2025年計(jì)算機(jī)《操作系統(tǒng)》專項(xiàng)練習(xí)題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列關(guān)于進(jìn)程狀態(tài)的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.進(jìn)程創(chuàng)建后，其狀態(tài)可能變?yōu)榫途w狀態(tài)B.進(jìn)程在等待I/O資源時(shí)處于阻塞狀態(tài)C.進(jìn)程只有三種基本狀態(tài)：就緒、運(yùn)行、阻塞D.進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)，或從阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)，均由操作系統(tǒng)調(diào)度器發(fā)起2.信號(hào)量機(jī)制中，P操作（wait）和V操作（signal）的主要作用是（）。A.實(shí)現(xiàn)進(jìn)程創(chuàng)建和終止B.實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度C.用于進(jìn)程同步，控制多個(gè)進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問D.用于進(jìn)程通信，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間數(shù)據(jù)交換3.在下述關(guān)于死鎖的描述中，正確的是（）。A.死鎖只能發(fā)生在并發(fā)進(jìn)程存在資源競(jìng)爭(zhēng)的情況下B.只要系統(tǒng)資源大于進(jìn)程數(shù)目，死鎖就不會(huì)發(fā)生C.死鎖預(yù)防策略要求破壞死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件之一D.死鎖檢測(cè)算法不需要消耗系統(tǒng)資源4.下列關(guān)于分頁(yè)存儲(chǔ)管理的敘述中，錯(cuò)誤的是（）。A.分頁(yè)是為了解決外部碎片問題B.頁(yè)表是分頁(yè)系統(tǒng)必須的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C.邏輯地址由頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)位移組成D.分頁(yè)會(huì)導(dǎo)致地址空間不連續(xù)5.采用最佳適應(yīng)（BestFit）算法分配內(nèi)存塊時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致（）。A.內(nèi)存碎片過多B.內(nèi)存利用率最低C.無(wú)法滿足較大進(jìn)程的內(nèi)存請(qǐng)求D.內(nèi)存碎片過少6.下列進(jìn)程調(diào)度算法中，平均等待時(shí)間最短的是（）。A.先進(jìn)先出（FIFO）調(diào)度算法B.短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法C.優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法D.輪轉(zhuǎn)（RoundRobin）調(diào)度算法7.文件系統(tǒng)中，允許文件共享的一種常見方法是（）。A.使用文件指針B.創(chuàng)建符號(hào)鏈接C.使用硬鏈接D.設(shè)置文件共享屬性8.在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境中，操作系統(tǒng)通過（）實(shí)現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)。A.硬件地址映射機(jī)制B.設(shè)置用戶權(quán)限C.進(jìn)程隔離D.內(nèi)存分頁(yè)或分段9.下列關(guān)于虛擬內(nèi)存的敘述中，正確的是（）。A.虛擬內(nèi)存可以完全消除外部碎片B.虛擬內(nèi)存需要更多的物理內(nèi)存資源C.頁(yè)面置換算法是虛擬內(nèi)存管理的核心之一D.虛擬內(nèi)存會(huì)降低系統(tǒng)的運(yùn)行速度10.采用UNIX文件系統(tǒng)（類）的目錄結(jié)構(gòu)，每個(gè)文件都有（）個(gè)父目錄指針。A.1B.2C.0D.不確定二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.進(jìn)程的基本狀態(tài)轉(zhuǎn)換包括：__________、__________和__________。2.用信號(hào)量S實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥時(shí)，進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須執(zhí)行S操作，退出臨界區(qū)的進(jìn)程必須執(zhí)行__________操作。3.死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件是：互斥、占有并等待、__________和循環(huán)等待。4.在分頁(yè)系統(tǒng)中，將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址的過程稱為__________。5.虛擬內(nèi)存允許進(jìn)程使用比實(shí)際物理內(nèi)存__________的地址空間。6.