河北水利電力學(xué)院《高級(jí)操作系統(tǒng)》2025學(xué)年第一學(xué)期期末試卷含答案一、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共20分）1.微內(nèi)核操作系統(tǒng)的核心功能不包括以下哪項(xiàng)？A.進(jìn)程間通信（IPC）B.文件系統(tǒng)服務(wù)C.基本線程管理D.中斷處理答案：B2.關(guān)于用戶級(jí)線程和內(nèi)核級(jí)線程的調(diào)度，以下描述正確的是？A.用戶級(jí)線程切換需陷入內(nèi)核B.內(nèi)核級(jí)線程調(diào)度由用戶空間庫(kù)管理C.用戶級(jí)線程對(duì)內(nèi)核透明D.內(nèi)核級(jí)線程切換開銷小于用戶級(jí)線程答案：C3.在虛擬內(nèi)存管理中，頁(yè)表項(xiàng)的“修改位”用于記錄：A.頁(yè)面是否被訪問過B.頁(yè)面內(nèi)容是否被修改C.頁(yè)面是否在內(nèi)存中D.頁(yè)面的訪問頻率答案：B4.分布式系統(tǒng)中，“位置透明性”指的是：A.用戶無需知道資源的物理位置B.用戶訪問資源的方式與本地相同C.系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)制資源到最近節(jié)點(diǎn)D.不同節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘保持同步答案：A5.實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，EDF（最早截止時(shí)間優(yōu)先）調(diào)度算法屬于：A.靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度B.動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度C.固定時(shí)間片輪轉(zhuǎn)D.先來先服務(wù)答案：B6.事務(wù)的ACID特性中，“隔離性”主要通過以下哪種機(jī)制實(shí)現(xiàn)？A.日志記錄B.鎖機(jī)制或時(shí)間戳排序C.檢查點(diǎn)恢復(fù)D.并發(fā)控制協(xié)議答案：B7.以下哪種頁(yè)替換算法可能出現(xiàn)Belady異常（分配物理塊增加但缺頁(yè)率上升）？A.LRU（最近最少使用）B.OPT（最優(yōu)替換）C.FIFO（先進(jìn)先出）D.CLOCK（時(shí)鐘算法）答案：C8.死鎖預(yù)防策略中，“破壞占有并等待條件”的常用方法是：A.一次性分配所有所需資源B.資源按序分配C.搶占已分配資源D.銀行家算法答案：A9.內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的主要區(qū)別在于：A.能否直接訪問硬件B.程序執(zhí)行速度C.內(nèi)存訪問范圍D.進(jìn)程優(yōu)先級(jí)答案：A10.文件系統(tǒng)中，inode（索引節(jié)點(diǎn)）主要存儲(chǔ)的信息是：A.文件內(nèi)容B.文件元數(shù)據(jù)（如權(quán)限、大小、指針）C.文件目錄項(xiàng)D.文件訪問控制列表答案：B二、填空題（每空1分，共15分）1.微內(nèi)核操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可靠性。2.線程調(diào)度的關(guān)鍵指標(biāo)包括周轉(zhuǎn)時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間和截止時(shí)間滿足率（實(shí)時(shí)系統(tǒng)）。3.虛擬內(nèi)存的頁(yè)表通常包含有效位、修改位、訪問位和保護(hù)位。4.分布式系統(tǒng)的一致性模型主要包括強(qiáng)一致性、弱一致性和最終一致性。5.事務(wù)的隔離級(jí)別從低到高依次為：讀未提交、讀已提交、可重復(fù)讀、串行化。6.死鎖的四個(gè)必要條件是：互斥、占有并等待、不可搶占、循環(huán)等待。7.內(nèi)核同步原語主要有互斥鎖、自旋鎖和條件變量。三、簡(jiǎn)答題（每小題7分，共35分）1.簡(jiǎn)述微內(nèi)核與宏內(nèi)核的主要區(qū)別。答案：微內(nèi)核僅保留最核心功能（如IPC、線程管理、中斷處理），其他服務(wù)（如文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)）運(yùn)行在用戶空間，模塊化程度高，擴(kuò)展性和可靠性強(qiáng)，但跨空間通信開銷大；宏內(nèi)核將所有系統(tǒng)服務(wù)集成在內(nèi)核中，性能高但復(fù)雜度高，修改易影響整體穩(wěn)定性。2.比較進(jìn)程調(diào)度與線程調(diào)度的主要差異。答案：進(jìn)程調(diào)度需切換進(jìn)程的地址空間、頁(yè)表和內(nèi)核棧，開銷大；線程調(diào)度僅切換線程的上下文（如寄存器、棧指針），共享進(jìn)程地址空間，開銷小。進(jìn)程是資源分配的基本單位，線程是調(diào)度執(zhí)行的基本單位。