长春工业大学《操作系统原理理论》2023-2024学年第二学期期末试卷.doc

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长春工业大学《操作系统原理理论》
2023-2024学年第二学期期末试卷
题号
一
二
三
四
总分
得分

一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）
1、有一个文件系统，采用连续分配方式存储文件。已知文件 A 从磁盘地址 1000 开始，占用了 5 个连续的磁盘块，每个磁盘块大小为 512B。若要读取文件 A 的第 3 个磁盘块的内容，需要访问磁盘的物理地址是多少？（ ）
A. 2048 B. 2560 C. 3072 D. 3584

2、操作系统中的死锁问题是一个重要的研究课题。假设有三个进程 P1、P2 和 P3，它们分别需要资源 A、B 和 C。目前，P1 占用了资源 A，P2 占用了资源 B，P3 占用了资源 C，并且它们都在请求对方占用的资源。以下关于死锁的描述中，正确的是：（ ）
A. 这种情况一定会导致死锁，因为三个进程都无法继续执行
B. 死锁的发生是因为资源分配不当和进程推进顺序不合理
C. 只要其中一个进程释放其占用的资源，就可以避免死锁的发生
D. 操作系统可以通过预先分配所有资源的方式来完全避免死锁的出现

3、在一个具有设备管理功能的操作系统中，有多种设备类型，如磁盘、打印机、键盘等。假设系统采用中断驱动的 I/O 控制方式，当一个设备完成 I/O 操作时，会向 CPU 发送中断信号。现在有一个磁盘正在进行读操作，当读操作完成后，中断处理程序需要完成哪些工作？（ ）
A. 保存当前进程的现场，切换到中断服务进程，处理中断请求，恢复被中断进程的现场
B. 直接将读取的数据传递给请求进程，更新设备状态，然后继续执行被中断的进程
C. 通知磁盘控制器停止操作，释放相关资源，唤醒等待该 I/O 操作完成的进程
D. 检查中断原因，获取读取的数据，进行错误处理，将控制权交回被中断的进程

4、某操作系统采用分段存储管理方式，用户程序分为三个段：代码段、数据段和堆栈段。其中代码段的段地址为 0x1000，段长 2KB；数据段的段地址为 0x2000，段长 1KB；堆栈段的段地址为 0x3000，段长 0.5KB。若系统地址空间为 4GB，且段表存放在内存中，每个段表项占用 4B。则段表的最大长度是多少？（ ）
A. 1024 B. 2048 C. 4096 D. 8192

5、在一个具有缓冲池的操作系统中，缓冲池由多个缓冲区组成，分为空缓冲区队列、装满输入数据的缓冲区队列和装满输出数据的缓冲区队列。当进程需要输入数据时，从装满输入数据的缓冲区队列中取出一个缓冲区；当进程需要输出数据时，将数据放入空缓冲区中。假设当前空缓冲区队列为空，装满输入数据的缓冲区队列中有 3 个缓冲区，装满输出数据的缓冲区队列中有 2 个缓冲区。进程 P1 需要输入数据，进程 P2 需要输出数据。那么，系统会如何处理？（ ）
A. 进程 P1 等待，进程 P2 将数据放入空缓冲区
B. 进程 P2 等待，进程 P1 从装满输入数据的缓冲区队列中取出一个缓冲区
C. 进程 P1 从装满输入数据的缓冲区队列中取出一个缓冲区，进程 P2 等待
D. 进程 P1 和 P2 都等待

6、在操作系统的文件保护机制中，访问控制列表（ACL）和权限位是两种常见的方法。假设一个文件的所有者具有读、写和执行权限，所属组具有读和执行权限，其他用户只有读权限。以下关于文件保护机制的描述中，正确的是：（ ）
A. 当一个用户试图访问该文件时，操作系统只根据用户所属的组来确定其权限
B. 如果一个不属于文件所有者和所属组的用户想要修改该文件，将会被拒绝
C. 权限位的设置比访问控制列表更灵活，可以为每个用户单独设置不同的权限
D. 访问控制列表可以更精细地控制文件的访问权限，但实现和管理相对复杂

