华东师范大学《操作系统实践》2022-2023学年第一学期期末试卷

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2022-2023学年第一学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共15个小题，每小题2分，共30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、在操作系统中，线程是比进程更小的执行单位。以下关于线程的描述中，哪个选项是错误的？（）A.线程是进程中的一个执行路径，共享进程的地址空间和资源B.线程的创建和销毁比进程更快，因为线程不需要分配独立的内存空间C.多线程可以提高程序的并发性，但也会增加程序的复杂性和调试难度D.线程之间的通信可以通过共享内存和消息传递两种方式进行，其中共享内存方式效率更高，但也更容易出现数据竞争问题2、在操作系统的设备管理中，缓冲技术可以提高设备与CPU之间的并行性。假设一个设备向缓冲区写入数据，CPU从缓冲区读取数据。以下关于缓冲区的作用的描述，正确的是：（）A.缓冲区可以减少设备等待CPU处理数据的时间，提高设备利用率B.缓冲区可以保证数据的顺序一致性，避免数据混乱C.缓冲区可以增大数据传输的带宽，提高数据传输速度D.缓冲区可以消除设备与CPU之间的速度差异，实现同步工作3、假设一个操作系统的页表项大小为4字节，页面大小为4KB，逻辑地址空间大小为4GB。那么该系统的页表需要占用多少内存空间？（）A.4MBB.8MBC.16MBD.32MB4、在操作系统的磁盘管理中，磁盘调度算法的选择对于磁盘的I/O性能有着重要的影响。除了前面提到的几种常见算法，还有电梯调度算法。电梯调度算法类似于电梯的工作原理，总是沿着一个方向移动，直到该方向上没有请求为止，然后改变方向。假设磁盘请求队列的顺序为82、170、43、140、24、16、190，磁头当前位于50号磁道，初始移动方向为磁道号增加的方向。那么，采用电梯调度算法时，磁头移动的总磁道数为（）A.382B.418C.450D.5125、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.2048B.2560C.3072D.35846、在一个支持多线程的操作系统中，线程的同步和互斥是常见的操作。假设有两个线程T1和T2共享一个全局变量count，初始值为0。T1负责对count进行加1操作，T2负责对count进行减1操作。为了保证操作的正确性，需要使用锁机制。以下关于锁使用的描述，正确的是：（）A.T1和T2在操作count前都先获取锁，操作完成后释放锁B.只有T1需要获取锁进行加1操作，T2不需要获取锁进行减1操作C.锁的获取和释放操作会导致线程的切换，从而降低系统性能D.可以使用多个锁来分别保护count的加操作和减操作，提高并发度7、在一个操作系统中，设备管理是一项重要的功能。假设有一个磁盘设备，其传输速率为100MB/s，平均寻道时间为10毫秒，旋转延迟为5毫秒。现在有一个进程需要连续读取100个大小均为4KB的数据块。分析在不同的磁盘调度算法（如先来先服务、最短寻道时间优先、电梯算法等）下，进程完成数据读取所需的时间，并比较这些算法在磁盘I/O性能方面的优劣。A.先来先服务算法最优B.最短寻道时间优先算法最优C.电梯算法最优D.不同算法在不同情况下各有优劣8、文件系统的文件共享是指多个用户可以同时访问同一个文件。以下关于文件共享的描述中，哪个选项是错误的？（）A.文件共享可以提高文件的利用率和系统的效率B.文件共享可以通过硬链接和软链接两种方式实现C.文件共享需要解决文件的同步和一致性问题D.文件共享只对文本文件有效，对二进制文件没有作用9、在一个实时操作系统中，有多个任务具有不同的截止时间和优先级。任务T1的截止时间为100毫秒，优先级为高；任务T2的截止时间为200毫秒，优先级为中；任务T3的截止时间为300毫秒，优先级为低。假设系统当前处于空闲状态，然后这三个任务依次到达。如果系统采用基于优先级的抢占式调度算法，那么任务的执行顺序是怎样的？同时分析这种调度算法在满足实时任务截止时间方面的可靠性和可能存在的问题。