的存储管理功能可以提高内存的利用率。以下关于存储管理的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 虚拟内存是一种将硬盘空间作为内存使用的技术，可以扩大程序的可用内存空间
B. 页面置换算法用于在内存不足时选择哪些页面被换出到硬盘上
C. 段页式存储管理结合了分段和分页的优点，可以更灵活地管理内存
D. 存储管理只需要考虑内存的分配和回收，不需要考虑 CPU 的缓存管理

8、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

9、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

10、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

11、在一个具有多核处理器的操作系统中，线程的调度需要考虑处理器的亲和性。假设一个多线程应用程序的线程在不同的核心上频繁切换，分析这种核心切换对性能的影响，包括缓存命中率的降低、上下文切换开销等，并讨论如何通过设置线程的处理器亲和性来提高性能，以及在什么情况下需要动态调整亲和性。
A. 核心切换总是降低性能，应避免
B. 核心切换在某些情况下有益，某些情况下有害
C. 核心切换对性能影响不大，无需关注
D. 取决于应用程序的特点和系统负载

12、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

13、在一个分时操作系统中，多个用户通过终端同时访问系统。系统为每个用户分配了一定的时间片来执行任务。假设当前有三个用户 A、B、C，其任务的优先级依次降低。在某一时刻，用户 A 的任务正在执行，时间片尚未用完，但此时有一个更高优先级的实时任务 D 进入系统。以下关于系统处理方式的描述，哪项是正确的？（ ）
A. 立即中断用户 A 的任务，执行任务 D，完成后再回到用户 A 的任务继续执行剩余时间片
B. 等待用户 A 的时间片用完，再执行任务 D
C. 暂停用户 A 的任务，将其放入就绪队列末尾，执行任务 D，完成后从就绪队列头部重新调度任务
D. 忽略任务 D，继续执行用户 A 的任务直到时间片用完

14、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

15、在操作系统中，线程同步的方式有多种，如互斥锁、条件变量、信号量等。假设一个线程需要等待另一个线程完成某个操作后才能继续执行。以下关于线程同步方式选择的描述，正确的是：（ ）
A. 如果只是简单的互斥访问资源，使用条件变量更合适
B. 信号量适合用于多个线程对多个资源的同步访问
C. 互斥锁适用于线程之间需要复杂的交互和等待条件的情况
D. 条件变量通常与互斥锁配合使用，以实现线程的等待和唤醒

二、简答题（本大题共3个小题，共15分)
1、（本题5分）什么是系统故障恢复时间？

2、（本题5分）解释操作系统中的进程互斥的软件实现方法。

3、（本题5分）简述操作系统中的节能管理技术。

三、论述题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）操作系统的内核设计有微内核和宏内核两种主要架构。请全面论述这两种内核架构的特点和优缺点，分析它们在系统性能、可扩展性和可靠性方面的表现，并探讨在不同应用场景下的选择策略。

2、（本题5分）论述在操作系统中，进程组和会话的概念和作用，分析它们在进程管理和作业控制中的应用，以及如何实现进程组和会话的操作和控制。

3、本题5分）论述操作系统中的系统性能监测和调优方法，包括 CPU 利用率、内存使用、I/O 带宽等指标的监测和分析，探讨如何根据监测结果进行系统配置的调整和优化。

4、（本题5分）操作系统的安全模型对于保障系统的安全性起着基础作用。请详细阐述常见的操作系统安全模型，如自主访问控制、强制访问控制等，分析它们的原理和优缺点，并探讨如何根据不同的安全需求选择合适的安全模型。

5、（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。

四、综合分析题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）研究操作系统中的虚拟内存管理的页面交换的优化策略评估。

2、（本题10分）探讨操作系统在处理多核环境下的内存共享和同步机制的改进。

3、（本题10分）探讨操作系统中的多核优化技术和并行处理策略。

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