7、在一个多线程操作系统中，一个进程可以包含多个线程。假设一个进程 P 有两个线程 T1 和 T2 ，它们共享进程的资源，如内存、文件描述符等。现在线程 T1 正在进行一个耗时的计算操作，而线程 T2 需要访问线程 T1 正在使用的资源。分析在这种情况下，可能出现的线程同步问题，如竞争条件和死锁，并讨论如何使用互斥锁、条件变量等同步机制来解决这些问题，以及这些同步机制对线程执行效率的影响。
A. 同步机制总是提高效率
B. 同步机制总是降低效率
C. 同步机制在某些情况下提高，某些情况下降低
D. 取决于线程的操作和资源的使用情况

8、在一个采用请求分段存储管理的系统中，某进程的段表如下：段号 0 对应的段长为 500，段起始地址为 1000；段号 1 对应的段长为 800，段起始地址为 2000；段号 2 对应的段长为 1000，段起始地址为 5000。当进程访问的逻辑地址为 1，600 时，会发生什么情况？（ ）
A. 越界中断 B. 正常访问 C. 缺段中断 D. 地址转换错误

9、虚拟存储技术是操作系统中用于扩展内存容量的重要手段。在请求分页存储管理系统中，当访问的页面不在内存时，会产生缺页中断。假设系统的页面置换算法为最近最久未使用（LRU）算法，某进程的页面访问序列为 1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，系统分配给该进程的物理页面数为 3。那么，缺页次数至少为（ ）
A. 6 次
B. 7 次
C. 8 次
D. 9 次

10、在一个采用分页存储管理的系统中，页面大小为 2KB，逻辑地址为 32 位。某进程的页表如下：页号 0 对应的物理块号为 5，页号 1 对应的物理块号为 8，页号 2 对应的物理块号为 10，页号 3 对应的物理块号为 12。当进程访问的逻辑地址为 0x8000 时，对应的物理地址是多少？（ ）
A. 0x10000
B. 0x18000
C. 0x20000
D. 0x28000

11、在操作系统的进程同步中，信号量是一种常用的同步工具。信号量可以分为整型信号量和记录型信号量。整型信号量存在“忙等”问题，而记录型信号量则通过阻塞和唤醒操作避免了这一问题。假设有两个进程 P1 和 P2，它们共享一个缓冲区，P1 负责向缓冲区写入数据，P2 负责从缓冲区读取数据。为了保证缓冲区的正确使用，需要使用信号量进行同步。那么，应该设置的信号量数量以及初始值分别为（ ）
A. 1 个，0
B. 1 个，1
C. 2 个，0
D. 2 个，1

12、考虑一个具有多级反馈队列调度算法的系统，共设置 3 个队列，优先级依次降低。第 1 队列时间片为 2ms，第 2 队列时间片为 4ms，第 3 队列时间片为 8ms。若有进程 P1 到达时进入第 1 队列，运行 1ms 后未完成，被放入第 2 队列；进程 P2 到达时进入第 2 队列，运行 3ms 后未完成，被放入第 3 队列。请问当 P1 再次获得 CPU 时，它已经等待了多长时间？（ ）
A. 4ms B. 5ms C. 6ms D. 7ms

13、以下关于操作系统中进程概念的描述，进程是程序在一个数据集合上的运行过程，它具有动态性、并发性等特征。在操作系统中，进程通常由程序段、数据段和进程控制块（PCB）组成。其中，PCB 包含了进程的标识符、状态、优先级、程序计数器等重要信息。那么，进程与程序的本质区别在于（ ）
A. 进程是动态的，程序是静态的
B. 进程存储在内存，程序存储在外存
C. 进程能被多个程序共享，程序不能被多个进程共享
D. 进程有多个执行状态，程序只有一个执行状态

14、操作系统的进程通信机制可以实现不同进程之间的数据交换和同步。以下关于进程通信的描述中，哪个选项是错误的？（ ）
A. 进程通信可以分为共享内存、消息传递和管道等方式
B. 共享内存方式速度快，但需要解决同步和互斥问题
C. 消息传递方式比较灵活，但开销较大
D. 管道是一种单向通信方式，只能用于父子进程之间的通信

15、在一个采用死锁检测算法的系统中，资源分配图中包含了四个进程 P1、P2、P3 和 P4，以及三类资源 R1、R2 和 R3。资源分配情况如下表所示：进程已分配资源尚需资源R1R2R3R1R2R3P1201110P2110121P3121012P4010211 请问该系统是否处于死锁状态？如果是，哪些进程处于死锁中？（请给出详细的分析过程）（ ）
A. 是，P1、P2、P3
B. 是，P2、P3、P4
C. 否
D. 是，P1、P3、P4

