2025年計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練試卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列關(guān)于操作系統(tǒng)功能的描述中，不屬于操作系統(tǒng)的五大基本功能的是？A.進(jìn)程管理B.存儲(chǔ)管理C.設(shè)備管理D.網(wǎng)絡(luò)管理2.在進(jìn)程的多種狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，導(dǎo)致進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)的最主要原因是？A.進(jìn)程執(zhí)行完畢B.進(jìn)程等待某個(gè)事件（如I/O）C.CPU時(shí)間片用完，調(diào)度程序切換到另一個(gè)進(jìn)程D.發(fā)生中斷3.采用非搶占式調(diào)度算法時(shí)，一旦就緒進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程將？A.被立即搶占，進(jìn)入就緒隊(duì)列B.被立即搶占，進(jìn)入等待隊(duì)列C.繼續(xù)運(yùn)行直到執(zhí)行完畢D.讓出CPU給更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，自己進(jìn)入等待隊(duì)列4.下列進(jìn)程調(diào)度算法中，不能保證使平均等待時(shí)間最短的是？A.先來(lái)先服務(wù)(FCFS)B.短作業(yè)優(yōu)先(SJF)C.優(yōu)先級(jí)調(diào)度D.輪轉(zhuǎn)法(RoundRobin)5.若系統(tǒng)中存在死鎖，則必然滿(mǎn)足死鎖的產(chǎn)生條件中的？A.互斥條件B.請(qǐng)求與保持條件C.不剝奪條件D.循環(huán)等待條件6.采用銀行家算法避免死鎖時(shí)，系統(tǒng)必須知道每個(gè)進(jìn)程的？A.最大需求資源量B.當(dāng)前已分配資源量C.當(dāng)前請(qǐng)求資源量D.預(yù)期運(yùn)行時(shí)間7.在分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式中，地址空間不連續(xù)，這是由下列哪一項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的？A.虛擬內(nèi)存B.頁(yè)表C.請(qǐng)求調(diào)頁(yè)D.交換技術(shù)8.下列關(guān)于虛擬內(nèi)存的描述中，錯(cuò)誤的是？A.虛擬內(nèi)存是為了解決內(nèi)存容量不足的問(wèn)題B.虛擬內(nèi)存允許程序使用比物理內(nèi)存更大的地址空間C.虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)必須依賴(lài)硬件支持D.虛擬內(nèi)存可以提高內(nèi)存的利用率9.在采用LRU頁(yè)面置換算法時(shí)，如果內(nèi)存中已有4個(gè)頁(yè)面，當(dāng)進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)頁(yè)面序列1,2,3,4,1,2,5,1時(shí)，會(huì)發(fā)生缺頁(yè)中斷的次數(shù)為？A.6B.7C.8D.910.磁盤(pán)調(diào)度算法中，最短尋道時(shí)間優(yōu)先(SSTF)算法的缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致？A.處理機(jī)空閑時(shí)間增加B.磁頭臂頻繁移動(dòng)，平均尋道時(shí)間可能不是最優(yōu)C.驅(qū)動(dòng)器尋道次數(shù)最少D.系統(tǒng)吞吐量降低二、填空題1.操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的系統(tǒng)軟件，它管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的________資源，并為用戶(hù)和應(yīng)用程序提供________。2.進(jìn)程控制塊（PCB）是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識(shí)，它通常包含進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程標(biāo)識(shí)符、程序計(jì)數(shù)器、______、內(nèi)存信息等。3.在進(jìn)程調(diào)度中，優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法可以是搶占式的，也可以是非搶占式的，這取決于優(yōu)先級(jí)的分配策略和________。4.為了解決死鎖問(wèn)題，操作系統(tǒng)可以采用________、預(yù)防、檢測(cè)與解除等方法。5.