自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁西寧城市職業(yè)技術(shù)學院《操作系統(tǒng)》2025-2026學年第一學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在一個具有多個線程的進程中，線程之間共享進程的資源，包括內(nèi)存、文件描述符等。但每個線程有自己獨立的棧空間和線程控制塊。假設(shè)有線程T1、T2和T3，它們同時訪問一個全局變量X，X的初始值為0。T1執(zhí)行X=X+1，T2執(zhí)行X=X-2，T3執(zhí)行X=X*3，請問最終X的值可能是多少？（）A.-3B.0C.3D.以上都有可能2、某計算機系統(tǒng)采用DMA方式進行數(shù)據(jù)傳輸，DMA控制器每次能夠傳輸一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。若要傳輸1000字節(jié)的數(shù)據(jù)，DMA初始化設(shè)置的時間為100μs，DMA傳輸一個字節(jié)的時間為1μs，中斷處理的時間為50μs，請問完成這次數(shù)據(jù)傳輸總共需要多長時間？（）A.1150μsB.1550μsC.2050μsD.2150μs3、在一個操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理采用分段和分頁相結(jié)合的方式。假設(shè)有一個進程，其邏輯地址空間被分為三個段，每個段又被分為若干頁。現(xiàn)在進程要訪問一個邏輯地址，系統(tǒng)需要進行多次地址轉(zhuǎn)換。以下關(guān)于這種地址轉(zhuǎn)換過程的描述，哪一項是正確的？（）A.首先進行段的地址轉(zhuǎn)換，得到段內(nèi)的起始地址，然后再進行頁的地址轉(zhuǎn)換，得到最終的物理地址B.先進行頁的地址轉(zhuǎn)換，確定頁內(nèi)偏移量，再進行段的地址轉(zhuǎn)換，得到物理地址C.段和頁的地址轉(zhuǎn)換同時進行，通過計算得到最終的物理地址D.隨機選擇先進行段的地址轉(zhuǎn)換或頁的地址轉(zhuǎn)換，然后再進行另一個的轉(zhuǎn)換4、在一個多道批處理系統(tǒng)中，有三個作業(yè)J1、J2和J3，它們的提交時間、運行時間如下表所示：作業(yè)提交時間運行時間（小時）J18:003J29:002J310:001假設(shè)系統(tǒng)采用短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法，計算三個作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間。（給出詳細的計算過程）（）A.4小時B.4.33小時C.4.67小時D.5小時5、在操作系統(tǒng)的虛擬存儲管理中，頁面置換算法的選擇對系統(tǒng)性能有很大影響。假設(shè)系統(tǒng)采用最近未使用（NRU）頁面置換算法，以下關(guān)于NRU算法的描述中，正確的是：（）A.NRU算法根據(jù)頁面最近是否被使用以及是否被修改來選擇置換頁面B.NRU算法總是選擇最長時間未被使用的頁面進行置換C.NRU算法在選擇置換頁面時，不考慮頁面的訪問頻率D.NRU算法比先進先出（FIFO）算法更能避免Belady異?，F(xiàn)象6、在一個具有內(nèi)存保護機制的操作系統(tǒng)中，每個進程都被分配了獨立的內(nèi)存空間，并且系統(tǒng)通過硬件和軟件的結(jié)合來防止進程訪問其他進程的內(nèi)存區(qū)域。假設(shè)進程P1試圖訪問進程P2的內(nèi)存空間，系統(tǒng)會產(chǎn)生一個內(nèi)存訪問違規(guī)的異常。分析這種內(nèi)存保護機制是如何實現(xiàn)的，包括硬件支持（如MMU）和操作系統(tǒng)的相關(guān)處理邏輯，并討論內(nèi)存保護在系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性方面的重要意義。A.通過硬件MMU實現(xiàn)，意義重大B.通過操作系統(tǒng)軟件實現(xiàn)，意義不大C.通過硬件和軟件共同實現(xiàn)，意義重大D.內(nèi)存保護機制作用有限，意義不大7、在操作系統(tǒng)的進程調(diào)度中，常見的調(diào)度算法有先來先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、時間片輪轉(zhuǎn)（RR）和優(yōu)先級調(diào)度等。假設(shè)系統(tǒng)中有四個進程P1、P2、P3和P4，它們的到達時間分別為0、1、2和3毫秒，運行時間分別為8、4、9和5毫秒。