學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁上海外國語大學賢達經濟人文學院

《操作系統原理與實驗》2023-2024學年第二學期期末試卷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、某文件系統采用樹形目錄結構，假設用戶要訪問文件/user/data/file.txt，且當前工作目錄為/home，則該文件的相對路徑和絕對路徑分別是什么？（）A.../user/data/file.txt和/user/data/file.txtB.user/data/file.txt和/user/data/file.txtC.../../user/data/file.txt和/user/data/file.txtD.../../../user/data/file.txt和/user/data/file.txt2、在一個具有虛擬內存的操作系統中，系統采用請求調頁的方式將頁面調入內存。當一個進程訪問一個不在內存中的頁面時，會產生缺頁中斷。假設頁面置換算法為最近最久未使用（LRU）算法，系統為該進程分配了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，在這個過程中發生的缺頁次數是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次3、某計算機采用虛擬存儲技術，系統為用戶進程提供了4GB的虛擬地址空間，頁面大小為4KB。假設某進程的虛擬頁面訪問序列為1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。若采用最佳頁面置換算法（OPT），則發生缺頁中斷的次數是多少？（請詳細分析計算過程）（）A.7B.8C.9D.104、在操作系統的文件系統中，文件的物理結構有連續分配、鏈接分配和索引分配等多種方式。連續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；索引分配方式則結合了兩者的優點。假設一個文件系統采用索引分配方式，每個索引節點包含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，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.45、在一個具有多級目錄結構的文件系統中，用戶A在其主目錄下創建了一個子目錄subdir，并在subdir目錄下創建了文件file.txt。用戶B沒有權限訪問用戶A的主目錄，但具有對subdir目錄的讀權限。請問用戶B能否讀取file.txt文件的內容？（）A.能B.不能C.取決于文件的具體權限設置D.無法確定6、在一個操作系統中，文件系統采用了日志結構（Journaling）來提高文件操作的可靠性。當進行文件寫入操作時，系統首先將操作記錄在日志中，然后再實際更新文件數據和元數據。分析這種日志結構文件系統在面對系統崩潰或電源故障時如何保證文件系統的一致性，以及與傳統文件系統相比在性能和存儲空間使用方面的特點。A.日志結構文件系統性能更好，空間使用更優B.日志結構文件系統性能較差，空間使用較多C.日志結構文件系統性能和空間使用與傳統文件系統相當D.取決于具體的應用和系統配置7、在一個虛擬存儲系統中，采用頁面置換算法時，把最先進入內存的頁面淘汰。已知系統為某進程分配了3個物理頁框，頁面訪問序列為1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5。假設初始時內存為空，那么，缺頁次數是多少？（）A.9次B.10次C.11次D.12次8、在操作系統的進程通信中，共享內存是一種高效的方式。假設有兩個進程P1和P2通過共享內存進行通信，以下關于共享內存通信的描述中，正確的是：（）A.共享內存區域的大小是固定的，不能動態調整B.進程P1和P2對共享內存的訪問是互斥的，避免了數據沖突C.共享內存通信需要操作系統提供額外的同步機制來保證數據的一致性D.共享內存通信只適用于同一臺計算機上的進程，不能用于不同計算機之間的進程通信9、在操作系統的內存管理中，伙伴系統是一種用于內存分配和回收的算法。假設系統初始時有一塊連續的內存空間，采用伙伴系統進行管理。當一個進程請求分配一塊內存時，以下關于內存分配的描述，正確的是：（）A.系統會將整塊內存空間分配給進程，即使請求的內存大小小于可用空間B.系統會從可用的內存塊中查找最合適大小的塊進行分配，并將其分割C.伙伴系統會優先從內存的低地址部分開始分配內存，以提高分配效率D.內存分配過程中不會產生碎片，因為伙伴系統總是進行整塊的分配和回收10、在操作系統的文件系統中，文件控制塊（FCB）是用于存放文件相關信息的數據結構。FCB通常包含文件的基本信息、文件的位置信息和文件的訪問控制信息等。假設一個文件系統的FCB大小為64字節，磁盤塊大小為1KB，其中4字節用于磁盤塊指針。若采用直接索引方式，每個磁盤塊可存放16個FCB，則一個文件最多可以有多少個磁盤塊（）A.16B.256C.4096D.6553611、在一個操作系統中，虛擬文件系統（VFS）為不同類型的文件系統提供了統一的接口。假設系統同時支持EXT4、NTFS和FAT32等文件系統，分析VFS的層次結構和工作機制，包括文件操作的轉換和不同文件系統的適配，并討論VFS在支持多種文件系統和提高系統可擴展性方面的作用。A.VFS作用顯著，提高了可擴展性B.VFS作用有限，對可擴展性影響不大C.VFS增加了系統復雜性，得不償失D.