2025年操作系統(tǒng)課程試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.在分時系統(tǒng)中，若當(dāng)前時間片為100ms，就緒隊列中有5個進(jìn)程（包括當(dāng)前運行進(jìn)程），采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，忽略進(jìn)程切換開銷，每個進(jìn)程在一個調(diào)度周期內(nèi)的平均等待時間為（）。A.100msB.200msC.300msD.400ms2.某32位操作系統(tǒng)采用二級頁表，頁面大小為4KB，頁目錄項和頁表項各占4字節(jié)。若邏輯地址中頁目錄號占10位，頁號占10位，則頁內(nèi)偏移占（）位。A.8B.10C.12D.143.以下關(guān)于文件系統(tǒng)中索引節(jié)點（inode）的描述，錯誤的是（）。A.存儲文件元數(shù)據(jù)（如權(quán)限、時間戳）B.直接地址項指向文件數(shù)據(jù)塊C.間接地址項通過一級索引表指向數(shù)據(jù)塊D.所有文件的inode必須存儲在文件數(shù)據(jù)塊之后4.若系統(tǒng)中有3類資源（R1、R2、R3），數(shù)量分別為5、6、7，當(dāng)前分配矩陣為：進(jìn)程P0：(2,1,1)；P1：(1,2,3)；P2：(0,1,2)最大需求矩陣為：P0：(3,3,2)；P1：(2,2,4)；P2：(1,3,3)此時系統(tǒng)剩余資源向量為（）。A.(2,2,1)B.(1,2,1)C.(2,1,2)D.(1,1,2)5.某磁盤轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分，平均尋道時間為8ms，每個磁道有256個扇區(qū)，每個扇區(qū)512字節(jié)。若采用邏輯塊地址（LBA）連續(xù)編址，讀取一個包含1024個扇區(qū)的連續(xù)文件，其平均訪問時間約為（）。A.8.5msB.12.5msC.16.5msD.20.5ms6.以下關(guān)于線程的描述，正確的是（）。A.內(nèi)核級線程的切換需要陷入內(nèi)核B.用戶級線程的調(diào)度由操作系統(tǒng)完成C.同一進(jìn)程內(nèi)的線程共享虛擬地址空間，但不共享打開的文件D.多線程程序的并行性一定高于多進(jìn)程程序7.某系統(tǒng)采用請求分頁存儲管理，頁表項包含有效位、修改位、訪問位和外存地址。當(dāng)發(fā)生缺頁中斷時，若內(nèi)存中無空閑頁框，系統(tǒng)選擇換出頁的策略為：優(yōu)先換出未被訪問且未被修改的頁，其次換出未被訪問但被修改的頁，最后換出被訪問過的頁。該策略最接近（）。A.最優(yōu)算法（OPT）B.最近最少使用（LRU）C.第二次機(jī)會算法（SecondChance）D.改進(jìn)的Clock算法8.以下關(guān)于死鎖的說法，錯誤的是（）。A.死鎖的必要條件包括互斥、占有并等待、不可搶占、循環(huán)等待B.銀行家算法通過預(yù)測分配后的系統(tǒng)狀態(tài)是否安全來避免死鎖C.死鎖檢測需要維護(hù)資源分配圖，并通過簡化圖判斷是否存在環(huán)D.只要破壞死鎖的任意一個必要條件，系統(tǒng)就一定不會發(fā)生死鎖9.在I/O設(shè)備管理中，緩沖技術(shù)的主要目的是（）。A.減少CPU對I/O的干預(yù)次數(shù)B.匹配CPU與I/O設(shè)備的速度差異C.提高設(shè)備的利用率D.降低設(shè)備的物理損壞概率10.某操作系統(tǒng)支持微內(nèi)核架構(gòu)，以下功能中，最可能集成到微內(nèi)核中的是（）。A.文件系統(tǒng)服務(wù)B.進(jìn)程間通信（IPC）C.設(shè)備驅(qū)動程序D.內(nèi)存分配算法二、填空題（每空2分，共20分）1.進(jìn)程的三種基本狀態(tài)是運行態(tài)、就緒態(tài)和（）。