在分頁(yè)管理中，從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換需要經(jīng)過(guò)________和頁(yè)表項(xiàng)查找。6.虛擬內(nèi)存允許程序使用比實(shí)際物理內(nèi)存更大的地址空間，其主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括________和請(qǐng)求調(diào)頁(yè)。7.文件系統(tǒng)中，目錄結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)________，加快文件檢索速度。8.磁盤(pán)的SPOOLing技術(shù)也稱(chēng)為緩沖池技術(shù)，它主要用于解決________之間的速度不匹配問(wèn)題。9.I/O系統(tǒng)中，中斷用于通知CPU有I/O設(shè)備需要服務(wù)，而DMA（直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)）用于在CPU和I/O設(shè)備之間直接傳輸數(shù)據(jù)。10.在文件物理結(jié)構(gòu)中，索引順序文件將記錄按邏輯順序存儲(chǔ)，同時(shí)為每個(gè)記錄建立索引，索引信息存儲(chǔ)在一個(gè)索引塊中。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步的兩種主要方法（如互斥鎖、信號(hào)量）。2.什么是虛擬內(nèi)存？簡(jiǎn)述其實(shí)現(xiàn)的基本思想。3.簡(jiǎn)述磁盤(pán)調(diào)度算法FCFS和SCAN的基本思想，并比較兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。四、計(jì)算題假設(shè)某系統(tǒng)采用分頁(yè)存儲(chǔ)管理，邏輯地址空間為1MB，物理內(nèi)存分為4個(gè)頁(yè)面框，每個(gè)頁(yè)面框大小為256KB。頁(yè)表項(xiàng)包含有效位（Validbit）和物理頁(yè)面框號(hào)。現(xiàn)有進(jìn)程的頁(yè)表如下：|邏輯頁(yè)號(hào)|有效位|物理頁(yè)框號(hào)||:-------|:-----|:---------||0|1|1||1|1|3||2|0|-||3|1|0|進(jìn)程當(dāng)前正在執(zhí)行的指令訪(fǎng)問(wèn)的邏輯地址為`1000C0H`。請(qǐng)計(jì)算該邏輯地址對(duì)應(yīng)的物理地址。五、分析題假設(shè)一個(gè)單道程序系統(tǒng)，系統(tǒng)只有一臺(tái)CPU和兩個(gè)資源A、B，每個(gè)進(jìn)程都需要一個(gè)A和一個(gè)B資源。系統(tǒng)中有兩個(gè)進(jìn)程P0和P1。當(dāng)前狀態(tài)如下：*系統(tǒng)空閑資源：A=3，B=3*P0已占有資源：A=1，B=1，P0請(qǐng)求資源：A=1，B=1*P1已占有資源：A=0，B=0，P1請(qǐng)求資源：A=1，B=1請(qǐng)回答：1.當(dāng)前系統(tǒng)是否存在安全狀態(tài)？請(qǐng)說(shuō)明理由。2.如果系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，請(qǐng)給出一個(gè)安全序列。3.如果系統(tǒng)不處于安全狀態(tài)，請(qǐng)說(shuō)明可能導(dǎo)致死鎖的進(jìn)程，并分析死鎖產(chǎn)生的條件。試卷答案一、選擇題1.D解析：操作系統(tǒng)的五大基本功能通常包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備管理和提供用戶(hù)接口。網(wǎng)絡(luò)管理可能屬于操作系統(tǒng)的擴(kuò)展功能或特定系統(tǒng)的一部分，但并非公認(rèn)的五大基本功能之一。2.C解析：在非搶占式調(diào)度中，CPU時(shí)間片用完是進(jìn)程主動(dòng)讓出CPU的機(jī)會(huì)，此時(shí)進(jìn)程的狀態(tài)將從運(yùn)行變?yōu)榫途w，等待下一次調(diào)度。其他選項(xiàng)描述的是導(dǎo)致進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)或終止運(yùn)行的原因。3.C解析：非搶占式調(diào)度意味著一旦進(jìn)程讓出CPU（例如時(shí)間片用完），它不會(huì)立即被搶占，而是會(huì)繼續(xù)在就緒隊(duì)列中等待，直到再次被調(diào)度程序選中運(yùn)行。搶占只發(fā)生在更緊急的事件或更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程就緒時(shí)。4.A解析：先來(lái)先服務(wù)(FCFS)調(diào)度算法的平均等待時(shí)間通常不是最短的，尤其是在有短作業(yè)等待的情況下。短作業(yè)優(yōu)先(SJF)、優(yōu)先級(jí)調(diào)度（在非搶占式下）和輪轉(zhuǎn)法（在相同時(shí)間片下）都有可能實(shí)現(xiàn)更短的平均等待時(shí)間。