西宁城市职业技术学院《操作系统》2025-2026学年第一学期期末试卷

自觉遵守考场纪律如考试作弊此答卷无效密自觉遵守考场纪律如考试作弊此答卷无效密封线第1页，共3页西宁城市职业技术学院《操作系统》2025-2026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、在一个具有多个线程的进程中，线程之间共享进程的资源，包括内存、文件描述符等。但每个线程有自己独立的栈空间和线程控制块。假设有线程T1、T2和T3，它们同时访问一个全局变量X，X的初始值为0。T1执行X=X+1，T2执行X=X-2，T3执行X=X*3，请问最终X的值可能是多少？（）A.-3B.0C.3D.以上都有可能2、某计算机系统采用DMA方式进行数据传输，DMA控制器每次能够传输一个字节的数据。若要传输1000字节的数据，DMA初始化设置的时间为100μs，DMA传输一个字节的时间为1μs，中断处理的时间为50μs，请问完成这次数据传输总共需要多长时间？（）A.1150μsB.1550μsC.2050μsD.2150μs3、在一个操作系统中，内存管理采用分段和分页相结合的方式。假设有一个进程，其逻辑地址空间被分为三个段，每个段又被分为若干页。现在进程要访问一个逻辑地址，系统需要进行多次地址转换。以下关于这种地址转换过程的描述，哪一项是正确的？（）A.首先进行段的地址转换，得到段内的起始地址，然后再进行页的地址转换，得到最终的物理地址B.先进行页的地址转换，确定页内偏移量，再进行段的地址转换，得到物理地址C.段和页的地址转换同时进行，通过计算得到最终的物理地址D.随机选择先进行段的地址转换或页的地址转换，然后再进行另一个的转换4、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5、在操作系统的虚拟存储管理中，页面置换算法的选择对系统性能有很大影响。假设系统采用最近未使用（NRU）页面置换算法，以下关于NRU算法的描述中，正确的是：（）A.NRU算法根据页面最近是否被使用以及是否被修改来选择置换页面B.NRU算法总是选择最长时间未被使用的页面进行置换C.NRU算法在选择置换页面时，不考虑页面的访问频率D.NRU算法比先进先出（FIFO）算法更能避免Belady异常现象6、在一个具有内存保护机制的操作系统中，每个进程都被分配了独立的内存空间，并且系统通过硬件和软件的结合来防止进程访问其他进程的内存区域。假设进程P1试图访问进程P2的内存空间，系统会产生一个内存访问违规的异常。分析这种内存保护机制是如何实现的，包括硬件支持（如MMU）和操作系统的相关处理逻辑，并讨论内存保护在系统安全性和稳定性方面的重要意义。A.通过硬件MMU实现，意义重大B.通过操作系统软件实现，意义不大C.通过硬件和软件共同实现，意义重大D.内存保护机制作用有限，意义不大7、在操作系统的进程调度中，常见的调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）和优先级调度等。假设系统中有四个进程P1、P2、P3和P4，它们的到达时间分别为0、1、2和3毫秒，运行时间分别为8、4、9和5毫秒。若采用短作业优先调度算法，那么平均周转时间为（）A.8毫秒B.9毫秒C.10毫秒D.11毫秒8、在一个具有虚拟内存的操作系统中，系统采用请求调页的方式将页面调入内存。当一个进程访问一个不在内存中的页面时，会产生缺页中断。假设页面置换算法为最近最久未使用（LRU）算法，系统为该进程分配了4个页框。进程的页面访问序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，初始时4个页框均为空。那么，在这个过程中发生的缺页次数是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次9、在操作系统的文件系统中，文件的物理结构有连续分配、链接分配和索引分配等多种方式。连续分配方式具有较高的顺序访问速度，但存在外部碎片问题；链接分配方式解决了外部碎片问题，但随机访问速度较慢；索引分配方式则结合了两者的优点。假设一个文件系统采用索引分配方式，每个索引节点包含13个直接地址项、1个一级间接地址项、1个二级间接地址项和1个三级间接地址项，每个地址项大小为4字节，盘块大小为1KB。若要访问文件的第10000块，至少需要几次磁盘I/O操作（）A.1B.2C.3D.410、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.1024B.2048C.4096D.819211、在一个操作系统中，设备驱动程序负责与硬件设备进行通信。假设系统需要添加一个新的外部设备，分析设备驱动程序的开发过程，包括硬件接口的了解、寄存器的操作、中断处理等，并讨论设备驱动程序在操作系统中的地位和作用，以及如何保证设备驱动程序的稳定性和可靠性。A.设备驱动程序开发简单，作用不大B.设备驱动程序开发复杂，作用关键C.设备驱动程序开发难度适中，作用一般D.