學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁湖南科技學院《操作系統》

2023-2024學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共15個小題，每小題2分，共30分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在操作系統的存儲管理中，段頁式存儲管理結合了段式和頁式存儲管理的優點。假設一個程序被分為多個段，每個段又被分為多個頁。以下關于段頁式存儲管理的地址轉換過程的描述，正確的是：（）A.首先進行段的地址轉換，然后進行頁的地址轉換B.先進行頁的地址轉換，再進行段的地址轉換C.段和頁的地址轉換同時進行，以提高效率D.地址轉換過程只需要進行一次，無需區分段和頁2、在一個操作系統中，系統調用是用戶程序與操作系統內核之間的接口。假設用戶程序需要讀取一個文件的內容，通過系統調用實現這個功能。以下關于系統調用的執行過程的描述，哪一項是正確的？（）A.用戶程序通過陷入指令（trap）進入內核態，內核執行相應的系統調用服務例程，完成文件讀取操作后返回用戶態B.用戶程序直接在用戶態執行系統調用，操作系統內核監測到后進行相應的處理C.用戶程序將系統調用請求發送到消息隊列，內核從隊列中獲取請求并執行D.用戶程序通過中斷信號通知內核執行系統調用，內核暫停當前任務進行處理3、在操作系統中，虛擬存儲技術可以擴大程序的可用內存空間。以下關于虛擬存儲的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.虛擬存儲技術將硬盤空間作為內存的擴展，當內存不足時，將部分頁面換出到硬盤上B.虛擬存儲技術可以提高程序的并發度，因為多個程序可以共享硬盤空間作為虛擬內存C.虛擬存儲技術需要硬件支持，如MMU（內存管理單元）D.虛擬存儲技術可以完全替代物理內存，使得程序可以在沒有物理內存的情況下運行4、在一個具有虛擬存儲功能的操作系統中，某進程的部分頁面被換出到外存。當該進程再次訪問這些被換出的頁面時，會產生缺頁中斷。以下關于缺頁中斷處理的說法，正確的是：（）A.操作系統會立即將所需頁面從外存調入內存，然后恢復進程的執行B.缺頁中斷處理過程中，進程會被一直阻塞，直到頁面調入完成C.操作系統會先選擇一個合適的頁面進行置換，然后將所需頁面調入內存D.缺頁中斷的處理優先級低于其他硬件中斷，會在其他中斷處理完成后再進行5、某計算機系統采用DMA方式進行數據傳輸，DMA控制器每次能夠傳輸一個字節的數據。若要傳輸1000字節的數據，DMA初始化設置的時間為100μs，DMA傳輸一個字節的時間為1μs，中斷處理的時間為50μs，請問完成這次數據傳輸總共需要多長時間？（）A.1150μsB.1550μsC.2050μsD.2150μs6、在計算機操作系統中，內存管理是一項關鍵任務。假設系統采用分頁存儲管理方式，頁面大小為4KB，某進程的邏輯地址空間為32GB。則該進程的頁表項數量至少為：（）A.8MB.2MC.1MD.4M7、在操作系統的存儲管理中，段式存儲管理和頁式存儲管理是兩種常見的方式。假設一個程序被分為多個段，每個段的長度不同。以下關于段式存儲管理和頁式存儲管理的比較中，正確的是：（）A.段式存儲管理更便于實現程序和數據的共享，因為段是按照邏輯劃分的B.頁式存儲管理的內存碎片問題比段式存儲管理更嚴重C.段式存儲管理的地址轉換速度比頁式存儲管理快，因為段的長度是固定的D.頁式存儲管理比段式存儲管理更適合處理大程序，因為頁的大小是固定的8、在一個分布式操作系統中，多個計算機通過網絡連接在一起，共同完成一個任務。假設一個計算任務可以被分解為多個子任務，并分配到不同的計算機上執行。在任務執行過程中，需要進行進程間的通信和同步。以下哪種方式最適合用于進程間的通信？（）A.共享內存B.消息傳遞C.信號量D.管道9、在一個采用請求分頁存儲管理的系統中，某進程的頁面訪問序列為4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5。若分配給該進程的物理塊數為3，且初始時均為空，采用最近最久未使用（LRU）頁面置換算法，那么發生的缺頁次數是多少？（）A.7B.8C.9D.1010、文件系統是操作系統中用于管理文件的重要組成部分。假設一個文件系統采用多級目錄結構，文件的物理存儲采用連續分配方式。