5.D解析：死鎖的四個(gè)必要條件是：互斥、請(qǐng)求與保持、不剝奪、循環(huán)等待。題目要求選擇必然滿(mǎn)足的條件，循環(huán)等待是死鎖發(fā)生的直接表現(xiàn)和必要條件。6.A解析：銀行家算法的核心是確保系統(tǒng)在任何時(shí)候都處于安全狀態(tài)，這需要知道每個(gè)進(jìn)程未來(lái)可能需要的最大資源量，以便判斷系統(tǒng)是否有足夠的資源分配給該進(jìn)程而不導(dǎo)致死鎖。7.B解析：分頁(yè)存儲(chǔ)管理將進(jìn)程的邏輯地址空間和內(nèi)存物理空間都劃分成固定大小的頁(yè)面和頁(yè)面框，通過(guò)頁(yè)表進(jìn)行地址映射。這種劃分是實(shí)現(xiàn)地址空間不連續(xù)的關(guān)鍵技術(shù)。8.C解析：虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)可以不依賴(lài)硬件支持，例如通過(guò)軟件模擬實(shí)現(xiàn)（雖然效率低），但現(xiàn)代操作系統(tǒng)普遍使用硬件支持（如頁(yè)表寄存器、MMU）來(lái)高效實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存。其他選項(xiàng)都是虛擬內(nèi)存的特點(diǎn)或相關(guān)概念。9.B解析：LRU算法替換最近最少使用的頁(yè)面。初始頁(yè)面0,1,2,3都在。訪(fǎng)問(wèn)4，頁(yè)面4替換頁(yè)面0（缺頁(yè)1）。訪(fǎng)問(wèn)1，頁(yè)面1已在，不缺頁(yè)。訪(fǎng)問(wèn)2，頁(yè)面2已在，不缺頁(yè)。訪(fǎng)問(wèn)5，頁(yè)面5替換頁(yè)面1（缺頁(yè)2）。訪(fǎng)問(wèn)1，頁(yè)面1替換頁(yè)面5（缺頁(yè)3）?？偣舶l(fā)生7次缺頁(yè)中斷。10.B解析：SSTF算法總是選擇距離磁頭當(dāng)前所在位置最近的請(qǐng)求磁盤(pán)塊進(jìn)行服務(wù)，雖然這能快速響應(yīng)當(dāng)前請(qǐng)求，但可能導(dǎo)致某些遠(yuǎn)距離的請(qǐng)求長(zhǎng)時(shí)間得不到服務(wù)，從而使得平均尋道時(shí)間不一定是最優(yōu)的，甚至可能變差。二、填空題1.計(jì)算，系統(tǒng)調(diào)用2.資源信息3.調(diào)度時(shí)機(jī)4.剝奪5.邏輯地址到物理地址的映射6.交換技術(shù)7.文件共享8.CPU與I/O設(shè)備9.CPU與I/O設(shè)備10.索引順序文件三、簡(jiǎn)答題1.操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步的兩種主要方法是互斥鎖（MutexLock）和信號(hào)量（Semaphore）。互斥鎖用于保護(hù)共享資源，確保同一時(shí)間只有一個(gè)進(jìn)程可以訪(fǎng)問(wèn)該資源。它通常通過(guò)Test-and-Set（測(cè)試并設(shè)置）或Lock-Unlock操作實(shí)現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程獲得鎖時(shí)，其他進(jìn)程請(qǐng)求該鎖將被阻塞，直到鎖被釋放。信號(hào)量是一種更通用的同步機(jī)制，由一個(gè)整數(shù)計(jì)數(shù)器和兩個(gè)原子操作P（等待）和V（信號(hào)）組成。信號(hào)量可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)互斥，也可以用來(lái)解決生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題等。P操作用于請(qǐng)求資源，如果信號(hào)量計(jì)數(shù)大于0，則減1并繼續(xù)；如果計(jì)數(shù)為0，則進(jìn)程阻塞等待。V操作用于釋放資源，將信號(hào)量計(jì)數(shù)加1，并喚醒等待該信號(hào)量的一個(gè)進(jìn)程。2.虛擬內(nèi)存是一種讓計(jì)算機(jī)用戶(hù)感覺(jué)內(nèi)存容量比實(shí)際物理內(nèi)存更大的技術(shù)。其基本思想是將進(jìn)程的邏輯地址空間與物理內(nèi)存分開(kāi)管理，進(jìn)程不需要在加載時(shí)將全部代碼和數(shù)據(jù)都裝入物理內(nèi)存，而是根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地將部分邏輯頁(yè)面加載到物理內(nèi)存中。當(dāng)需要訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)面不在物理內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)通過(guò)頁(yè)面置換算法將某個(gè)頁(yè)面換出到磁盤(pán)（交換空間），然后將所需的頁(yè)面從磁盤(pán)調(diào)入內(nèi)存。