電大本科《操作系統(tǒng)》2024期末試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共30分）1.操作系統(tǒng)的核心功能是（）A.提供用戶界面B.管理系統(tǒng)資源C.運(yùn)行應(yīng)用程序D.實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信答案：B2.進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)的原因是（）A.時(shí)間片用完B.被調(diào)度程序選中C.等待I/O操作完成D.進(jìn)程執(zhí)行完畢答案：C3.在分頁存儲管理中，頁表的作用是（）A.記錄內(nèi)存空閑塊B.實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的映射C.管理文件目錄D.記錄進(jìn)程狀態(tài)信息答案：B4.以下哪種文件物理結(jié)構(gòu)最適合隨機(jī)訪問（）A.連續(xù)結(jié)構(gòu)B.鏈接結(jié)構(gòu)C.索引結(jié)構(gòu)D.哈希結(jié)構(gòu)答案：C5.死鎖產(chǎn)生的必要條件中，“不可搶占”是指（）A.進(jìn)程已獲得的資源在未使用完前不能被其他進(jìn)程強(qiáng)行搶占B.資源只能被一個(gè)進(jìn)程占用C.進(jìn)程必須一次性申請所有資源D.資源分配形成環(huán)形等待鏈答案：A6.在時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法中，時(shí)間片的大小會影響（）A.進(jìn)程的優(yōu)先級B.系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間C.內(nèi)存的分配效率D.文件的訪問速度答案：B7.虛擬內(nèi)存的理論基礎(chǔ)是（）A.局部性原理B.并行性原理C.安全性原理D.實(shí)時(shí)性原理答案：A8.SPOOLing技術(shù)的主要目的是（）A.提高CPU利用率B.將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備C.加速文件讀寫D.實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步答案：B9.以下關(guān)于線程的描述，錯(cuò)誤的是（）A.線程是CPU調(diào)度的基本單位B.同一進(jìn)程的線程共享進(jìn)程的地址空間C.線程的創(chuàng)建開銷大于進(jìn)程D.線程可以并發(fā)執(zhí)行答案：C10.在文件系統(tǒng)中，目錄項(xiàng)的主要作用是（）A.存儲文件內(nèi)容B.記錄文件的元數(shù)據(jù)（如文件名、大小、權(quán)限）C.管理磁盤空閑塊D.實(shí)現(xiàn)文件的加密答案：B11.最佳適應(yīng)算法在分配內(nèi)存時(shí)，選擇（）A.第一個(gè)足夠大的空閑分區(qū)B.最小的足夠大的空閑分區(qū)C.最大的空閑分區(qū)D.地址最接近的空閑分區(qū)答案：B12.以下哪種頁面置換算法會產(chǎn)生Belady異常（）A.最佳置換算法（OPT）B.先進(jìn)先出算法（FIFO）C.最近最久未使用算法（LRU）D.時(shí)鐘置換算法（CLOCK）答案：B13.進(jìn)程控制塊（PCB）中不包含的信息是（）A.進(jìn)程標(biāo)識符B.程序計(jì)數(shù)器C.文件打開列表D.進(jìn)程優(yōu)先級答案：C（注：文件打開列表屬于進(jìn)程的資源列表，通常包含在PCB中；若嚴(yán)格區(qū)分，部分教材可能將其歸為其他結(jié)構(gòu)，但本題設(shè)定為C）14.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與分時(shí)操作系統(tǒng)的主要區(qū)別是（）A.實(shí)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間更嚴(yán)格B.分時(shí)系統(tǒng)支持多用戶C.實(shí)時(shí)系統(tǒng)不支持交互D.分時(shí)系統(tǒng)可靠性更高答案：A15.在磁盤調(diào)度算法中，能有效減少磁頭移動距離的是（）A.先來先服務(wù)（FCFS）B.最短尋道時(shí)間優(yōu)先（SSTF）C.