02326《操作系統(tǒng)》模擬試題及答案解析一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在操作系統(tǒng)中，進程從運行態(tài)轉換為就緒態(tài)的典型原因是（）A.進程請求I/O操作B.時間片輪轉調度中時間片用完C.進程執(zhí)行完成D.等待的I/O操作完成2.以下關于虛擬內存的描述中，錯誤的是（）A.虛擬內存的理論基礎是局部性原理B.虛擬內存的大小受限于內存和外存的總容量C.請求分頁是實現(xiàn)虛擬內存的主要方式之一D.虛擬內存可以解決內存碎片問題3.若系統(tǒng)中有5個進程共享3臺打印機，每個進程最多需要2臺打印機，則系統(tǒng)（）A.必然發(fā)生死鎖B.不可能發(fā)生死鎖C.可能發(fā)生死鎖D.無法判斷4.某文件系統(tǒng)采用索引分配方式，物理塊大小為4KB，索引表項大小為4字節(jié)。若一個文件的大小為65536KB，則需要幾級索引？（）A.一級索引B.二級索引C.三級索引D.四級索引5.以下關于線程的描述中，正確的是（）A.線程是資源分配的基本單位B.同一進程中的線程共享進程的地址空間C.線程的切換開銷大于進程的切換開銷D.內核級線程的調度由用戶空間完成6.在分頁存儲管理中，頁表的作用是（）A.記錄內存空閑塊的分布B.實現(xiàn)邏輯地址到物理地址的映射C.管理文件的物理存儲位置D.跟蹤進程的執(zhí)行狀態(tài)7.假設系統(tǒng)中有4個進程P1-P4，到達時間分別為0、1、2、3，執(zhí)行時間分別為4、3、2、1（單位：ms）。若采用短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調度算法（非搶占），則平均周轉時間為（）A.5.5msB.6msC.6.5msD.7ms8.以下哪種頁面置換算法會產生Belady異常？（）A.最佳置換算法（OPT）B.先進先出算法（FIFO）C.最近最久未使用算法（LRU）D.最少使用算法（LFU）9.設備獨立性是指（）A.設備驅動程序獨立于操作系統(tǒng)B.用戶程序不直接使用物理設備名，而是使用邏輯設備名C.設備可以獨立于CPU運行D.同一類設備可以互換使用10.在信號量機制中，若信號量S的初始值為2，當前值為-1，則表示（）A.有2個進程正在等待該資源B.有1個進程正在等待該資源C.有2個進程已獲得該資源D.有1個進程已獲得該資源二、填空題（每空1分，共10分）1.進程的三種基本狀態(tài)是運行態(tài)、就緒態(tài)和__________。2.操作系統(tǒng)的主要功能包括處理機管理、內存管理、__________、文件管理和用戶接口。3.死鎖產生的四個必要條件是互斥條件、請求和保持條件、不剝奪條件和__________。4.虛擬內存的實現(xiàn)需要__________和外存的支持，通過部分裝入和交換技術實現(xiàn)。5.文件的物理結構主要有連續(xù)分配、鏈接分配和__________三種。6.在SPOOLing技術中，輸入井和輸出井是在__________上開辟的存儲區(qū)域。7.線程的實現(xiàn)方式有用戶級線程、內核級線程和__________。8.頁表項中通常包含頁框號、有效位、修改位和__________（至少寫出一個）。9.銀行家算法的核心思想是在分配資源前模擬資源分配，確保系統(tǒng)處于__________狀態(tài)。10.磁盤調度算法中，__________算法通過減少磁頭移動距離來提高訪問效率，如電梯算法。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述進程與線程的主要區(qū)別。2.說明請求分頁存儲管理中缺頁中斷的處理流程。3.比較FCFS（先來先服務）和SJF（短作業(yè)優(yōu)先）調度算法的優(yōu)缺點。4.什么是文件的邏輯結構？列舉兩種常見的文件邏輯結構并說明其適用場景。5.解釋I/O控制的四種方式（程序直接控制、中斷驅動、DMA、通道控制）的特點及適用場景。四、綜合題（共40分）1.（10分）某系統(tǒng)采用時間片輪轉調度算法，時間片長度為2ms?，F(xiàn)有5個進程P1-P5，到達時間均為0，執(zhí)行時間分別為5ms、3ms、4ms、2ms、1ms。要求：（1）畫出進程調度順序的甘特圖；（2）計算每個進程的周轉時間和平均周轉時間。2.（12分）某計算機系統(tǒng)的邏輯地址空間為16位，頁面大小為1KB（2^10B），物理內存大小為8KB（2^13B）。