3.描述虛擬內(nèi)存中缺頁(yè)中斷的處理流程。答案：①CPU訪問虛擬地址，查頁(yè)表發(fā)現(xiàn)頁(yè)不在內(nèi)存（缺頁(yè)）；②觸發(fā)缺頁(yè)中斷，保存當(dāng)前進(jìn)程上下文；③檢查頁(yè)表項(xiàng)有效性（無效則終止進(jìn)程）；④選擇物理塊（若滿則按替換算法選頁(yè)，若該頁(yè)被修改則寫回外存）；⑤從外存調(diào)入目標(biāo)頁(yè)到物理塊，更新頁(yè)表；⑥恢復(fù)進(jìn)程上下文，重新執(zhí)行引發(fā)缺頁(yè)的指令。4.解釋分布式系統(tǒng)中“最終一致性”的含義及其應(yīng)用場(chǎng)景。答案：最終一致性指所有節(jié)點(diǎn)對(duì)同一數(shù)據(jù)的訪問最終會(huì)看到相同值，但允許在短時(shí)間內(nèi)存在不一致。適用于大規(guī)模分布式系統(tǒng)（如電商庫(kù)存、社交網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)），通過異步復(fù)制降低延遲，犧牲強(qiáng)一致性換取高可用性和擴(kuò)展性。5.說明事務(wù)的“原子性”與“持久性”的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。答案：原子性通過事務(wù)日志（如redo/undo日志）實(shí)現(xiàn)：事務(wù)開始前記錄操作前狀態(tài)（undo日志），提交前記錄操作后狀態(tài)（redo日志），失敗時(shí)通過日志回滾（undo）或重做（redo）保證整體成功或失敗。持久性通過將事務(wù)日志寫入非易失性存儲(chǔ)（如磁盤）實(shí)現(xiàn)，確保提交后數(shù)據(jù)不丟失。四、分析題（每小題10分，共20分）1.假設(shè)系統(tǒng)分配給某進(jìn)程3個(gè)物理塊，頁(yè)訪問序列為：1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5。使用LRU算法計(jì)算缺頁(yè)次數(shù)，并列出每一步的物理塊狀態(tài)。答案：缺頁(yè)次數(shù)：9次（標(biāo)注“”為缺頁(yè)）。步驟：1（塊：1）→2（塊：1,2）→3（塊：1,2,3）→4（替換1，塊：2,3,4）→1（替換3，塊：2,4,1）→2（不缺）→5（替換4，塊：2,1,5）→1（不缺）→2（不缺）→3（替換5，塊：2,1,3）→4（替換2，塊：1,3,4）→5（替換1，塊：3,4,5）。2.系統(tǒng)有資源A（共5個(gè)），當(dāng)前分配情況如下：進(jìn)程P1：已占1個(gè)，最大需求3個(gè)進(jìn)程P2：已占2個(gè)，最大需求3個(gè)進(jìn)程P3：已占1個(gè)，最大需求2個(gè)剩余資源：1個(gè)判斷是否存在死鎖風(fēng)險(xiǎn)，并說明理由。答案：無死鎖風(fēng)險(xiǎn)。剩余資源1個(gè)，可滿足P3的需求（還需1個(gè)）。P3完成后釋放2個(gè)，剩余資源變?yōu)?+2=3個(gè)。此時(shí)P1還需2個(gè)（31=2），可分配；P1完成后釋放3個(gè)，剩余資源3+3=6個(gè)（超過總資源5？實(shí)際應(yīng)為釋放已占1個(gè)，剩余3+1=4？需修正：P1最大需求3，已占1，還需2。分配2個(gè)后，P1完成，釋放1+2=3個(gè)，剩余資源1（初始）2（分配P1）+3（釋放）=2個(gè)。然后P2還需1個(gè)（32=1），分配后完成，釋放2+1=3個(gè)，總資源恢復(fù)。因此系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，無死鎖。五、綜合題（10分）設(shè)計(jì)一個(gè)支持硬實(shí)時(shí)任務(wù)與普通任務(wù)的混合調(diào)度算法，要求：（1）硬實(shí)時(shí)任務(wù)需滿足截止時(shí)間；（2）普通任務(wù)保證公平性；（3）說明算法的具體實(shí)現(xiàn)及優(yōu)缺點(diǎn)。答案：算法設(shè)計(jì)：①優(yōu)先級(jí)分層：硬實(shí)時(shí)任務(wù)（HRT）優(yōu)先級(jí)高于普通任務(wù)（NRT）。②HRT調(diào)度：采用EDF（最早截止時(shí)間優(yōu)先），動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)先級(jí)（截止時(shí)間越早，優(yōu)先級(jí)越高），支持搶占（HRT到達(dá)時(shí)搶占當(dāng)前運(yùn)行的NRT或低優(yōu)先級(jí)HRT）。③NRT調(diào)度：采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR），時(shí)間片固定（如20ms），保證公平性，僅在無HRT就緒時(shí)運(yùn)行。④資源預(yù)留：為HRT預(yù)留最小CPU時(shí)間（如70%），剩余30%分配給NRT，避免HRT因NRT搶占錯(cuò)過截止時(shí)間