文件系統(tǒng)中的目錄是一種特殊的__________，用于存放文件名及其相關(guān)屬性信息。7.磁盤調(diào)度算法的目標(biāo)主要是減少__________和__________。8.在UNIX系統(tǒng)中，文件類型分為普通文件、__________、塊設(shè)備和管道文件。9.設(shè)備獨(dú)立性軟件通常分為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、__________和用戶層軟件。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述進(jìn)程與線程的主要區(qū)別。2.解釋什么是臨界區(qū)，并說明為什么需要臨界區(qū)。3.簡(jiǎn)述頁(yè)面置換算法中的FIFO算法和LRU算法的基本思想。4.說明文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)文件共享的一種方法及其原理。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)系統(tǒng)中有4個(gè)進(jìn)程P0,P1,P2,P3，它們需要的資源數(shù)量和當(dāng)前已分配的資源數(shù)量如下表所示。系統(tǒng)當(dāng)前可用的資源數(shù)量為(3,3,2)。請(qǐng)問系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？請(qǐng)說明理由（可通過構(gòu)造安全序列或說明為何無(wú)法構(gòu)造）。|進(jìn)程|最大需求|已分配|還需||------|----------|--------|-----||P0|(3,3,2)|(1,0,2)|(2,3,0)||P1|(2,0,2)|(0,1,1)|(2,-1,1)||P2|(2,1,1)|(1,0,0)|(1,1,1)||P3|(1,2,3)|(0,0,2)|(1,2,1)|2.假設(shè)內(nèi)存塊大小均為1KB，邏輯地址空間為4MB（0x00000000至0x003FFFFF），物理內(nèi)存有4個(gè)內(nèi)存塊（物理塊號(hào)0,1,2,3）。頁(yè)表如下（有效位為1表示該頁(yè)在內(nèi)存，為0表示不在內(nèi)存）：|邏輯頁(yè)號(hào)|物理塊號(hào)||----------|----------||0|1||1|2||2|-||3|0|請(qǐng)計(jì)算邏輯地址0x001E0000對(duì)應(yīng)的物理地址。五、分析題（每題15分，共30分）1.設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程P和Q共享一個(gè)變量Count，初始值為0。它們需要執(zhí)行如下操作：```P:1.Count=Count+12.PrintCount``````Q:1.Count=Count-12.PrintCount```請(qǐng)說明如果P和Q不加任何同步機(jī)制同時(shí)運(yùn)行，可能出現(xiàn)哪些輸出結(jié)果？為什么？如果使用信號(hào)量S來(lái)實(shí)現(xiàn)P和Q的同步，應(yīng)該如何設(shè)置S的初始值，并在P和Q的關(guān)鍵代碼段前、后添加必要的P(S)和V(S)操作？2.解釋什么是抖動(dòng)（Thrashing），并說明為什么虛擬內(nèi)存系統(tǒng)會(huì)面臨抖動(dòng)問題。為了緩解抖動(dòng)，操作系統(tǒng)可以采取哪些措施？---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.A5.A6.B7.C8.D9.C10.A二、填空題1.就緒，運(yùn)行，阻塞2.V（或signal）3.不可搶占4.地址轉(zhuǎn)換（或地址映射）5.大6.目錄項(xiàng)（或目錄文件）7.平均尋道時(shí)間，平均等待旋轉(zhuǎn)時(shí)間（或平均等待磁盤時(shí)間）8.設(shè)備文件9.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口（或設(shè)備獨(dú)立性軟件層）三、簡(jiǎn)答題1.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。一個(gè)進(jìn)程可以包含多個(gè)線程。線程共享所屬進(jìn)程的資源，如內(nèi)存地址空間，資源利用率更高；進(jìn)程之間資源相互隔離，通信相對(duì)復(fù)雜。線程切換比進(jìn)程切換開銷小。2.臨界區(qū)是指進(jìn)程中訪問共享變量的代碼片段。需要臨界區(qū)是因?yàn)楫?dāng)多個(gè)進(jìn)程訪問共享資源時(shí)，若不加以控制，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或死鎖等問題。臨界區(qū)一次只允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入，確保共享資源的互斥訪問。3.FIFO（先進(jìn)先出）算法按進(jìn)程請(qǐng)求資源的時(shí)間順序進(jìn)行調(diào)度，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但可能導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)，低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程可能長(zhǎng)時(shí)間等待。