這樣，用戶(hù)可以運(yùn)行比實(shí)際物理內(nèi)存容量更大的程序，提高了內(nèi)存的利用率和系統(tǒng)吞吐量。3.FCFS（先來(lái)先服務(wù)）磁盤(pán)調(diào)度算法按照請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)塊的順序依次服務(wù)。其思想簡(jiǎn)單，但可能導(dǎo)致平均尋道時(shí)間較長(zhǎng)，特別是當(dāng)請(qǐng)求集中在一個(gè)區(qū)域而磁盤(pán)頭在另一區(qū)域時(shí)。SCAN（掃描，或電梯算法）磁盤(pán)調(diào)度算法從磁頭當(dāng)前所在位置出發(fā)，沿著一個(gè)方向（通常是向磁頭移動(dòng)方向）服務(wù)所有請(qǐng)求，直到該方向沒(méi)有更多請(qǐng)求，再改變方向服務(wù)。SCAN算法比FCFS平均尋道時(shí)間短，但可能存在饑餓現(xiàn)象（某些請(qǐng)求可能長(zhǎng)時(shí)間得不到服務(wù)）。SSTF（最短尋道時(shí)間優(yōu)先）算法總是選擇距離磁頭當(dāng)前所在位置最近的請(qǐng)求服務(wù)，能快速響應(yīng)當(dāng)前請(qǐng)求，但可能導(dǎo)致平均尋道時(shí)間不是最優(yōu)，且可能加劇饑餓現(xiàn)象。四、計(jì)算題計(jì)算過(guò)程：1.將邏輯地址`1000C0H`轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：`1000C0H=1*16^4+0*16^3+0*16^2+0*16^1+12*16^0=65536+0+0+0+12=65548`。2.確定邏輯頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)偏移：邏輯地址空間為1MB（2^20字節(jié)），頁(yè)面大小為256KB（2^18字節(jié)）。頁(yè)內(nèi)偏移=邏輯地址mod頁(yè)面大小=65548mod2^18=65548mod262144=65548。邏輯頁(yè)號(hào)=邏輯地址/頁(yè)面大小=65548/262144=0(商為0，余數(shù)為65548，說(shuō)明邏輯頁(yè)號(hào)為0)。3.查詢(xún)頁(yè)表：頁(yè)號(hào)為0的頁(yè)表項(xiàng)有效位為1，物理頁(yè)框號(hào)為1。4.計(jì)算物理地址：物理地址=物理頁(yè)框號(hào)*頁(yè)面大小+頁(yè)內(nèi)偏移=1*262144+65548=262144+65548=327692。5.將物理地址轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制：`327692=3*16^5+0*16^4+0*16^3+0*16^2+1*16^1+12*16^0=300000H+100H+12H=3010CH`。答案：物理地址為`3010CH`。五、分析題1.當(dāng)前系統(tǒng)是否存在安全狀態(tài)？請(qǐng)說(shuō)明理由。當(dāng)前系統(tǒng)存在安全狀態(tài)。理由：需要找到一個(gè)進(jìn)程序列<P,Q>，使得每個(gè)進(jìn)程P在請(qǐng)求資源之前，系統(tǒng)能夠分配它所請(qǐng)求的資源，并且分配后的資源加上系統(tǒng)空閑資源能夠滿(mǎn)足下一個(gè)進(jìn)程Q的需求。系統(tǒng)總資源：A=3,B=3。進(jìn)程P0：占有A=1,B=1，請(qǐng)求A=1,B=1。P0需要總資源A=2,B=2。進(jìn)程P1：占有A=0,B=0，請(qǐng)求A=1,B=1。P1需要總資源A=1,B=1?？臻e資源：A=3,B=3。嘗試構(gòu)造安全序列：方案一：<P1,P0>。檢查P1：需要A=1,B=1。空閑A=3,B=3>=1,1。系統(tǒng)可分配。分配后空閑A=2,B=2；P1占有A=1,B=1。檢查P0：需要A=2,B=2。當(dāng)前空閑A=2,B=2>=2,2。系統(tǒng)可分配。分配后空閑A=0,B=0；P0占有A=2,B=2。序列<P1,P0>滿(mǎn)足安全條件。因此，系統(tǒng)存在安全狀態(tài)。2.如果系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，請(qǐng)給出一個(gè)安全序列。一個(gè)安全序列是<P1,P0>。3.如果系統(tǒng)不處于安全狀態(tài)，請(qǐng)說(shuō)明可能導(dǎo)致死鎖的進(jìn)程，并分析死鎖產(chǎn)生的條件。(此部分基于原題設(shè)定，該系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，故此問(wèn)不適用。如果題目意圖是考察如何判斷不安全狀態(tài)，可以分析如下：)假設(shè)系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)，可能導(dǎo)致死鎖的進(jìn)程是P0和P1。因?yàn)椋?互斥條件：資源A和B是互斥的，一次只有一個(gè)進(jìn)程可以使用。-請(qǐng)求與保持條件：P