取决于设备的类型和复杂度12、某磁盘的转速为7200转/分钟，平均寻道时间为8ms，每个磁道包含1000个扇区，传输速率为50MB/s。若要读取一个50MB的文件，其平均访问时间约为多少？（请给出详细的计算过程）（）A.18.4msB.20.4msC.22.4msD.24.4ms13、在操作系统中，进程通信的方式多种多样。共享内存方式通过共享一块内存区域来实现进程间的数据交换，具有很高的通信效率；消息传递方式则通过发送和接收消息来完成通信，消息可以包含各种数据类型；管道通信方式则是一种半双工的通信方式，常用于父子进程之间的通信。假设有两个进程需要进行大量数据的实时交换，并且要求通信的可靠性较高，那么最适合采用的通信方式是（）A.共享内存B.消息传递C.管道通信D.以上方式都不适合14、在一个采用索引分配方式的文件系统中，文件的索引表存放在磁盘上。假设一个文件有100个磁盘块，每个磁盘块大小为4KB，索引表项占用4个字节。如果采用一级索引，那么索引表最多可以表示多大的文件？如果采用二级索引，又能表示多大的文件？（）A.一级索引最多表示16MB的文件，二级索引最多表示256MB的文件B.一级索引最多表示4MB的文件，二级索引最多表示16GB的文件C.一级索引最多表示64KB的文件，二级索引最多表示256KB的文件D.一级索引最多表示1MB的文件，二级索引最多表示4GB的文件15、在一个具有快表的分页存储管理系统中，快表的命中率为80%，访问快表的时间为10ns，访问主存的时间为100ns。若要访问的页面在快表中，那么一次有效地址转换所需的平均时间是多少？若页面不在快表中呢？（）A.20ns，110nsB.18ns，110nsC.20ns，120nsD.18ns，120ns16、在一个操作系统中，系统启动过程包括硬件初始化、内核加载、驱动程序加载和用户空间服务启动等阶段。假设系统在启动过程中出现故障，分析可能导致故障的原因，如硬件问题、配置错误、驱动程序不兼容等，并讨论如何进行故障诊断和修复，以及如何优化系统启动过程以提高启动速度。A.硬件问题是最常见的故障原因B.配置错误是最常见的故障原因C.驱动程序不兼容是最常见的故障原因D.不同故障原因在不同情况下都可能出现17、在一个具有虚拟存储管理的操作系统中，进程的逻辑地址空间被划分为若干页面，物理内存被划分为相同大小的页框。当进程执行时，如果所需页面不在物理内存中，就会产生缺页中断。假设一个进程正在执行，其页面访问序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，系统采用先进先出（FIFO）页面置换算法，分配给该进程的物理内存页框数量为3。那么，在此过程中发生的缺页次数是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次18、在一个采用请求分页存储管理的系统中，某进程的页面访问序列为4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5。若分配给该进程的物理块数为3，且初始时均为空，采用最近最久未使用（LRU）页面置换算法，那么发生的缺页次数是多少？（）A.7B.8C.9D.1019、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20、在一个具有虚拟内存的操作系统中，进程的地址空间被划分为逻辑地址和物理地址。当进程访问一个虚拟地址时，系统通过页表将其转换为物理地址。假设页表的每个条目包含页号、页框号和一些访问控制位。现在有一个进程，其逻辑地址空间大小为4GB，页面大小为4KB，页表项大小为4字节。如果系统为该进程分配了1GB的物理内存，那么页表的大小至少是多少？同时考虑页表的存储方式和对内存访问效率的影响。A.1MBB.2MBC.4MBD.8MB二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）解释线程同步的互斥锁和条件变量。2、（本题5分）什么是系统崩溃恢复？如何实现？3、（本题5分）简述操作系统的可扩展性设计原则。4、（本题5分）解释操作系统的用户界面设计原则。5、（本题5分）解释响应比高者优先调度算法的计算方法。三、综合分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）研究操作系统如何实现对文件系统的动态扩展和收缩功能。2、（本题5分）分析操作系统如何优化文件系统的文件创建和打开操作的性能。3、（本题5分）分析操作系统中的内存屏障和原子操作。4、（本题5分）探讨操作系统中的进程调度的多核环境下的亲和性设置。5、（本题5分）探讨操作系统中的进程间通信的信号量的超时处理。四、论述题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）在操作系统中，虚拟设备的实现为系统提供了更高的灵活性和可扩展性。请综合论述虚拟设备的概念、类型（如虚拟打印机、虚拟网卡等）和实现