當用戶創建一個新文件時，以下關于文件系統操作的描述中，正確的是：（）A.文件系統首先在目錄中為新文件創建一個條目，然后在磁盤上為其分配連續的存儲空間B.由于采用連續分配方式，文件系統需要從頭開始查找足夠的連續空間來存儲新文件C.文件系統會為新文件隨機分配存儲空間，然后更新目錄中的文件信息D.連續分配方式會導致文件的擴展非常困難，所以文件系統通常會拒絕創建較大的新文件11、在一個采用多級反饋隊列調度算法的操作系統中，設置了三個就緒隊列，優先級從高到低依次為Q1、Q2、Q3，時間片大小分別為2ms、4ms、8ms。進程P首先進入Q1隊列，在Q1中運行1ms后未完成，被放入Q2隊列；在Q2中運行3ms后未完成，被放入Q3隊列。那么，進程P在Q3隊列中的時間片大小是多少？（）A.2msB.4msC.8msD.不確定，取決于系統設置12、在操作系統中，線程的同步和互斥是保證多線程程序正確執行的關鍵。以下關于線程同步和互斥的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.線程同步是指多個線程之間協調執行，避免出現競爭條件和數據不一致的問題B.線程互斥是指多個線程之間對共享資源的訪問進行互斥控制，保證同一時間只有一個線程訪問共享資源C.線程同步和互斥可以通過鎖、信號量和條件變量等機制來實現D.線程同步和互斥只對多線程程序有效，對單線程程序沒有作用13、在一個支持多線程的操作系統中，線程的同步和互斥是常見的操作。假設有兩個線程T1和T2共享一個全局變量count，初始值為0。T1負責對count進行加1操作，T2負責對count進行減1操作。為了保證操作的正確性，需要使用鎖機制。以下關于鎖使用的描述，正確的是：（）A.T1和T2在操作count前都先獲取鎖，操作完成后釋放鎖B.只有T1需要獲取鎖進行加1操作，T2不需要獲取鎖進行減1操作C.鎖的獲取和釋放操作會導致線程的切換，從而降低系統性能D.可以使用多個鎖來分別保護count的加操作和減操作，提高并發度14、某操作系統中，有三個進程P1、P2和P3，它們共享兩個資源R1和R2。資源分配情況如下表所示：進程已分配資源最大需求資源R1R2R1R2P11032P20121P31131系統是否處于安全狀態？如果是，給出一個安全序列。（請給出詳細的分析過程）（）A.是，P2、P1、P3B.是，P1、P2、P3C.否D.是，P3、P1、P215、在操作系統的設備管理中，I/O控制方式有多種，如程序控制I/O、中斷驅動I/O、DMA方式和通道控制方式。假設一個磁盤正在進行數據傳輸，以下關于不同I/O控制方式的描述中，正確的是：（）A.程序控制I/O方式下，CPU會一直等待I/O操作完成，導致CPU利用率很低B.中斷驅動I/O方式中，CPU在I/O操作開始后可以去執行其他任務，直到收到中斷信號C.DMA方式下，數據的傳輸完全由DMA控制器控制，CPU無需參與D.通道控制方式是最復雜的I/O控制方式，因此在實際應用中很少使用二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）解釋操作系統中的內存池技術。2、（本題5分）進程的優先級反轉會帶來什么問題？3、（本題5分）操作系統如何支持文件的版本控制？三、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）論述操作系統中的系統調用接口的設計原則和實現方式，分析系統調用的參數傳遞、返回值處理和錯誤處理機制，以及如何保障系統調用的安全性和穩定性。2、（本題5分）詳細闡述操作系統中的進程通信方式，包括共享內存、消息傳遞、管道等。比較它們的效率、可靠性和適用場景，并分析在分布式系統中進程通信的特點和挑戰。3、（本題5分）詳細探討操作系統中的文件系統的目錄結構優化，如B+樹目錄、哈希目錄等，分析它們在目錄查找性能和空間利用率方面的改進，以及對文件操作的影響。4、（本題5分）在實時操作系統中，任務調度的可預測性是至關重要的。請深入探討實時任務調度算法的可預測性分析方法，包括基于周期、截止時間和優先級的調度算法，分析影響調度可預測性的因素，如任務執行時間的不確定性、資源競爭等，研究如何通過調度算法的設計和參數調整提高實時任務調度的可預測性。5、（本題5分）操作系統中的內核同步原語，如自旋鎖、讀寫鎖、信號量等，對于多核心環境下的并