2025年計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)練習(xí)卷考試時(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)的代表字母填寫在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.操作系統(tǒng)是一種（）。A.應(yīng)用軟件B.系統(tǒng)軟件C.工具軟件D.游戲軟件2.在單道批處理系統(tǒng)中，作業(yè)由輸入井調(diào)入內(nèi)存后，其狀態(tài)變?yōu)椋ǎ.運(yùn)行B.等待C.就緒D.完成或退出3.采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法時(shí)，若時(shí)間片長(zhǎng)度（）。A.越短，CPU利用率越高，周轉(zhuǎn)時(shí)間越短B.越短，CPU利用率越低，周轉(zhuǎn)時(shí)間越長(zhǎng)C.越長(zhǎng)，CPU利用率越高，周轉(zhuǎn)時(shí)間越長(zhǎng)D.越長(zhǎng)，CPU利用率越低，周轉(zhuǎn)時(shí)間越短4.產(chǎn)生死鎖的一個(gè)必要條件是（）。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5.用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥時(shí)，P操作的含義是（）。A.申請(qǐng)一個(gè)資源B.釋放一個(gè)資源C.檢查信號(hào)量的值是否大于0D.將信號(hào)量的值減16.在分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式中，地址變換需要經(jīng)過(guò)（）次訪問(wèn)內(nèi)存。A.1B.2C.3D.47.采用固定分區(qū)分配內(nèi)存管理方式時(shí)，會(huì)產(chǎn)生（）。A.內(nèi)部碎片B.外部碎片C.兩者都有D.兩者都沒(méi)有8.文件系統(tǒng)采用多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)的主要目的是（）。A.提高文件檢索速度B.實(shí)現(xiàn)文件共享C.方便文件管理D.擴(kuò)大文件系統(tǒng)容量9.在磁盤驅(qū)動(dòng)器管理中，為減少平均尋道時(shí)間，常采用（）算法。A.FCFSB.SSTFC.SCAND.C-SCAN10.I/O控制方式中，采用程序直接控制方式時(shí)，（）。A.CPU與I/O設(shè)備可并行工作B.CPU需等待I/O操作完成C.需要中斷機(jī)構(gòu)支持D.需要DMA方式支持二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在題干后的橫線上）1.進(jìn)程的基本狀態(tài)有：__________、__________和__________。2.在UNIX系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)采用__________結(jié)構(gòu)。3.虛擬內(nèi)存技術(shù)解決了物理內(nèi)存容量有限和應(yīng)用程序需求較大的矛盾，其核心是實(shí)現(xiàn)了__________。4.設(shè)備獨(dú)立性軟件通常由__________、__________和__________組成。5.緩沖技術(shù)可以提高CPU與I/O設(shè)備之間的__________。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述操作系統(tǒng)進(jìn)程管理的功能。2.什么是內(nèi)存碎片？簡(jiǎn)述碎片整理的基本思想。3.解釋文件系統(tǒng)中的“目錄項(xiàng)”。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.假設(shè)有3個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3需要按順序申請(qǐng)4個(gè)同類資源R。當(dāng)前資源分配情況如下：P1占有2個(gè)R，P2占有1個(gè)R，P3占有0個(gè)R。系統(tǒng)還有1個(gè)R。問(wèn)此時(shí)系統(tǒng)是否安全？請(qǐng)說(shuō)明理由（若不安全，請(qǐng)給出一個(gè)可能的死鎖狀態(tài)）。2.設(shè)有一個(gè)單道程序系統(tǒng)，系統(tǒng)時(shí)鐘速度為1ms/單位時(shí)間。某進(jìn)程有3個(gè)作業(yè)J1、J2、J3，它們的執(zhí)行時(shí)間分別為T1=100單位時(shí)間，T2=80單位時(shí)間，T3=60單位時(shí)間。若采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，時(shí)間片大小為20單位時(shí)間。