2.虛擬內(nèi)存的理論基礎(chǔ)是（）原理，其實現(xiàn)依賴于請求分頁/分段機(jī)制和（）技術(shù)。3.在磁盤調(diào)度算法中，（）算法通過限制磁頭僅單向移動來減少延遲，適用于大量隨機(jī)訪問場景。4.信號量S的初值為3，經(jīng)過4次P操作和2次V操作后，S的當(dāng)前值為（）。5.文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為流式文件和（）文件，其中（）文件通常采用記錄號或關(guān)鍵字進(jìn)行訪問。6.操作系統(tǒng)為用戶提供的接口包括命令接口和（）接口，后者通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)。7.頁式存儲管理中，邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換需要訪問（）表，若使用快表（TLB）可將訪問時間降低。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述進(jìn)程與線程的區(qū)別與聯(lián)系。2.說明請求分頁系統(tǒng)中缺頁中斷的處理流程。3.比較FCFS、SJF（短作業(yè)優(yōu)先）和RR（時間片輪轉(zhuǎn)）三種調(diào)度算法的優(yōu)缺點。4.解釋文件系統(tǒng)中“文件共享”的兩種實現(xiàn)方式（基于索引節(jié)點和基于符號鏈接），并分析各自的優(yōu)缺點。5.描述死鎖預(yù)防中“破壞占有并等待條件”的兩種常見策略，并指出其局限性。四、綜合應(yīng)用題（每題10分，共30分）1.某實時操作系統(tǒng)需要同時調(diào)度硬實時任務(wù)和普通任務(wù)。硬實時任務(wù)要求截止時間前完成，普通任務(wù)對響應(yīng)時間有一定要求但不嚴(yán)格。假設(shè)系統(tǒng)采用多隊列調(diào)度策略，請設(shè)計具體的調(diào)度方案（包括隊列劃分、調(diào)度順序、時間片分配規(guī)則），并說明如何避免硬實時任務(wù)被普通任務(wù)阻塞。2.某32位操作系統(tǒng)采用虛擬內(nèi)存，頁面大小為4KB，頁表項占4字節(jié)（包含有效位、修改位、訪問位和物理頁號）。假設(shè)進(jìn)程的虛擬地址空間為4GB，頁目錄項和頁表項均采用二級頁表結(jié)構(gòu)，且頁目錄和頁表不共享物理頁框。（1）計算邏輯地址中頁目錄號、頁號、頁內(nèi)偏移各占多少位？（2）若某進(jìn)程的頁目錄基址寄存器（PDBR）值為0x1000，頁目錄項0x2處的頁表基址為0x2000，頁表項0x5處的物理頁號為0x30，邏輯地址0x00250010對應(yīng)的物理地址是多少？（要求寫出計算步驟）3.某系統(tǒng)有4臺打印機(jī)，被3個進(jìn)程共享。進(jìn)程P0最大需要3臺，P1最大需要3臺，P2最大需要2臺。當(dāng)前已分配情況：P0已獲得1臺，P1已獲得1臺，P2已獲得2臺。（1）畫出當(dāng)前的資源分配圖。（2）判斷系統(tǒng)是否處于死鎖狀態(tài)，若未死鎖，給出一個可能的安全序列；若死鎖，說明原因。---答案及解析一、選擇題1.答案：B解析：時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度中，一個調(diào)度周期為5×100ms=500ms。第一個進(jìn)程等待0ms（立即運行），第二個等待100ms，第三個等待200ms，第四個等待300ms，第五個等待400ms。平均等待時間=（0+100+200+300+400）/5=200ms。2.答案：C解析：32位邏輯地址中，頁目錄號（10位）+頁號（10位）+頁內(nèi)偏移=32位，因此頁內(nèi)偏移=32-10-10=12位（4KB=212B，符合頁面大?。?.答案：D解析：inode通常存儲在文件系統(tǒng)的特定區(qū)域（如inode表），與文件數(shù)據(jù)塊的位置無關(guān)，因此D錯誤。