计算机操作系统基础练习题

计算机操作系统基础练习题解析：生产者需先确保有空闲槽位（`empty`减1），再通过`mutex`保证缓冲区操作的互斥性；放入数据后，先释放互斥锁（`mutex`加1），再增加`full`（通知消费者）。因此填空依次为`empty`、`mutex`、`mutex`、`full`。需注意：若先`V(full)`再`V(mutex)`，会导致消费者提前竞争缓冲区，而此时生产者可能仍在操作，因此互斥锁的释放需在数据放入后立即执行。二、内存管理练习题（一）核心知识点回顾内存管理需解决空间分配与地址转换问题，分区管理（固定/动态）易产生碎片；分页管理将内存与进程空间划分为等长页面，通过页表实现逻辑地址到物理地址的转换；分段管理按程序逻辑分段（如代码段、数据段），段内连续、段间独立；虚拟内存基于局部性原理，通过页面置换（如FIFO、LRU）实现“以时间换空间”。（二）典型练习题1.分页地址转换计算某系统页面大小为`4KB`（即`2¹²`字节），进程逻辑地址为十六进制`0x____`，页表中该页对应的物理块号为`0x56`。请计算物理地址。解析：页面大小`4KB=2¹²`，因此逻辑地址的页内偏移为低`12`位（即`0x345`），页号为高地址部分（`0x____`右移`12`位，即`0x12`）。物理地址=物理块号×页面大小+页内偏移。物理块号`0x56`的十进制为`86`，页面大小`4KB=4096`，因此物理块起始地址为`86×4096=____`（十六进制为`0x____`），加上页内偏移`0x345`，最终物理地址为`0x____+0x345=0x____`。2.页面置换算法（LRU）进程访问页面序列为`7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2`，内存块数为`3`，采用LRU（最近最少使用）算法，求缺页次数。解析：LRU核心是“淘汰最长时间未被访问的页面”。初始化内存块为`[7,0,1]`（缺页`3`次）。后续访问：`2`：淘汰`7`（最久未用），内存`[0,1,2]`（缺页，累计`4`）`0`：已存在，不缺页`3`：淘汰`1`（最久未用：`0、2、1`中`1`最久），内存`[0,2,3]`（缺页，`5`）`0`：已存在`4`：淘汰`2`（最久未用：`0、3、2`中`2`最久），内存`[0,3,4]`（缺页，`6`）`2`：淘汰`4`（最久未用：`0、3、4`中`4`最久），内存`[0,3,2]`（缺页，`7`）`3`：已存在`0`：已存在`3`：已存在`2`：已存在`1`：淘汰`0`（最久未用：`0、3、2`中`0`最久），内存`[3,2,1]`（缺页，`8`）`2`：已存在最终缺页次数为`8`次（首次访问的`3`个页面均算缺页，后续每次替换算`1`次）。三、文件系统练习题（一）核心知识点回顾（二）典型练习题1.索引文件访问时间计算某文件采用多级索引（直接索引`10`个，一级间接索引`1`个，二级间接索引`1`个），块大小为`1KB`，每个索引项占`4`字节。求该文件最大长度，以及访问第`____`字节的文件块时，需读取的索引块数。解析：直接索引：`10`个块，总大小`10×1KB=10KB`。一级间接索引：一个索引块可存`1KB/4B=256`个索引项，对应`256`个数据块，大小`256×1KB=256KB`。二级间接索引：一级索引块存`256`个二级索引项，每个二级索引块存`256`个数据块索引，因此总块数`256×256`，大小`256×256×1KB=64MB`。最大文件长度：`10KB+256KB+64MB=64.266MB`（近似）。访问第`____`字节：块号`=____÷1024≈12`（第`12`块，从`0`开始计数）。直接索引仅管理前`10`块（`0-9`），因此第`12`块属于一级间接索引（管理`____`块）。需读取`1`个一级索引块（获取数据块地址），再读取数据块。因此索引块数为`1`。2.文件权限分析文件权限为`-rwxr--r--`，问：（1）文件类型是什么？（2）所有者、组用户、其他用户的权限分别是什么？解析：所有者权限：`rwx`（读、写、执行）；组用户权限：`r--`（读，无写、执行）；其他用户权限：`r--`（读，无写、执行）。四、设备管理练习题（一）核心知识点回顾设备管理负责I/O设备的分配、控制与调度，I/O控制方式包括程序查询（CPU轮询）、中断驱动（I/O完成后通知CPU）、DMA（直接内存访问，CPU仅初始化和收尾）、通道（专用I/O处理器）。SPOOLing技术通过“预输入”“缓输出”将独占设备虚拟为共享设备，提升设备利用率。（二）典型练习题1.I/O控制方式效率对比下列I/O控制方式中，CPU与I/O设备并行度最高的是（）A.程序查询B.中断驱动C.DMAD.通道解析：程序查询中CPU需等待I/O完成，并行度低；中断驱动中CPU在I/O期间可执行其他任务，但每次I/O完成需CPU处理中断；DMA中CPU仅需初始化和处理完成，数据传输由DMA控制器完成；通道是独立的I/O处理器，可管理多个设备，CPU只需发起I/O请求，后续由通道处理。因此并行度最高的是D（通道）。2.SPOOLing技术应用简述SPOOLing技术如何将打印机这类独占设备转换为共享设备，并说明其核心组件。解析：SPOOLing（假脱机）通过磁盘上的输入井（模拟输入设备）、输出井（模拟输出设备），以及输入进程（将用户输入数据存入输入井）、输出进程（从输出井读取数据到物理设备）实现。当多个用户请求打印时，输出进程将打印任务暂存于输出井，按序调度到物理打印机，使打印机看似被“共享”（实际是分时使用），提升了设备利用率（避免设备空闲等待）。核心组件包括输入井、输出井、输入进程、输出进程，以及井管理程序。五、综合练习题某操作系统采用多级反馈队列调度算法，共有`3`个队列（`Q1、Q2、Q3`），优先级`Q1>Q2>Q3`，时间片分别为`2ms、4ms、8ms`。进程`A`的执行轨迹为：需CPU时间`10ms`，中途因I/O阻塞`2ms`（I/O完成后回到原队列末尾）。请分析进程`A`的调度过程及总周转时间（从提交到完成的时间）。解析：1.进程`A`提交后进入`Q1`（最高优先级），时间片`2ms`：执行`2ms`后，剩余时间`10-2=8ms`，无I/O，转入`Q2`末尾。2.`Q2`时间片`4ms`：执行`4ms`后，剩余`8-4=4ms`，无I/O，转入`Q3`末尾。3.`Q3`时间片`8ms`：执行`4ms`时，触发I/O操作（阻塞`2ms`），此时进程`A`的状态变为阻塞，I/O完成后，回到`Q3`末尾（因阻塞前在`Q3`执行，且多级反馈队列中阻塞后回到原队列）。4.再次获得`Q3`的时间片（`8ms`），剩余`4ms`可在本次时间片内完成（`4ms<8ms`），执行`4ms`后完成。时间线：`0-2ms`：`Q1`执行，剩余`8ms``2-6ms`：`Q2`执行（`2ms`进入`Q2`，执行`4ms`到`6ms`），剩余`4ms``6-10ms`：`Q3`执行（`6ms`进入`Q3`，执行`4ms`到`10ms`时触发I/O，阻塞到`12ms`）`12-16ms`：I/O完成后，回到`Q3`末尾，再次获得CPU，执行剩余`4ms`（`12-16ms`）总周转时间`=16ms`（从`0`到`16