若采用短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法，那么平均周轉(zhuǎn)時間為（）A.8毫秒B.9毫秒C.10毫秒D.11毫秒8、在一個具有虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用請求調(diào)頁的方式將頁面調(diào)入內(nèi)存。當一個進程訪問一個不在內(nèi)存中的頁面時，會產(chǎn)生缺頁中斷。假設(shè)頁面置換算法為最近最久未使用（LRU）算法，系統(tǒng)為該進程分配了4個頁框。進程的頁面訪問序列為1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，初始時4個頁框均為空。那么，在這個過程中發(fā)生的缺頁次數(shù)是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次9、在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中，文件的物理結(jié)構(gòu)有連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配等多種方式。連續(xù)分配方式具有較高的順序訪問速度，但存在外部碎片問題；鏈接分配方式解決了外部碎片問題，但隨機訪問速度較慢；索引分配方式則結(jié)合了兩者的優(yōu)點。假設(shè)一個文件系統(tǒng)采用索引分配方式，每個索引節(jié)點包含13個直接地址項、1個一級間接地址項、1個二級間接地址項和1個三級間接地址項，每個地址項大小為4字節(jié)，盤塊大小為1KB。若要訪問文件的第10000塊，至少需要幾次磁盤I/O操作（）A.1B.2C.3D.410、某操作系統(tǒng)采用分段存儲管理方式，用戶程序分為三個段：代碼段、數(shù)據(jù)段和堆棧段。其中代碼段的段地址為0x1000，段長2KB；數(shù)據(jù)段的段地址為0x2000，段長1KB；堆棧段的段地址為0x3000，段長0.5KB。若系統(tǒng)地址空間為4GB，且段表存放在內(nèi)存中，每個段表項占用4B。則段表的最大長度是多少？（）A.1024B.2048C.4096D.819211、在一個操作系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序負責與硬件設(shè)備進行通信。假設(shè)系統(tǒng)需要添加一個新的外部設(shè)備，分析設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)過程，包括硬件接口的了解、寄存器的操作、中斷處理等，并討論設(shè)備驅(qū)動程序在操作系統(tǒng)中的地位和作用，以及如何保證設(shè)備驅(qū)動程序的穩(wěn)定性和可靠性。A.設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)簡單，作用不大B.設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)復雜，作用關(guān)鍵C.設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)難度適中，作用一般D.取決于設(shè)備的類型和復雜度12、某磁盤的轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分鐘，平均尋道時間為8ms，每個磁道包含1000個扇區(qū)，傳輸速率為50MB/s。若要讀取一個50MB的文件，其平均訪問時間約為多少？（請給出詳細的計算過程）（）A.18.4msB.20.4msC.22.4msD.24.4ms13、在操作系統(tǒng)中，進程通信的方式多種多樣。共享內(nèi)存方式通過共享一塊內(nèi)存區(qū)域來實現(xiàn)進程間的數(shù)據(jù)交換，具有很高的通信效率；消息傳遞方式則通過發(fā)送和接收消息來完成通信，消息可以包含各種數(shù)據(jù)類型；管道通信方式則是一種半雙工的通信方式，常用于父子進程之間的通信。假設(shè)有兩個進程需要進行大量數(shù)據(jù)的實時交換，并且要求通信的可靠性較高，那么最適合采用的通信方式是（）A.共享內(nèi)存B.消息傳遞C.管道通信D.以上方式都不適合14、在一個采用索引分配方式的文件系統(tǒng)中，文件的索引表存放在磁盤上。假設(shè)一個文件有100個磁盤塊，每個磁盤塊大小為4KB，索引表項占用4個字節(jié)。如果采用一級索引，那么索引表最多可以表示多大的文件？如果采用二級索引，又能表示多大的文件？（）A.一級索引最多表示16MB的文件，二級索引最多表示256MB的文件B.一級索引最多表示4MB的文件，二級索引最多表示16GB的文件C.一級索引最多表示64KB的文件，二級索引最多表示256KB的文件D.一級索引最多表示1MB的文件，二級索引最多表示4GB的文件15、在一個具有快表的分頁存儲管理系統(tǒng)中，快表的命中率為80%，訪問快表的時間為10ns，訪問主存的時間為100ns。