2025年《操作系統(tǒng)》期末試卷(含答案)一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關于進程與線程的描述中，錯誤的是（）A.線程是CPU調度的基本單位，進程是資源分配的基本單位B.同一進程內的線程共享進程的地址空間C.進程的創(chuàng)建開銷通常大于線程的創(chuàng)建開銷D.不同進程的線程之間無法通過共享內存通信答案：D（不同進程的線程可通過進程間通信機制共享內存）2.虛擬內存管理中，頁表項的“修改位”用于記錄（）A.頁面是否被訪問過B.頁面是否被調入內存C.頁面內容是否被修改過D.頁面是否被換出內存答案：C（修改位標記頁面是否需要寫回磁盤）3.死鎖的四個必要條件中，無法通過技術手段完全破壞的是（）A.互斥條件B.請求和保持條件C.不可搶占條件D.循環(huán)等待條件答案：A（多數(shù)資源本身具有互斥性，如打印機）4.某文件系統(tǒng)采用索引分配方式，每個磁盤塊大小為4KB，索引塊可存放256個磁盤塊地址（每個地址4字節(jié)）。若文件大小為4GB，需要幾級索引？（）A.一級索引B.二級索引C.三級索引D.四級索引答案：B（一級索引最大文件：256×4KB=1MB；二級索引：256×256×4KB=256MB；三級索引：2563×4KB=64GB，4GB需二級）5.下列磁盤調度算法中，平均尋道時間最短但可能導致“饑餓”的是（）A.FCFSB.SSTFC.SCAND.C-SCAN答案：B（短尋道時間優(yōu)先可能使長距離請求長期等待）6.微內核操作系統(tǒng)的核心功能不包括（）A.進程間通信（IPC）B.內存管理C.基本進程調度D.文件系統(tǒng)服務答案：D（文件系統(tǒng)作為用戶態(tài)服務運行）7.若信號量S的初值為2，當前值為-1，則表示（）A.有1個進程在等待隊列中B.有2個進程在等待隊列中C.有3個進程在等待隊列中D.無進程等待答案：A（信號量值為負時，絕對值表示等待進程數(shù)）8.下列頁面置換算法中，理論上缺頁率最低的是（）A.OPT（最優(yōu)置換）B.LRU（最近最久未使用）C.FIFO（先進先出）D.Clock（改進型）答案：A（OPT選擇未來最久不使用的頁面，是理論最優(yōu)）9.I/O控制方式中，CPU利用率最高的是（）A.程序直接控制方式B.中斷驅動方式C.DMA方式D.通道控制方式答案：D（通道獨立處理I/O，CPU僅需初始化和結束處理）10.容器技術與傳統(tǒng)虛擬機的本質區(qū)別是（）A.容器共享宿主機內核，虛擬機運行獨立內核B.容器支持資源隔離，虛擬機不支持C.容器啟動速度慢，虛擬機啟動速度快D.容器占用資源多，虛擬機占用資源少答案：A（容器通過命名空間和cgroups實現(xiàn)隔離，共享內核）二、填空題（每題2分，共20分）1.進程的三種基本狀態(tài)是運行態(tài)、就緒態(tài)和（阻塞態(tài)）。2.虛擬內存的理論基礎是（局部性原理），包括時間局部性和空間局部性。3.文件的邏輯結構分為（流式文件）和（記錄式文件）兩類。4.磁盤調度算法中，（SCAN）算法會因磁頭在邊緣區(qū)域停留導致“磁臂粘著”現(xiàn)象。5.信號量S的初值為3，當前值為-2，說明有（2）個進程在等待隊列中。6.頁式存儲管理中，頁表的作用是將（邏輯頁號）映射到（物理塊號）。7.死鎖預防的方法包括破壞互斥條件、破壞請求和保持條件、破壞不可搶占條件、破壞（循環(huán)等待條件）。8.微內核架構中，核心功能僅保留（進程間通信）和（基本調度）。9.I/O緩沖技術的主要目的是緩解（CPU與I/O設備）速度不匹配的問題。10.容器鏡像的分層結構基于（寫時復制）（CoW）技術實現(xiàn)高效存儲。三、簡答題（每題8分，共40分）1.比較時間片輪轉調度（RR）與短進程優(yōu)先調度（SPF）的優(yōu)缺點及適用場景。答案：RR的優(yōu)點是公平性好，適用于分時系統(tǒng)，保證各進程獲得基本CPU時間；缺點是時間片大小影響性能（過小增加切換開銷，過大退化為FCFS）。SPF的優(yōu)點是平均周轉時間短，適用于批處理系統(tǒng)；缺點是需預知進程運行時間，可能導致長進程“饑餓”。2.簡述虛擬內存中頁面置換算法的設計目標，并對比LRU與Clock算法的實現(xiàn)差異。答案：設計目標是降低缺頁率，減少磁盤I/O。