請(qǐng)計(jì)算每個(gè)作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間和帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間（假設(shè)系統(tǒng)初始時(shí)刻為0）。五、綜合應(yīng)用題（20分）設(shè)一個(gè)單用戶單任務(wù)的操作系統(tǒng)中，需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題，生產(chǎn)者不斷生產(chǎn)產(chǎn)品放入緩沖區(qū)，消費(fèi)者從緩沖區(qū)取出產(chǎn)品消費(fèi)。緩沖區(qū)最多可容納3件產(chǎn)品。使用信號(hào)量機(jī)制（定義好信號(hào)量及其初始值）描述該問(wèn)題的解決方案，并簡(jiǎn)要說(shuō)明P、V操作的應(yīng)用時(shí)機(jī)。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.A4.D5.D6.B7.B8.C9.B10.B二、填空題1.運(yùn)行，就緒，等待2.雙重3.虛擬地址空間到物理地址空間的映射4.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)備獨(dú)立性軟件，應(yīng)用程序接口（或系統(tǒng)調(diào)用）5.并行性（或效率）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：回答進(jìn)程管理核心功能。包括進(jìn)程創(chuàng)建與撤銷、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程同步與互斥、進(jìn)程通信、處理機(jī)調(diào)度等。*進(jìn)程創(chuàng)建與撤銷：負(fù)責(zé)進(jìn)程的生成和消亡。*進(jìn)程調(diào)度：決定哪個(gè)就緒進(jìn)程獲得處理機(jī)。*進(jìn)程同步與互斥：協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問(wèn)，防止死鎖。*進(jìn)程通信：提供進(jìn)程間交換信息的方法。*處理機(jī)調(diào)度：具體執(zhí)行調(diào)度策略，分配CPU。2.解析思路：先定義內(nèi)存碎片。然后說(shuō)明其產(chǎn)生原因（內(nèi)外碎片）。最后闡述整理方法（移移動(dòng)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)塊，合并碎片）。*定義：內(nèi)存中因程序分配和釋放而形成的不連續(xù)的小塊空閑區(qū)域。*產(chǎn)生：內(nèi)部碎片是分配給進(jìn)程的內(nèi)存塊比進(jìn)程實(shí)際需求的大而浪費(fèi)的部分。外部碎片是內(nèi)存中分散的小塊空閑區(qū)域。*整理思想：通過(guò)移動(dòng)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)塊，使空閑區(qū)域連續(xù)成一片，或者將不連續(xù)的空閑區(qū)域合并成一個(gè)大的連續(xù)區(qū)域。3.解析思路：解釋目錄項(xiàng)是文件系統(tǒng)如何管理文件結(jié)構(gòu)的核心。包含文件名和文件描述符（或文件控制塊FCB/inode）。*定義：目錄是存放文件名以及與文件名相關(guān)聯(lián)的信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在文件系統(tǒng)中，每個(gè)文件都對(duì)應(yīng)一個(gè)目錄項(xiàng)。*內(nèi)容：每個(gè)目錄項(xiàng)通常包含兩部分：文件名和文件描述符（如文件標(biāo)識(shí)符、文件類型、文件長(zhǎng)度、訪問(wèn)權(quán)限、修改時(shí)間等，在UNIX中常稱為inode或FCB）。四、計(jì)算題1.解析思路：應(yīng)用銀行家算法。計(jì)算每個(gè)進(jìn)程還需要多少資源，加上系統(tǒng)剩余資源，看是否能滿足需求最需要的進(jìn)程，使其完成并釋放資源，然后遞歸檢查。*計(jì)算需求：P1需2,P2需3,P3需4。*計(jì)算可用：Total=4,Alloc=2+1+0=3,Avail=Total-Alloc=4-3=1。*檢查P3：Avail(1)<Need_P3(4)，不能分配給P3。*檢查P2：Avail(1)<Need_P2(3)，不能分配給P2。*檢查P1：Avail(1)+Need_P1(2)=3<=Total(4)，可以嘗試分配。分配后P1完成，釋放其資源：New_Avail=Avail+Alloc_P1=1+2=3。*遞歸檢查：此時(shí)Avail=3，檢查P2：Avail(3)+Need_P2(3)=6>Total(4)，失敗。*結(jié)論：因?yàn)镻3和P2無(wú)法獲得所需資源，或者P1分配后系統(tǒng)也無(wú)法滿足P2的需求，所以系統(tǒng)不安全。一個(gè)可能的死鎖狀態(tài)是P1,P2,P3都阻塞等待資源。2.解析思路：時(shí)間片輪轉(zhuǎn)計(jì)算。模擬進(jìn)程切換，記錄每個(gè)進(jìn)程開(kāi)始執(zhí)行和完成的時(shí)間。