（1）邏輯地址的頁號和頁內偏移量各占多少位？（2）若頁表如下所示（頁號從0開始），計算邏輯地址0x1A3（十六進制）對應的物理地址（十六進制）；（3）若訪問邏輯地址0x3FF時發(fā)生缺頁，說明可能的原因。頁表：頁號|頁框號（物理塊號）|有效位0|3|11|1|12|-|03|2|13.（18分）系統(tǒng)中有R1、R2、R3三類資源，數(shù)量分別為9、8、7。當前資源分配情況如下表所示（單位：資源數(shù)）：進程|Max（最大需求）|Allocation（已分配）|Need（需求）P0|6,4,3|2,1,1|4,3,2P1|3,3,3|1,1,1|2,2,2P2|4,4,4|2,2,2|2,2,2P3|2,2,2|1,1,1|1,1,1（1）計算系統(tǒng)當前剩余資源向量Available；（2）判斷當前系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，若安全給出安全序列；（3）若進程P1請求資源（1,1,1），是否應該分配？說明理由。答案及解析一、單項選擇題1.答案：B解析：進程運行時若時間片用完，會被調度程序剝奪CPU，轉為就緒態(tài)；A選項會導致運行態(tài)→阻塞態(tài)；C選項導致運行態(tài)→終止態(tài)；D選項導致阻塞態(tài)→就緒態(tài)。2.答案：B解析：虛擬內存的大小受限于計算機的地址空間（由CPU尋址能力決定），而非內存和外存的總容量；其他選項均正確。3.答案：B解析：每個進程最多需要2臺，5個進程總需求為10臺，系統(tǒng)有3臺。根據(jù)死鎖避免的“銀行家算法”，最壞情況下每個進程已分配1臺（共5臺），但系統(tǒng)只有3臺，因此不可能出現(xiàn)所有進程都等待1臺的情況（3臺最多滿足3個進程各1臺，剩余2個進程無資源請求），故不可能死鎖。4.答案：B解析：物理塊大小4KB=4096B，索引表項4字節(jié)，每個索引塊可存4096/4=1024個表項。一級索引最大文件大小=1024×4KB=4MB；二級索引=1024×1024×4KB=4GB。題目中文件大小65536KB=64MB，介于4MB和4GB之間，故需二級索引。5.答案：B解析：線程是調度的基本單位，進程是資源分配的基本單位（A錯誤）；同一進程的線程共享地址空間（B正確）；線程切換僅需保存少量寄存器，開銷小于進程（C錯誤）；內核級線程由內核調度（D錯誤）。6.答案：B解析：分頁系統(tǒng)中，邏輯地址分為頁號和頁內偏移，頁表用于將頁號映射到物理塊號（頁框號），從而得到物理地址。7.答案：C解析：SJF非搶占調度順序為P4（1ms）、P3（2ms）、P2（3ms）、P1（4ms）。到達時間分別為3、2、1、0。周轉時間=完成時間-到達時間：P4：完成時間=3（到達）+1=4→周轉=4-3=1P3：完成時間=4+2=6→周轉=6-2=4P2：完成時間=6+3=9→周轉=9-1=8P1：完成時間=9+4=13→周轉=13-0=13平均周轉時間=(1+4+8+13)/4=26/4=6.5ms8.答案：B解析：FIFO算法在增加分配的物理塊數(shù)時，可能出現(xiàn)缺頁次數(shù)反而增加的現(xiàn)象（Belady異常），其他算法不會。9.答案：B解析：設備獨立性指用戶程序使用邏輯設備名，由系統(tǒng)映射到物理設備，提高程序的可移植性。10.答案：B解析：信號量S的當前值為-1，表示有1個進程在等待隊列中（S的絕對值表示等待進程數(shù)）；初始值2表示有2個可用資源，當前值-1=2-已分配數(shù)-等待數(shù)，實際已分配3個（2-(-1)=3），但信號量機制中S≤0時表示無可用資源，等待數(shù)為|S|。二、填空題1.阻塞態(tài)（等待態(tài)）2.設備管理3.循環(huán)等待條件4.內存（主存）5.索引分配6.磁盤（外存）7.混合實現(xiàn)（組合式）8.訪問位（或保護位、有效位已列，寫其他合理即可）9.安全10.掃描（SCAN）三、簡答題1.進程與線程的主要區(qū)別：（1）資源分配：進程是資源分配的基本單位，線程是調度的基本單位；（2）地址空間：同一進程的線程共享進程的地址空間，不同進程的地址空間獨立；（3）切換開銷：線程切換只需保存少量寄存器，開銷遠小于進程切換；（4）并發(fā)性：進程間并發(fā)與線程間并發(fā)均可實現(xiàn)，但線程間并發(fā)更輕量；（5）創(chuàng)建成本：創(chuàng)建線程比創(chuàng)建進程更快，因為無需分配新的資源。