4.答案：A解析：系統(tǒng)總資源=（5,6,7），已分配資源=（2+1+0,1+2+1,1+3+2）=（3,4,6），剩余資源=總資源-已分配=（5-3,6-4,7-6）=（2,2,1）。5.答案：B解析：平均旋轉(zhuǎn)延遲=0.5×(60/7200)×1000=4.17ms≈4ms；尋道時間8ms；連續(xù)讀取1024扇區(qū)需1個扇區(qū)時間（每個磁道256扇區(qū)，轉(zhuǎn)一圈時間=60/7200×1000≈8.33ms，每個扇區(qū)時間≈8.33/256≈0.0325ms），可忽略。總時間≈8+4=12ms（接近B選項12.5ms）。6.答案：A解析：內(nèi)核級線程的切換需要內(nèi)核參與（A正確）；用戶級線程調(diào)度由用戶空間庫完成（B錯誤）；同一進(jìn)程線程共享打開的文件（C錯誤）；多線程并行性受限于CPU核心數(shù)（D錯誤）。7.答案：D解析：改進(jìn)的Clock算法（第二次機(jī)會算法的改進(jìn)版）根據(jù)訪問位和修改位優(yōu)先換出未訪問且未修改的頁，與題目描述一致。8.答案：D解析：破壞必要條件可預(yù)防死鎖，但某些情況下（如破壞互斥）可能不可行，且破壞一個條件不保證絕對無死鎖（如破壞循環(huán)等待可能仍存在其他條件組合）。9.答案：B解析：緩沖技術(shù)主要用于緩解CPU與I/O設(shè)備速度不匹配的問題（B正確）。10.答案：B解析：微內(nèi)核僅保留最核心功能（如IPC、線程調(diào)度），其他服務(wù)（文件系統(tǒng)、驅(qū)動）作為用戶進(jìn)程運行（B正確）。二、填空題1.阻塞態(tài)（或等待態(tài)）2.局部性；頁面置換（或交換）3.C-SCAN（循環(huán)掃描）4.1（初始3，4次P操作減4得-1，2次V操作加2得1）5.記錄式；記錄式6.程序（或系統(tǒng)調(diào)用）7.頁三、簡答題1.進(jìn)程與線程的區(qū)別與聯(lián)系聯(lián)系：線程是進(jìn)程的執(zhí)行單元，一個進(jìn)程可包含多個線程，共享進(jìn)程的資源（如內(nèi)存空間、文件描述符）。區(qū)別：-資源分配：進(jìn)程是資源分配的基本單位，線程是調(diào)度的基本單位（僅擁有少量私用資源）。-切換開銷：線程切換僅需保存/恢復(fù)少量寄存器，開銷遠(yuǎn)小于進(jìn)程切換。-并發(fā)性：同一進(jìn)程內(nèi)的線程可并行執(zhí)行，提高了并發(fā)粒度。-獨立性：進(jìn)程間地址空間獨立，線程間共享地址空間（需同步機(jī)制）。2.請求分頁系統(tǒng)缺頁中斷處理流程①CPU訪問邏輯地址，查頁表發(fā)現(xiàn)有效位為0，觸發(fā)缺頁中斷。②保存當(dāng)前進(jìn)程現(xiàn)場（PC、寄存器等）。③檢查頁表項的外存地址，確定該頁是否在磁盤上（若不存在則出錯）。④查找內(nèi)存是否有空閑頁框：若有，分配；若沒有，選擇一個頁框換出（根據(jù)置換算法，若該頁被修改過，需寫回磁盤）。⑤將所需頁面從磁盤讀入分配的頁框，更新頁表項（有效位設(shè)為1，物理頁號設(shè)為頁框號）。⑥恢復(fù)進(jìn)程現(xiàn)場，重新執(zhí)行引發(fā)缺頁的指令。3.三種調(diào)度算法的優(yōu)缺點比較-FCFS（先來先服務(wù)）：優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，公平性好（無饑餓）。缺點：長作業(yè)會導(dǎo)致短作業(yè)等待時間過長（平均周轉(zhuǎn)時間大），不適用于分時系統(tǒng)。-SJF（短作業(yè)優(yōu)先）：優(yōu)點：平均周轉(zhuǎn)時間最小，提高系統(tǒng)吞吐量。缺點：需預(yù)知作業(yè)運行時間（實際難實現(xiàn)），可能導(dǎo)致長作業(yè)饑餓（“護(hù)航效應(yīng)”）。