*作業(yè)順序：J1,J2,J3*執(zhí)行時(shí)間：T1=100,T2=80,T3=60*時(shí)間片：20*模擬：*時(shí)間0-20：J1執(zhí)行(J1完成剩余80)*時(shí)間20-40：J2執(zhí)行(J2完成剩余60)*時(shí)間40-60：J3執(zhí)行(J3完成剩余40)*時(shí)間60-80：J1執(zhí)行(J1完成剩余60)*時(shí)間80-100：J2執(zhí)行(J2完成剩余40)*時(shí)間100-120：J3執(zhí)行(J3完成剩余20)*時(shí)間120-140：J1執(zhí)行(J1完成剩余40)*時(shí)間140-160：J3執(zhí)行(J3完成剩余0,J3完成)*時(shí)間160-180：J1執(zhí)行(J1完成剩余20)*時(shí)間180-200：J1執(zhí)行(J1完成剩余0,J1完成)*時(shí)間200-220：J2執(zhí)行(J2完成剩余0,J2完成)*周轉(zhuǎn)時(shí)間（完成時(shí)間-到達(dá)時(shí)間）：*J1:200-0=200*J2:220-20=200*J3:160-40=120*帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間（周轉(zhuǎn)時(shí)間/執(zhí)行時(shí)間）：*J1:200/100=2.0*J2:200/80=2.5*J3:120/60=2.0*平均周轉(zhuǎn)時(shí)間：(200+200+120)/3=180/3=60*平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間：(2.0+2.5+2.0)/3=6.5/3≈2.167五、綜合應(yīng)用題使用信號(hào)量機(jī)制解決：```csemaphoremutex=1;//緩沖區(qū)互斥信號(hào)量，初始值為1semaphorefull=0;//緩沖區(qū)中產(chǎn)品數(shù)量信號(hào)量，初始值為0semaphoreempty=3;//緩沖區(qū)空閑位置數(shù)量信號(hào)量，初始值為3(假設(shè)緩沖區(qū)大小為3)//生產(chǎn)者進(jìn)程代碼片段P(empty);//申請(qǐng)一個(gè)空閑位置(empty-1)P(mutex);//進(jìn)入臨界區(qū)//將產(chǎn)品放入緩沖區(qū)V(mutex);//離開(kāi)臨界區(qū)V(full);//釋放一個(gè)產(chǎn)品，full+1//消費(fèi)者進(jìn)程代碼片段P(full);//等待一個(gè)產(chǎn)品(full-1)P(mutex);//進(jìn)入臨界區(qū)//從緩沖區(qū)取出產(chǎn)品V(mutex);//離開(kāi)臨界區(qū)V(empty);//釋放一個(gè)空閑位置，empty+1```解析思路：1.信號(hào)量定義與初值：*`mutex`：用于保護(hù)緩沖區(qū)的互斥訪問(wèn)，初始值為1，表示開(kāi)始時(shí)緩沖區(qū)是空的，可以進(jìn)入。*`full`：表示緩沖區(qū)中當(dāng)前已有的產(chǎn)品數(shù)量，初始值為0，表示開(kāi)始時(shí)緩沖區(qū)沒(méi)有產(chǎn)品。*`empty`：表示緩沖區(qū)中當(dāng)前可用的空閑位置數(shù)量，初始值為緩沖區(qū)總大小（設(shè)為3），表示開(kāi)始時(shí)所有位置都是空的。2.生產(chǎn)者操作：*生產(chǎn)者在放入產(chǎn)品前，必須確保緩沖區(qū)有空閑位置（`empty>0`），通過(guò)`P(empty)`操作申請(qǐng)一個(gè)，并將`empty`減1。如果`empty`為0，則`P(empty)`會(huì)阻塞生產(chǎn)者。*生產(chǎn)者進(jìn)入臨界區(qū)前，必須獲得互斥訪問(wèn)權(quán)（`mutex>0`），通過(guò)`P(mutex)`操作。只有獲得`mutex`后才能操作緩沖區(qū)。*將產(chǎn)品放入緩沖區(qū)（臨界區(qū)內(nèi)的操作）。*離開(kāi)臨界區(qū)后，生產(chǎn)者操作完成一個(gè)產(chǎn)品，應(yīng)釋放一個(gè)產(chǎn)品（`full`增加），通過(guò)`V(full)`操作。同時(shí)，緩沖區(qū)的一個(gè)空閑位置也被占用，應(yīng)釋放一個(gè)空閑位置（`empty`增加），通過(guò)`V(empty)`操作。`V(full)`和`V(empty)`的執(zhí)行保證了緩沖區(qū)狀態(tài)的變化能被其他進(jìn)程感知。3.消費(fèi)者操作：*消費(fèi)者在取出產(chǎn)品前，必須確保緩沖區(qū)有產(chǎn)品（`full>0`），通過(guò)`P(full)`操作申請(qǐng)一個(gè)，并將`full`減1。如果`full`為0，則`P(full)`會(huì)阻塞消費(fèi)者。*消費(fèi)者進(jìn)入臨界區(qū)前，必須獲得互斥訪問(wèn)權(quán)（`mutex>0`），通過(guò)`P(mutex)`操作。*從緩沖區(qū)取