取決于系統的應用場景和用戶需求12、操作系統的進程通信可以實現不同進程之間的數據交換和同步。以下關于進程通信的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.進程通信可以分為共享內存、消息傳遞和管道等方式B.共享內存方式速度快，但需要解決同步和互斥問題C.消息傳遞方式比較靈活，但開銷較大D.管道是一種單向通信方式，只能用于父子進程之間的通信13、在一個分布式操作系統中，進程遷移是一種常見的操作，用于實現負載均衡和資源優化。假設一個進程需要從一個節點遷移到另一個節點，分析進程遷移過程中需要考慮的因素，如進程狀態的保存和恢復、資源的重新分配、網絡通信開銷等，并討論如何減少進程遷移的開銷和對系統性能的影響。A.進程遷移總是有益的B.進程遷移總是有害的C.進程遷移在某些情況下有益，某些情況下有害D.取決于系統的負載和資源分布14、在一個分布式操作系統中，多個計算機通過網絡連接在一起，共同完成一個任務。假設一個計算任務可以被分解為多個子任務，并分配到不同的計算機上執行。在任務執行過程中，需要進行進程間的通信和同步。以下哪種方式最適合用于進程間的通信？（）A.共享內存B.消息傳遞C.信號量D.管道15、某操作系統中，有三個并發進程P1、P2和P3，都需要使用同類資源R，每個進程需要的資源數分別為3、4和5。系統共有10個該類資源。若采用銀行家算法，當進程P1申請1個資源時，系統是否會為其分配資源？（請詳細分析）（）A.會B.不會C.不確定D.以上都不對16、考慮一個具有8個進程的系統，每個進程需要3個資源實例才能完成其任務。系統總共有18個資源實例可用。使用銀行家算法來判斷系統是否處于安全狀態。如果是，給出一個安全序列；如果不是，說明原因。（）A.是，安全序列為P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8B.是，安全序列為P2,P4,P1,P3,P5,P7,P6,P8C.否，資源不足D.否，存在進程請求資源無法滿足導致死鎖17、在一個采用分段存儲管理的操作系統中，一個進程被分為三個段：代碼段、數據段和堆棧段。代碼段起始地址為0，長度為1000字節；數據段起始地址為1500，長度為500字節；堆棧段起始地址為2500，長度為800字節。系統的段表如下：段號起始地址段長1010002150050032500800。當進程訪問邏輯地址為2000的內存單元時，會發生什么情況？（）A.正常訪問，對應的數據在數據段內B.產生越界錯誤，該地址超出了進程的地址空間C.進行地址轉換，將邏輯地址轉換為物理地址后訪問D.系統進行段的合并操作，然后再進行訪問18、在一個具有虛擬內存的操作系統中，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，系統通過頁表將其轉換為物理地址。假設頁表的每個條目包含頁號、頁框號和一些訪問控制位。現在有一個進程，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。如果系統為該進程分配了1GB的物理內存，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存訪問效率的影響。A.1MBB.2MBC.4MBD.8MB19、在一個具有緩存機制的操作系統中，為了提高磁盤I/O的性能，系統會在內存中設置磁盤緩存。假設系統中有一個頻繁訪問的小文件，其數據可以完全存儲在磁盤緩存中。分析磁盤緩存的替換策略（如LRU、FIFO等）對緩存命中率和系統整體性能的影響，并討論如何根據文件的訪問模式選擇合適的緩存替換策略。A.LRU策略最優B.FIFO策略最優C.應根據訪問模式選擇D.緩存替換策略影響不大20、在一個分布式操作系統中，多個計算機通過網絡連接在一起，共同完成一個大型任務。假設系統中有節點A、B、C和D，它們分別承擔不同的計算任務和數據存儲任務。現在節點A出現故障，系統需要進行故障恢復和任務重新分配。在這種情況下，以下關于分布式操作系統的處理方式的描述，哪一項是正確的？（）A.系統會立即停止所有任務，等待節點A恢復正常后再繼續運行B.其他節點會自動接管節點A的任務，并重新分配計算和存儲資源，保證任務繼續進行C.系統會將整個任務回滾到之前的一個檢查點，然后從該點重新開始執行D.由于分布式系統的復雜性，節點A的故障會導致整個系統崩潰，無法恢復二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）簡述操作系統的可擴展性設計原則。2、（本題5分）什么是邊緣計算中的操作系統需求？3、（本題5分）解釋操作系統在物聯網中的關鍵作用。4、（本題5分）解釋進程創建的步驟和所需資源。5、（本題5分）什么是文件的邏輯結構和物理結構？三、綜合分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）探討操作系統如何在云計算環境中實現資源的彈性分配和管理。2、（本題5分）研究操作系統中的文件系統恢復和修復工具。3、（本題5分）探討操作系統中的內存共享的安全性和同步問題。4、（本題5分）探討操作系統如何支持不同類型的設備驅動模型和其對設備性能的影響。5、（本題5分）探討操作系統如何處理進程間通信中的消息傳遞的優先級調度和公平性。四、論述題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）在多核操作系統中，線程親和性對于提高性能有