A.T1->T2->T3B.T1->T3->T2C.T2->T1->T3D.T3->T2->T110、在一个操作系统中，内核负责管理系统的核心资源和提供基本的服务。假设有两种内核结构：微内核和宏内核。微内核将系统的核心功能放在内核空间，而将大部分服务放在用户空间；宏内核则将更多的功能集成在内核空间。分析微内核和宏内核结构在系统性能、可扩展性、安全性和开发难度等方面的优缺点，并讨论在不同应用场景下哪种内核结构更合适。A.微内核结构更优B.宏内核结构更优C.两种结构各有优劣，取决于具体情况D.无法确定哪种结构更好11、文件系统是操作系统中用于管理文件的重要组成部分。假设有一个文件系统，采用多级目录结构，文件的物理存储采用连续分配方式。当用户创建一个新文件时，以下关于文件分配和管理的描述，正确的是：（）A.系统会在磁盘上找到连续的空闲空间来存储新文件的数据B.新文件的目录项会立即被添加到父目录中，无论文件数据是否完全存储C.由于采用连续分配，文件的扩展可能会导致大量的数据移动D.文件的删除会立即释放其占用的所有磁盘空间，包括可能存在的碎片12、某文件系统采用FAT（文件分配表）管理磁盘空间，磁盘块大小为512B，FAT表每个表项占12位。若磁盘容量为10GB，则FAT表的大小是多少？（给出详细的计算步骤）（）A.2MBB.4MBC.6MBD.8MB13、文件系统是操作系统中用于管理文件的重要组成部分。假设一个文件系统采用多级目录结构，文件的物理存储采用连续分配方式。当用户创建一个新文件时，以下关于文件系统操作的描述中，正确的是：（）A.文件系统首先在目录中为新文件创建一个条目，然后在磁盘上为其分配连续的存储空间B.由于采用连续分配方式，文件系统需要从头开始查找足够的连续空间来存储新文件C.文件系统会为新文件随机分配存储空间，然后更新目录中的文件信息D.连续分配方式会导致文件的扩展非常困难，所以文件系统通常会拒绝创建较大的新文件14、在一个多线程的操作系统中，有一个进程包含多个线程。假设线程T1、T2和T3属于同一个进程，它们共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等。现在线程T1执行一个系统调用导致阻塞，那么其他线程的状态会受到怎样的影响？（）A.线程T2和T3也会被阻塞，直到T1完成系统调用B.线程T2和T3不受影响，继续执行C.线程T2和T3会暂停，等待操作系统的调度D.线程T2和T3可能会被切换到其他进程的线程执行15、在一个实时操作系统中，对于周期性任务和非周期性任务都需要进行合理的调度。假设系统中有一个周期性任务T1，周期为50ms，执行时间为20ms，还有一个非周期性任务T2，执行时间为30ms。以下关于任务调度的描述，正确的是：（）A.操作系统会优先调度周期性任务T1，确保其按时完成B.非周期性任务T2会在周期性任务T1的空闲时间执行C.由于T2的执行时间较长，可能会导致T1错过周期D.操作系统会为T1和T2分配相同的时间片，轮流执行二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）进程的上下文切换开销如何降低？2、（本题5分）简述文件系统的一致性检查和恢复机制。3、（本题5分）什么是分布式操作系统？其主要特征有哪些？三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）论述操作系统中的作业管理，包括作业的提交、调度和控制。分析作业调度算法与进程调度算法的关系，以及如何提高作业的执行效率和系统的资源利用率。2、（本题5分）实时操作系统中的时间确定性分析是评估系统性能的重要手段。请深入探讨时间确定性分析的方法和指标，如最坏情况执行时间（WCET）、平均情况执行时间（ACET）等，分析影响时间确定性的因素，以及如何通过优化代码和系统配置提高时间确定性。3、（本题5分）请详细论述在现代计算机操作系统中，进程调度算法的分类、特点以及它们在不同场景下的应用优势和局限性，举例说明如何根据系统负载和性能需求选择合适的调度算法。4、（本题5分）论述在操作系统中，如何实现高效的进程同步原语，考虑信号量、互斥锁、条件变量等的底层实现机制。分析同步原语的性能开销和优化方向。5、（本题5分）详细