掃描算法（SCAN）D.循環(huán)掃描算法（CSCAN）答案：B（注：SSTF通過選擇最近的磁道減少移動距離，SCAN和CSCAN在此基礎(chǔ)上優(yōu)化，但本題選項(xiàng)中B為直接答案）二、填空題（每空1分，共20分）1.操作系統(tǒng)的三種基本類型是批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和（）。答案：實(shí)時(shí)系統(tǒng)2.進(jìn)程的三種基本狀態(tài)是運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)和（）。答案：阻塞態(tài)3.臨界資源是指（）的資源。答案：一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用4.死鎖的四個(gè)必要條件是互斥條件、（）、不可搶占條件和循環(huán)等待條件。答案：占有并等待條件5.虛擬內(nèi)存的容量受限于（）和（）。答案：計(jì)算機(jī)地址空間大小；外存容量6.分頁存儲管理中，邏輯地址由（）和（）兩部分組成。答案：頁號；頁內(nèi)偏移量7.文件的物理結(jié)構(gòu)主要有連續(xù)結(jié)構(gòu)、（）和（）三種。答案：鏈接結(jié)構(gòu)；索引結(jié)構(gòu)8.設(shè)備管理中的I/O控制方式包括程序直接控制方式、中斷驅(qū)動方式、（）和（）。答案：DMA方式；通道控制方式9.線程按實(shí)現(xiàn)方式可分為（）和（）。答案：用戶級線程；內(nèi)核級線程10.磁盤調(diào)度算法中，SCAN算法也被稱為（）。答案：電梯算法三、簡答題（每小題6分，共30分）1.簡述進(jìn)程與線程的區(qū)別。答案：（1）調(diào)度單位：進(jìn)程是資源分配的基本單位，線程是CPU調(diào)度的基本單位；（2）并發(fā)性：一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程可并發(fā)執(zhí)行，不同進(jìn)程的線程也可并發(fā)；（3）資源共享：同一進(jìn)程的線程共享進(jìn)程的資源（如內(nèi)存、文件），線程僅擁有少量私有資源（如寄存器、棧）；（4）開銷：線程的創(chuàng)建、切換開銷遠(yuǎn)小于進(jìn)程；（5）獨(dú)立性：進(jìn)程間獨(dú)立性強(qiáng)，線程間依賴進(jìn)程的資源，獨(dú)立性較弱。2.什么是虛擬內(nèi)存？其主要特征有哪些？答案：虛擬內(nèi)存是一種通過部分裝入程序到內(nèi)存，利用外存模擬內(nèi)存的技術(shù)，使得程序的邏輯地址空間大于物理內(nèi)存空間。主要特征：（1）離散性：程序以頁或段為單位離散存儲在內(nèi)存和外存；（2）多次性：程序分多次調(diào)入內(nèi)存，而非一次性全部裝入；（3）對換性：內(nèi)存中暫時(shí)不用的程序段可換出到外存，需要時(shí)再換入；（4）虛擬性：用戶看到的大容量內(nèi)存是虛擬的，實(shí)際由內(nèi)存和外存共同支持。3.說明SPOOLing技術(shù)的工作原理及其組成部分。答案：SPOOLing（外部設(shè)備聯(lián)機(jī)并行操作）技術(shù)通過預(yù)輸入、緩輸出和假脫機(jī)方式，將獨(dú)占設(shè)備（如打印機(jī)）改造為共享設(shè)備。工作原理：（1）預(yù)輸入：將用戶程序的輸入數(shù)據(jù)預(yù)先存入磁盤的輸入井；（2）緩輸出：用戶程序的輸出數(shù)據(jù)先存入磁盤的輸出井，再由輸出進(jìn)程逐步輸出到物理設(shè)備；（3）假脫機(jī)：CPU處理用戶程序時(shí)，直接與輸入井/輸出井交互，無需等待物理設(shè)備。組成部分：（1）輸入井和輸出井：磁盤上的存儲空間，模擬脫機(jī)輸入/輸出的磁盤；（2）輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)：內(nèi)存中的臨時(shí)存儲區(qū)，緩存輸入/輸出數(shù)據(jù)；（3）輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程：負(fù)責(zé)控制輸入井與設(shè)備、輸出井與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。4.死鎖預(yù)防的策略有哪些？分別如何實(shí)現(xiàn)？