16、在一个请求分页存储管理系统中，若系统分配给某进程的物理块数为 3，开始时进程的页面访问序列为 7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1。采用最近最久未使用（LRU）页面置换算法，当进程访问页面 4 时产生缺页中断，此时应淘汰的页面是哪个？（ ）
A. 7 B. 0 C. 1 D. 2

17、在一个操作系统中，文件系统采用了日志结构（Journaling）来提高文件操作的可靠性。当进行文件写入操作时，系统首先将操作记录在日志中，然后再实际更新文件数据和元数据。分析这种日志结构文件系统在面对系统崩溃或电源故障时如何保证文件系统的一致性，以及与传统文件系统相比在性能和存储空间使用方面的特点。
A. 日志结构文件系统性能更好，空间使用更优
B. 日志结构文件系统性能较差，空间使用较多
C. 日志结构文件系统性能和空间使用与传统文件系统相当
D. 取决于具体的应用和系统配置

18、在一个多道批处理系统中，有三个作业 J1、J2 和 J3，它们的提交时间、运行时间如下表所示：作业提交时间运行时间（小时）J18:003J29:002J310:001 假设系统采用短作业优先（SJF）调度算法，计算三个作业的平均周转时间。（给出详细的计算过程）（ ）
A. 4 小时 B. 4.33 小时 C. 4.67 小时 D. 5 小时

19、操作系统中的内存管理是一项关键任务，分页存储管理是一种常见的内存管理方式。在分页存储管理中，将用户程序的地址空间分为若干个固定大小的页面，同时将内存空间也分为相同大小的页框。当程序运行时，通过页表将页面映射到页框。现在考虑一个具有 32 位地址空间的系统，页面大小为 4KB，那么页表项的长度至少为（ ）
A. 20 位
B. 12 位
C. 32 位
D. 24 位

20、在一个分布式操作系统中，多个计算机通过网络连接在一起，共同完成一个大型任务。假设系统中有节点 A、B、C 和 D ，它们分别承担不同的计算任务和数据存储任务。现在节点 A 出现故障，系统需要进行故障恢复和任务重新分配。在这种情况下，以下关于分布式操作系统的处理方式的描述，哪一项是正确的？（ ）
A. 系统会立即停止所有任务，等待节点 A 恢复正常后再继续运行
B. 其他节点会自动接管节点 A 的任务，并重新分配计算和存储资源，保证任务继续进行
C. 系统会将整个任务回滚到之前的一个检查点，然后从该点重新开始执行
D. 由于分布式系统的复杂性，节点 A 的故障会导致整个系统崩溃，无法恢复

二、简答题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）简述目录的作用和结构。

2、（本题5分）什么是进程终止的条件和处理过程？

3、（本题5分）解释死锁检测算法的原理和实现。

4、（本题5分）解释操作系统的教育和培训需求。

5、（本题5分）操作系统如何管理文件的存储空间？

三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）探讨操作系统如何处理进程间通信中的消息传递的消息队列的高可用性实现。

2、（本题5分）探讨操作系统中的进程间通信的共享内存的同步问题。

3、（本题5分）研究操作系统中的内存管理的内存映射文件的内存释放策略。

4、（本题5分）研究实时操作系统中的任务优先级分配策略。

5、（本题5分）研究操作系统如何支持异构硬件环境下的统一资源管理。

四、论述题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）在移动操作系统中，应用程序的权限管理是保障用户隐私和系统安全的重要措施。深入探讨移动操作系统中的应用权限模型，如Android 的权限体系、iOS 的权限控制等，分析应用权限的申请、授予和撤销过程，研究如何平衡应用功能和用户隐私保护，以及如何应对权限滥用和安全漏洞。

2、（本题10分）详细论述操作系统中的信号处理机制，包括信号的产生、传递和处理过程，分析信号在进程间通信和异常处理中的作用，以及如何避免信号丢失和竞争条件。

3、（本题10分）操作系统中的电源管理对于移动设备和服务器的节能至关重要。论述电源管理的策略和技术，如休眠模式、待机模式、动态电压频率调整等，分析电源管理对系统性能和电池寿命的影响，探讨如何在节能和性能之间取得平衡。

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