LRU基于“最近最久未使用”原則，需記錄每個頁面的最后訪問時間（如時間戳或棧），實現(xiàn)成本高；Clock算法用訪問位（循環(huán)檢查）模擬LRU，僅需1位標記，硬件支持更簡單，但效果略差。3.說明文件系統(tǒng)中目錄項的作用，并分析多級目錄結構相比單級目錄的優(yōu)勢。答案：目錄項存儲文件元數(shù)據(jù)（文件名、物理地址、權限等），是文件系統(tǒng)的“索引”。多級目錄優(yōu)勢：①命名空間隔離（不同目錄可重名）；②層次化組織（便于分類管理）；③提高檢索效率（縮小搜索范圍）；④支持用戶權限控制（限制目錄訪問路徑）。4.解釋死鎖檢測與死鎖預防的區(qū)別，列舉死鎖檢測的主要步驟。答案：死鎖預防通過破壞必要條件避免死鎖，是事前策略；死鎖檢測允許死鎖發(fā)生，通過算法事后發(fā)現(xiàn)，是事中策略。檢測步驟：①構建資源分配圖；②化簡圖（尋找不阻塞的進程，釋放其資源）；③若存在不可化簡的環(huán)，則發(fā)生死鎖。5.對比微內核與宏內核架構的特點，說明現(xiàn)代移動操作系統(tǒng)（如iOS）選擇微內核的原因。答案：宏內核將所有核心功能（調度、內存、文件等）放入內核，性能高但復雜度大、擴展性差；微內核僅保留最小核心（IPC、調度），其他功能（如文件系統(tǒng)）運行在用戶態(tài)，安全性高、易擴展。iOS選擇微內核因：①移動設備對安全性要求高（用戶態(tài)服務崩潰不影響內核）；②功能模塊化便于更新（如獨立更新文件系統(tǒng)）；③符合“最小特權”原則，降低內核攻擊面。四、分析題（每題10分，共20分）1.某系統(tǒng)有3個進程P1、P2、P3，資源R1（3臺）、R2（2臺）。當前分配情況：-最大需求：P1（3,1）、P2（2,2）、P3（2,1）-已分配：P1（1,0）、P2（1,1）、P3（1,0）-可用資源：（1,1）用銀行家算法判斷系統(tǒng)是否安全，若安全給出安全序列，否則說明原因。答案：①計算需求矩陣（最大-已分配）：P1（2,1）、P2（1,1）、P3（1,1）。②可用資源（1,1）：檢查是否有進程需求≤可用。P2需求（1,1）≤（1,1），假設分配后，P2釋放資源，可用變?yōu)椋?+1,1+1）=（2,2）。③下一輪可用（2,2）：P1需求（2,1）≤（2,2），分配后釋放，可用變?yōu)椋?+1,2+0）=（3,2）。④最后P3需求（1,1）≤（3,2），分配后釋放。安全序列為P2→P1→P3，系統(tǒng)安全。2.某32位系統(tǒng)中，進程邏輯地址空間為4GB，頁面大小為4KB，采用三級頁表，頁表項大小為4字節(jié)。（1）計算邏輯地址的結構（各部分位數(shù)）；（2）說明多級頁表如何減少頁表內存占用。答案：（1）邏輯地址共32位。頁面大小4KB=212B，頁內偏移占12位。剩余20位分三級頁號。每個頁表項4字節(jié)，一個頁表可存4KB/4B=1024項=21?，故每級頁號占10位？但20位分三級需調整。實際：4GB=232，頁大小4KB=212，頁號占32-12=20位。三級頁表，每級頁號占20/3≈6.66，取整為7+7+6位（7+7+6=20）。（2）單級頁表需22?個頁表項，占22?×4B=4MB；三級頁表僅需加載當前進程需要的幾級頁表（如僅根頁表常駐內存），其他頁表按需調入，減少內存占用。五、綜合題（20分）設計一個支持多用戶的文件系統(tǒng)，要求滿足：（1）用戶/組/其他的讀/寫/執(zhí)行權限；（2）快速目錄查找；（3）硬鏈接與軟鏈接；（4）磁盤空間用位示圖管理。（1）設計目錄項結構（需包含字段）；（2）硬鏈接與軟鏈接的實現(xiàn)方式及區(qū)別；（3）位示圖分配與回收步驟；（4）權限控制的實現(xiàn)機制。答案：（1）目錄項結構：文件名（n字節(jié)）、inode號（4字節(jié)）、文件類型（1字節(jié)）、訪問權限（3字節(jié)，用戶/組/其他各1字節(jié)，每位表示讀/寫/執(zhí)行）、創(chuàng)建時間（8字節(jié)）、修改時間（8字節(jié)）。（2）硬鏈接：直接在目錄項中添加一個指向目標文件inode的條目（共享同一inode，inode引用計數(shù)+1）；軟鏈接（符號鏈接）：存儲目標文件的路徑名（獨立inode，引用計數(shù)不影響原文件）。區(qū)別：硬鏈接不能跨文件系統(tǒng)，刪除原文件后若有硬鏈接仍可訪問；軟鏈接可跨文件系統(tǒng)，原文件刪除后鏈接失效。（3）位示圖分配：遍歷位示圖找到第一個“0”位（空閑塊），標