LRU（最近最少使用）算法選擇最近一段時(shí)間內(nèi)最久未使用的頁(yè)進(jìn)行置換，更符合程序的局部性原理，能較好地減少缺頁(yè)率，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，需要硬件支持或維護(hù)頁(yè)使用記錄。4.文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)文件共享的一種方法是使用硬鏈接。硬鏈接是指通過創(chuàng)建一個(gè)指向原文件目錄項(xiàng)的新的目錄項(xiàng)來(lái)共享文件。硬鏈接與原文件共享相同的inode（索引節(jié)點(diǎn)），因此它們指向同一組數(shù)據(jù)塊，修改其中任何一個(gè)，另一個(gè)也會(huì)發(fā)生變化。一個(gè)文件可以有多個(gè)硬鏈接，只要其引用計(jì)數(shù)大于0，文件數(shù)據(jù)就不會(huì)被刪除。四、計(jì)算題1.系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)判斷：*檢查P2：P2還需(1,1,1)，當(dāng)前可用(3,3,2)?？捎觅Y源滿足需求，可讓P2完成。P2完成后釋放資源(1,0,0)。*新可用資源：(3,3,2)+(1,0,0)=(4,3,2)。*安全序列候選：P2。*檢查P0：P0還需(2,3,0)，新可用資源(4,3,2)滿足需求，可讓P0完成。P0完成后釋放資源(2,3,0)。*新可用資源：(4,3,2)+(2,3,0)=(6,6,2)。*安全序列候選：P2,P0。*檢查P1：P1還需(2,-1,1)，新可用資源(6,6,2)滿足需求，可讓P1完成。P1完成后釋放資源(2,-1,1)。（注意：這里假設(shè)負(fù)值不影響可用性，實(shí)際應(yīng)為P1還需(2,0,2)）。*新可用資源：(6,6,2)+(2,0,2)=(8,6,4)。（根據(jù)表格，P1還需(2,0,2)，釋放(2,0,2)，可用變?yōu)?8,6,4)）*安全序列候選：P2,P0,P1。*檢查P3：P3還需(1,2,1)，新可用資源(8,6,4)滿足需求，可讓P3完成。P3完成后釋放資源(0,0,2)。*新可用資源：(8,6,4)+(0,0,2)=(8,6,6)。*安全序列候選：P2,P0,P1,P3。*構(gòu)造了安全序列P2->P0->P1->P3，系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。2.地址轉(zhuǎn)換：*邏輯地址0x001E0000分解為：頁(yè)號(hào)=0x001，頁(yè)內(nèi)位移=0x000。*查頁(yè)表，頁(yè)號(hào)0x001對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)是2。*物理地址=物理塊號(hào)*內(nèi)存塊大小+頁(yè)內(nèi)位移=2*1KB+0x000=0x2000+0x000=0x2000。五、分析題1.可能出現(xiàn)的結(jié)果：*Count可能輸出0,1,-1,2,-2等。*原因：P和Q對(duì)Count的讀寫操作不是原子操作。例如，P執(zhí)行1.Count=Count+1，Q執(zhí)行1.Count=Count-1，如果它們交替執(zhí)行，可能出現(xiàn)P先讀取Count得到0，加1變?yōu)?，寫入1；Q接著讀取Count得到1，減1變?yōu)?，寫入0。或者P讀取Count得到0，加1變?yōu)?，寫入1；Q讀取Count得到1，減1變?yōu)?，寫入0。或者P讀取Count得到0，加1變?yōu)?，寫入1；Q讀取Count得到1，減1變?yōu)?，寫入0；然后P再次讀取Count得到0，加1變?yōu)?，寫入1...導(dǎo)致結(jié)果不確定。*使用信號(hào)量S同步：*初始值S=1。*P代碼：```P:P(S)//進(jìn)入臨界區(qū)Count=Count+1PrintCountV(S)//離開臨界區(qū)```*Q代碼：```Q:P(S)//進(jìn)入臨界區(qū)Count=Count-1PrintCountV(S)//離開臨界區(qū)```*說明：P(S)確保同一時(shí)間只有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)，V(S)確保離開臨界區(qū)后允許另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入，從而保證了Count操作的原子性，輸出結(jié)果將是確定的。2.抖動(dòng)：*抖動(dòng)是指虛擬內(nèi)存系統(tǒng)中，CPU大部分時(shí)間用于在少量實(shí)際內(nèi)存頁(yè)和磁盤之間進(jìn)行頻繁的頁(yè)面換入換出，導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇下降的現(xiàn)象。*抖動(dòng)產(chǎn)生原因：當(dāng)進(jìn)程數(shù)量過多，或者進(jìn)程工作時(shí)間片過短，導(dǎo)致頻繁的缺頁(yè)中斷。當(dāng)缺頁(yè)率過高時(shí)，系統(tǒng)需要不斷地將內(nèi)存中的頁(yè)換出到磁盤，同時(shí)從磁盤換入新的頁(yè)，這個(gè)換入換出的過程如果持續(xù)不斷，就形成了抖動(dòng)。*虛擬內(nèi)存面臨抖動(dòng)問題是因?yàn)椋?局部性原理的不確定性：雖然程序具有局部性，但無(wú)法精確預(yù)測(cè)哪個(gè)頁(yè)會(huì)很快被再次訪問。*內(nèi)存容量有限：物理內(nèi)存大小遠(yuǎn)小于邏輯地址空間，無(wú)法容納所有活躍進(jìn)程的數(shù)據(jù)。*磁盤速度遠(yuǎn)慢于內(nèi)存速度：頁(yè)面置換導(dǎo)致頻繁的磁盤I/O，成為性能瓶