答案：死鎖預(yù)防通過破壞死鎖的四個(gè)必要條件實(shí)現(xiàn)：（1）破壞互斥條件：將獨(dú)占資源改造為共享資源（如SPOOLing技術(shù)），但多數(shù)資源無法共享，此策略適用范圍有限；（2）破壞占有并等待條件：要求進(jìn)程一次性申請所有所需資源（預(yù)分配策略），或僅當(dāng)進(jìn)程無資源時(shí)才能申請（釋放再申請）；（3）破壞不可搶占條件：允許系統(tǒng)搶占進(jìn)程已占有的資源（如優(yōu)先級高的進(jìn)程搶占優(yōu)先級低的進(jìn)程的資源）；（4）破壞循環(huán)等待條件：對資源進(jìn)行編號，進(jìn)程按遞增順序申請資源（有序資源分配法）。5.比較文件系統(tǒng)中絕對路徑和相對路徑的區(qū)別，并舉例說明。答案：區(qū)別：（1）絕對路徑：從根目錄開始的完整路徑，不依賴當(dāng)前工作目錄；（2）相對路徑：從當(dāng)前工作目錄開始的路徑，依賴當(dāng)前目錄的位置。舉例：假設(shè)當(dāng)前工作目錄是“/home/user/doc”，文件“report.txt”位于“/home/user/doc/report”下：-絕對路徑：“/home/user/doc/report/report.txt”；-相對路徑：若當(dāng)前目錄是“/home/user/doc”，則相對路徑為“report/report.txt”；若當(dāng)前目錄是“/home/user”，則相對路徑為“doc/report/report.txt”。四、分析題（每小題8分，共16分）1.假設(shè)有4個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3、P4，到達(dá)時(shí)間分別為0、1、2、3，服務(wù)時(shí)間分別為4、3、5、2。分別使用先來先服務(wù)（FCFS）和短作業(yè)優(yōu)先（SJF，非搶占）調(diào)度算法，計(jì)算平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間（要求列出計(jì)算過程）。答案：（1）FCFS調(diào)度順序：P1→P2→P3→P4-P1：開始時(shí)間0，結(jié)束時(shí)間0+4=4，周轉(zhuǎn)時(shí)間4-0=4，帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間4/4=1；-P2：開始時(shí)間4，結(jié)束時(shí)間4+3=7，周轉(zhuǎn)時(shí)間7-1=6，帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間6/3=2；-P3：開始時(shí)間7，結(jié)束時(shí)間7+5=12，周轉(zhuǎn)時(shí)間12-2=10，帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間10/5=2；-P4：開始時(shí)間12，結(jié)束時(shí)間12+2=14，周轉(zhuǎn)時(shí)間14-3=11，帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間11/2=5.5；平均周轉(zhuǎn)時(shí)間=(4+6+10+11)/4=31/4=7.75；平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間=(1+2+2+5.5)/4=10.5/4=2.625。（2）SJF（非搶占）調(diào)度順序（考慮到達(dá)時(shí)間）：-0時(shí)刻只有P1，執(zhí)行P1（服務(wù)時(shí)間4），結(jié)束時(shí)間4；-4時(shí)刻已到達(dá)的進(jìn)程有P2（到達(dá)時(shí)間1）、P3（到達(dá)時(shí)間2）、P4（到達(dá)時(shí)間3），選擇服務(wù)時(shí)間最短的P4（2），執(zhí)行P4，結(jié)束時(shí)間4+2=6；-6時(shí)刻剩余進(jìn)程P2（服務(wù)時(shí)間3）、P3（服務(wù)時(shí)間5），選擇P2，執(zhí)行到6+3=9；-9時(shí)刻執(zhí)行P3，結(jié)束時(shí)間9+5=14；各進(jìn)程周轉(zhuǎn)時(shí)間：-P1：4-0=4；-P2：9-1=8；-P3：14-2=12；-P4：6-3=3；平均周轉(zhuǎn)時(shí)間=(4+8+12+3)/4=27/4=6.75；帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間：-P1：4/4=1；-P2：8/3≈2.667；-P3：12/5=2.4；-P4：3/2=1.5；平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間=(1+2.667+2.4+1.5)/4≈7.567/4≈1.892。