若要訪問的頁面在快表中，那么一次有效地址轉(zhuǎn)換所需的平均時間是多少？若頁面不在快表中呢？（）A.20ns，110nsB.18ns，110nsC.20ns，120nsD.18ns，120ns16、在一個操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)啟動過程包括硬件初始化、內(nèi)核加載、驅(qū)動程序加載和用戶空間服務(wù)啟動等階段。假設(shè)系統(tǒng)在啟動過程中出現(xiàn)故障，分析可能導致故障的原因，如硬件問題、配置錯誤、驅(qū)動程序不兼容等，并討論如何進行故障診斷和修復，以及如何優(yōu)化系統(tǒng)啟動過程以提高啟動速度。A.硬件問題是最常見的故障原因B.配置錯誤是最常見的故障原因C.驅(qū)動程序不兼容是最常見的故障原因D.不同故障原因在不同情況下都可能出現(xiàn)17、在一個具有虛擬存儲管理的操作系統(tǒng)中，進程的邏輯地址空間被劃分為若干頁面，物理內(nèi)存被劃分為相同大小的頁框。當進程執(zhí)行時，如果所需頁面不在物理內(nèi)存中，就會產(chǎn)生缺頁中斷。假設(shè)一個進程正在執(zhí)行，其頁面訪問序列為1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，系統(tǒng)采用先進先出（FIFO）頁面置換算法，分配給該進程的物理內(nèi)存頁框數(shù)量為3。那么，在此過程中發(fā)生的缺頁次數(shù)是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次18、在一個采用請求分頁存儲管理的系統(tǒng)中，某進程的頁面訪問序列為4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5。若分配給該進程的物理塊數(shù)為3，且初始時均為空，采用最近最久未使用（LRU）頁面置換算法，那么發(fā)生的缺頁次數(shù)是多少？（）A.7B.8C.9D.1019、在一個支持多線程的操作系統(tǒng)中，線程的同步和互斥是常見的操作。假設(shè)有兩個線程T1和T2共享一個全局變量count，初始值為0。T1負責對count進行加1操作，T2負責對count進行減1操作。為了保證操作的正確性，需要使用鎖機制。以下關(guān)于鎖使用的描述，正確的是：（）A.T1和T2在操作count前都先獲取鎖，操作完成后釋放鎖B.只有T1需要獲取鎖進行加1操作，T2不需要獲取鎖進行減1操作C.鎖的獲取和釋放操作會導致線程的切換，從而降低系統(tǒng)性能D.可以使用多個鎖來分別保護count的加操作和減操作，提高并發(fā)度20、在一個具有虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)中，進程的地址空間被劃分為邏輯地址和物理地址。當進程訪問一個虛擬地址時，系統(tǒng)通過頁表將其轉(zhuǎn)換為物理地址。假設(shè)頁表的每個條目包含頁號、頁框號和一些訪問控制位?，F(xiàn)在有一個進程，其邏輯地址空間大小為4GB，頁面大小為4KB，頁表項大小為4字節(jié)。如果系統(tǒng)為該進程分配了1GB的物理內(nèi)存，那么頁表的大小至少是多少？同時考慮頁表的存儲方式和對內(nèi)存訪問效率的影響。A.1MBB.2MBC.4MBD.8MB二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）解釋線程同步的互斥鎖和條件變量。2、（本題5分）什么是系統(tǒng)崩潰恢復？如何實現(xiàn)？3、（本題5分）簡述操作系統(tǒng)的可擴展性設(shè)計原則。4、（本題5分）解釋操作系統(tǒng)的用戶界面設(shè)計原則。5、（本題5分）解釋響應比高者優(yōu)先調(diào)度算法的計算方法。三、綜合分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）研究操作系統(tǒng)如何實現(xiàn)對文件系統(tǒng)的動態(tài)擴展和收縮功能。2、（本題5分）分析操作系統(tǒng)如何優(yōu)化文件系統(tǒng)的文件創(chuàng)建和打開操作的性能。3、（本題5分）分析操作系統(tǒng)中的內(nèi)存屏障和原子操作。4、（本題5分）探討操作系統(tǒng)中的進程調(diào)度的多核環(huán)境下的親和性設(shè)置。5、（本題5分）探討操作系統(tǒng)中的進程間通信的信號量的超時處理。四、論述題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）在操作系統(tǒng)中，虛擬設(shè)備的實現(xiàn)為系統(tǒng)提供了更高的靈活性和可擴展性。請綜合論述虛擬設(shè)備的概念、類型（如虛擬打印機、虛擬網(wǎng)卡等）和實現(xiàn)