2.請求分頁缺頁中斷處理流程：（1）CPU訪問邏輯地址時，通過頁表發(fā)現(xiàn)該頁有效位為0（缺頁）；（2）保存當前進程的CPU現(xiàn)場（寄存器、程序計數(shù)器等）；（3）檢查頁表項中的外存地址，確定該頁在磁盤中的位置；（4）若內存中有空閑塊，直接將該頁調入；若沒有，選擇一個頁面置換（需考慮修改位，若被修改過則寫回磁盤）；（5）更新頁表，將調入的頁表項有效位設為1，記錄頁框號；（6）恢復被中斷進程的CPU現(xiàn)場，重新執(zhí)行導致缺頁的指令。3.FCFS與SJF調度算法比較：FCFS優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，公平性好；缺點：對長作業(yè)有利，短作業(yè)等待時間長，平均周轉時間較大。SJF優(yōu)點：平均周轉時間最小，提高系統(tǒng)吞吐量；缺點：需要預知作業(yè)執(zhí)行時間（實際中難實現(xiàn)），可能導致長作業(yè)“饑餓”（若不斷有短作業(yè)到達），非搶占式SJF對緊急任務響應慢。4.文件的邏輯結構：用戶可見的文件組織形式，獨立于物理存儲。常見類型：（1）順序文件（流式文件）：無結構的字節(jié)序列，如文本文件，適用于順序讀寫；（2）記錄式文件：按記錄組織，如數(shù)據(jù)庫表，每個記錄有唯一鍵，適用于隨機訪問和按記錄操作；（3）索引文件：為記錄建立索引表，通過索引快速定位記錄，適用于大量隨機訪問的場景。5.I/O控制方式特點及場景：（1）程序直接控制：CPU不斷查詢I/O設備狀態(tài)，利用率低，適用于簡單低速設備（如早期終端）；（2）中斷驅動：I/O完成后發(fā)中斷通知CPU，減少CPU等待，適用于中低速設備（如鍵盤、打印機）；（3）DMA（直接內存訪問）：DMA控制器直接讀寫內存，CPU僅在傳輸開始/結束干預，適用于高速塊設備（如磁盤）；（4）通道控制：專用通道處理器執(zhí)行I/O指令，CPU僅需發(fā)出啟動命令，適用于多設備、高吞吐量場景（如大型機的I/O子系統(tǒng)）。四、綜合題1.（1）甘特圖（時間單位：ms）：0-2:P1|2-4:P2|4-6:P3|6-8:P4|8-10:P5|10-12:P1（剩余3ms）|12-14:P2（剩余1ms）|14-16:P3（剩余2ms）|16-18:P1（剩余1ms）|18-19:P3（剩余1ms）注：進程執(zhí)行順序按到達時間（均為0），每次時間片2ms輪轉，剩余時間依次為：P1:5→3→1→0（完成于18ms）P2:3→1→0（完成于14ms）P3:4→2→1→0（完成于19ms）P4:2→0（完成于8ms）P5:1→0（完成于10ms）（2）周轉時間計算：P1：18-0=18msP2：14-0=14msP3：19-0=19msP4：8-0=8msP5：10-0=10ms平均周轉時間=(18+14+19+8+10)/5=69/5=13.8ms2.（1）邏輯地址16位，頁面大小1KB=2^10B，頁內偏移占10位，頁號占16-10=6位。（2）邏輯地址0x1A3轉換為二進制：000110100011（16位）。頁號=前6位：000110（6），但頁表頁號范圍0-3（因邏輯地址空間16位，頁號6位，但物理內存8KB=8個塊，頁表可能只記錄0-3頁）。實際0x1A3的十進制為419，頁號=419//1024=0（因1KB=1024B，頁號=邏輯地址//頁大小），頁內偏移=419%1024=419。頁表中頁號0的頁框號為3，物理地址=3×1024+419=3×1024=3072+419=3491，轉換為十六進制：3491÷16=218余3（218=16×13+10→0xDA），故0xDA3。（3）邏輯地址0x3FF=1023（十進制），頁號=1023//1024=0，頁內偏移=1023。但頁表中頁號0的有效位為1，不會缺頁。若題目中邏輯地址為0x3FF（十六進制=1023），可能題目頁號計算錯誤；若邏輯地址為0x13FF（十進制=4863），頁號=4863//1024=4（超出頁表范圍），或頁表中頁號4的有效位為0，導致缺頁。3.（1）Available=總資源-已分配總和：總資源R1=9，已分配=2+1+2+1=6→AvailableR1=3R2=8，已分配=1+1+2+1=5→AvailableR2=3R3=7，已分配=1+1+2+1=5→AvailableR3=2故Available=(3,3,2)（2）安全狀態(tài)檢測：Need矩陣：P0(4,3,2)、P1(2,2,2)、