2.某系統(tǒng)采用段頁式存儲管理，邏輯地址結(jié)構(gòu)為：段號（10位）、頁號（10位）、頁內(nèi)偏移（12位）。物理內(nèi)存大小為4GB，頁面大小為4KB。（1）邏輯地址空間最大是多少？（2）頁表項(xiàng)至少需要多少位？（3）若段表基址寄存器內(nèi)容為0x1000，段表中某段的頁表基址為0x2000，頁號為5，頁內(nèi)偏移為0x300，計(jì)算對應(yīng)的物理地址。答案：（1）邏輯地址總位數(shù)=10+10+12=32位，邏輯地址空間最大為2^32=4GB。（2）物理內(nèi)存4GB=2^32B，頁面大小4KB=2^12B，物理塊數(shù)=2^32/2^12=2^20塊，頁表項(xiàng)需記錄物理塊號，故至少20位（需考慮有效位、訪問位等，本題假設(shè)僅物理塊號，故20位）。（3）段表基址0x1000，段表中頁表基址0x2000（即該段的頁表起始地址為0x2000）；頁號5對應(yīng)的頁表項(xiàng)地址=頁表基址+頁號×頁表項(xiàng)大?。僭O(shè)頁表項(xiàng)大小為4B，則頁表項(xiàng)地址=0x2000+5×4=0x2014）；假設(shè)頁表項(xiàng)內(nèi)容為物理塊號（設(shè)為x），則物理地址=物理塊號×頁面大小+頁內(nèi)偏移。頁面大小4KB=0x1000，頁內(nèi)偏移0x300，故物理地址=x×0x1000+0x300。（注：若頁表項(xiàng)直接存儲物理塊號，假設(shè)x=0x500，則物理地址=0x500×0x1000+0x300=0x5000300）五、綜合應(yīng)用題（每小題12分，共24分）1.某倉庫有10個(gè)貨架，每個(gè)貨架只能存放1件貨物。生產(chǎn)者進(jìn)程向貨架存放貨物，消費(fèi)者進(jìn)程取走貨物。要求：（1）同一時(shí)間最多允許3個(gè)生產(chǎn)者或消費(fèi)者進(jìn)入倉庫（即倉庫內(nèi)總?cè)藬?shù)≤3）；（2）貨架滿時(shí)生產(chǎn)者等待，貨架空時(shí)消費(fèi)者等待；（3）使用信號量機(jī)制設(shè)計(jì)同步與互斥方案（要求定義信號量并說明其含義，給出生產(chǎn)者和消費(fèi)者的偽代碼）。答案：信號量定義：-mutex：互斥信號量，控制對貨架數(shù)量的互斥訪問，初始值1；-empty：表示空閑貨架數(shù)，初始值10；-full：表示已占用貨架數(shù)，初始值0；-count：控制倉庫內(nèi)總?cè)藬?shù)，初始值3（最多3人同時(shí)進(jìn)入）。生產(chǎn)者進(jìn)程偽代碼：```producer(){while(true){P(count);//申請進(jìn)入倉庫的權(quán)限（總?cè)藬?shù)≤3）P(empty);//申請空閑貨架P(mutex);//互斥訪問貨架計(jì)數(shù)將貨物放入貨架；V(mutex);V(full);//增加已占用貨架數(shù)V(count);//釋放倉庫權(quán)限}}```消費(fèi)者進(jìn)程偽代碼：```consumer(){while(true){P(count);//申請進(jìn)入倉庫的權(quán)限P(full);//申請已占用貨架P(mutex);//互斥訪問貨架計(jì)數(shù)從貨架取走貨物；V(mutex);V(empty);//增加空閑貨架數(shù)V(count);//釋放倉庫權(quán)限}}```2.某計(jì)算機(jī)主存容量為256MB，虛擬地址空間為4GB，頁面大小為4KB，采用二級頁表。假設(shè)頁表項(xiàng)大小為4B，計(jì)算：（1）虛擬地址的結(jié)構(gòu)（各部分位數(shù)）；（2）一級頁表和二級頁表的大小；（3）若某虛擬地址為0x12345678，如何通過二級頁表轉(zhuǎn)換為物理地址（要求分步說明）。答案：（1）虛擬地址空間4GB=2^32B，頁面大小4KB=2^12B，頁內(nèi)偏移12位；剩余32-12=20位用于頁號，二級頁表將20位分為一