-RR（時間片輪轉(zhuǎn)）：優(yōu)點：適用于分時系統(tǒng)，保證各進(jìn)程公平獲得CPU時間（響應(yīng)時間短）。缺點：時間片大小影響性能（過小則切換開銷大，過大退化為FCFS），對長作業(yè)不利（周轉(zhuǎn)時間可能較長）。4.文件共享的兩種實現(xiàn)方式-基于索引節(jié)點（硬鏈接）：多個目錄項指向同一inode。優(yōu)點：共享文件與原文件無區(qū)別（訪問速度相同），刪除一個目錄項不影響其他鏈接（僅當(dāng)所有鏈接刪除時inode才被釋放）。缺點：只能在同一文件系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建，無法鏈接目錄（避免循環(huán)）。-基于符號鏈接（軟鏈接）：目錄項存儲目標(biāo)文件的路徑名（類似快捷方式）。優(yōu)點：可跨文件系統(tǒng)、跨設(shè)備鏈接，可鏈接目錄。缺點：訪問時需解析路徑（可能多次讀盤），若目標(biāo)文件刪除則鏈接失效（“懸空指針”）。5.破壞占有并等待條件的策略及局限性策略一：一次性分配（預(yù)分配）：進(jìn)程運行前申請所需全部資源，獲得后再運行。局限性：資源利用率低（進(jìn)程可能長期占用暫時不用的資源），可能導(dǎo)致饑餓（因資源不足無法一次性申請）。策略二：逐步分配（釋放再申請）：進(jìn)程僅當(dāng)釋放已占有的資源后，才能申請新資源。局限性：可能導(dǎo)致前序資源被其他進(jìn)程占用，需重新申請（增加等待時間），且可能破壞進(jìn)程執(zhí)行的原子性（如中間狀態(tài)丟失）。四、綜合應(yīng)用題1.實時與普通任務(wù)的多隊列調(diào)度方案設(shè)計思路：-隊列劃分：設(shè)置兩個優(yōu)先級隊列——實時隊列（高優(yōu)先級）和普通隊列（低優(yōu)先級）。實時隊列按截止時間（EDF，最早截止時間優(yōu)先）排序，普通隊列按時間片輪轉(zhuǎn)（RR）。-調(diào)度順序：CPU優(yōu)先調(diào)度實時隊列中的任務(wù)（無實時任務(wù)時調(diào)度普通隊列）。實時任務(wù)運行時，普通任務(wù)無法搶占；普通任務(wù)運行時，若實時隊列有任務(wù)到達(dá)，立即搶占（需支持搶占式調(diào)度）。-時間片分配：實時任務(wù)不設(shè)固定時間片（按實際需要運行至完成或阻塞），普通任務(wù)時間片設(shè)為10-100ms（平衡響應(yīng)與切換開銷）。-防阻塞措施：實時任務(wù)的I/O操作采用異步方式（如DMA），避免因等待I/O阻塞CPU；普通任務(wù)的I/O請求加入獨立隊列，由I/O線程處理，不影響實時任務(wù)調(diào)度。2.虛擬內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換計算（1）邏輯地址結(jié)構(gòu)：頁面大小4KB=212B，頁內(nèi)偏移占12位。虛擬地址空間4GB=232B，二級頁表結(jié)構(gòu)中，頁目錄號+頁號+頁內(nèi)偏移=32位。設(shè)頁目錄號占x位，頁號占y位，則x+y+12=32→x+y=20。頁目錄項和頁表項各占4字節(jié)（32位），每個頁目錄/頁表可容納4KB/4B=1024項（21?項），因此x=10位，y=10位。綜上：頁目錄號10位，頁號10位，頁內(nèi)偏移12位。（2）邏輯地址0x00250010的二進(jìn)制為：00000000001001010000000000010000按10-10-12劃分：頁目錄號（前10位）：0000000000→0x0（但題目中頁目錄項0x2處有效，可能地址為0x00250010的頁目錄號為0x2？需重新核對）。實際計算：0x00250010的十六進(jìn)制展開為：0x00250010→二進(jìn)制：00000000001001010000000000010000頁目錄號（前10位）：0000000000（0x0）→但題目中頁目錄項0x2處的頁表基址為0x2000