2025年计算机操作系统期末考试题及答案

2025年计算机操作系统期末考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.操作系统是对（）进行管理的软件。A.软件B.硬件C.计算机资源D.应用程序答案：C。操作系统是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，它统一管理计算机的各种资源，包括硬件资源（如CPU、内存、磁盘等）和软件资源（如文件、程序等）。2.进程和程序的本质区别是（）。A.存储在内存和外存B.顺序和非顺序执行机器指令C.分时使用和独占使用计算机资源D.动态和静态特征答案：D。程序是静态的，它是存放在磁盘上的可执行文件；而进程是程序在操作系统中的一次执行过程，是动态的，有自己的生命周期，会经历创建、运行、暂停、终止等状态。3.若信号量S的初值为2，当前值为-1，则表示有（）个进程在等待该信号量。A.0B.1C.2D.3答案：B。信号量的当前值为负数时，其绝对值表示等待该信号量的进程数量。这里当前值为-1，所以有1个进程在等待该信号量。4.在分页存储管理系统中，地址转换工作是由（）完成的。A.硬件B.地址转换程序C.用户程序D.装入程序答案：A。在分页存储管理系统中，地址转换工作主要由硬件的地址转换机构（如页表寄存器等）完成，它可以快速地将逻辑地址转换为物理地址。5.以下（）不是文件的物理结构。A.顺序结构B.索引结构C.记录式结构D.链接结构答案：C。文件的物理结构主要有顺序结构、链接结构和索引结构。记录式结构是文件的逻辑结构，用于描述文件中数据的组织形式。6.当一个进程处于（）状态时，称其为阻塞状态。A.它正等着给它一个工作单元B.它正等着输入一批数据C.它正等着进程调度D.它正等着进入内存答案：B。阻塞状态是指进程因等待某种事件的发生而暂时不能继续执行的状态。当进程等待输入一批数据时，它会进入阻塞状态，直到数据输入完成。7.下列关于死锁的说法中，正确的是（）。A.死锁是指系统中多个进程无限期地等待永远不会发生的条件B.死锁只可能在多个进程之间发生，在单个进程中不可能发生死锁C.死锁的产生只与资源分配策略有关，而与并发进程的执行速度无关D.死锁可以通过破坏四个必要条件之一来预防答案：ABD。死锁是指系统中多个进程无限期地等待永远不会发生的条件，导致这些进程都无法继续执行。死锁只可能在多个进程之间发生，单个进程不存在资源竞争问题，不会发生死锁。死锁的产生与资源分配策略和并发进程的执行速度都有关。可以通过破坏死锁的四个必要条件（互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件、环路等待条件）之一来预防死锁。8.磁盘调度算法中，（）算法可能会随时改变磁头的运动方向。A.先来先服务（FCFS）B.最短寻道时间优先（SSTF）C.扫描（SCAN）D.循环扫描（CSCAN）答案：AB。先来先服务（FCFS）算法按照请求的先后顺序处理磁盘I/O请求，磁头的运动方向取决于请求的顺序，可能会随时改变。最短寻道时间优先（SSTF）算法选择距离当前磁头位置最近的请求进行处理，也可能会导致磁头运动方向的频繁改变。扫描（SCAN）和循环扫描（CSCAN）算法会按照一定的方向（如从外向内或从内向外）扫描磁盘，磁头运动方向相对固定。9.在虚拟存储系统中，若进程在内存中占3块（开始时为空），采用先进先出页面淘汰算法，当执行访问页号序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5时，会产生（）次缺页中断。A.7B.8C.9D.10答案：D。采用先进先出（FIFO）页面淘汰算法，根据页面访问序列进行模拟，当访问一个不在内存中的页面时，会产生缺页中断。具体计算过程如下：-访问1，缺页，内存中页面为1-访问2，缺页，内存中页面为1、2-访问3，缺页，内存中页面为1、2、3-访问4，缺页，淘汰1，内存中页面为2、3、4-访问1，缺页，淘汰2，内存中页面为3、4、1-访问2，缺页，淘汰3，内存中页面为4、1、2-访问5，缺页，淘汰4，内存中页面为1、2、5-访问1，不缺页-访问2，不缺页-访问3，缺页，淘汰5，内存中页面为1、2、3-访问4，缺页，淘汰1，内存中页面为2、3、4-访问5，缺页，淘汰2，内存中页面为3、4、5总共产生10次缺页中断。10.下列关于线程的说法中，错误的是（）。A.线程是CPU调度的基本单位B.一个进程可以包含多个线程C.线程可以独立执行D.线程比进程占用的资源更多答案：D。线程是CPU调度的基本单位，一个进程可以包含多个线程。线程可以独立执行，共享进程的资源。与进程相比，线程占用的资源更少，因为线程不需要独立的内存空间和系统资源，它们可以共享进程的内存和其他资源。11.操作系统中，（）负责对内存进行管理。A.处理机管理模块B.存储管理模块C.设备管理模块D.文件管理模块答案：B。存储管理模块负责对内存进行管理，包括内存的分配、回收、保护和扩充等功能。处理机管理模块主要负责进程的调度和管理；设备管理模块负责对各种外部设备进行管理；文件管理模块负责对文件系统进行管理。12.在多级目录结构中，文件的路径名是指（）。A.从根目录到该文件的路径上所有目录名和文件名的组合B.从当前目录到该文件的路径上所有目录名和文件名的组合C.该文件所在的目录名D.该文件的文件名答案：A。在多级目录结构中，文件的路径名是从根目录到该文件的路径上所有目录名和文件名的组合，用于唯一标识一个文件的位置。13.下列关于缓冲技术的说法中，正确的是（）。A.缓冲技术可以提高CPU和I/O设备之间的并行性B.缓冲技术只能在内存中实现C.缓冲技术只能用于输入设备D.缓冲技术会降低系统的性能答案：A。缓冲技术可以提高CPU和I/O设备之间的并行性，减少CPU等待I/O操作的时间。缓冲技术可以在内存中实现，也可以在硬件设备（如磁盘控制器的缓存）中实现。缓冲技术不仅可以用于输入设备，也可以用于输出设备。缓冲技术通常可以提高系统的性能，而不是降低。14.下列关于进程同步和互斥的说法中，错误的是（）。A.进程同步是指多个进程之间在执行次序上的协调B.进程互斥是指多个进程对共享资源的排他性访问C.同步和互斥是两个不同的概念，没有任何联系D.信号量机制可以用于实现进程的同步和互斥答案：C。进程同步是指多个进程之间在执行次序上的协调，以保证它们能够正确地共享资源和完成任务。进程互斥是指多个进程对共享资源的排他性访问，同一时间只允许一个进程访问共享资源。同步和互斥是密切相关的概念，互斥是同步的一种特殊情况。信号量机制可以用于实现进程的同步和互斥。15.下列关于文件系统的说法中，错误的是（）。A.文件系统负责管理文件的存储和访问B.文件系统可以提供文件的共享和保护功能C.文件系统只管理磁盘上的文件，不管理内存中的文件D.文件系统可以提高文件的存储效率和访问速度答案：C。文件系统负责管理文件的存储和访问，提供文件的共享和保护功能，可以提高文件的存储效率和访问速度。文件系统不仅管理磁盘上的文件，也可以管理其他存储设备（如光盘、U盘等）上的文件，并且在内存中也可以有文件系统的相关数据结构（如文件缓存）。二、多项选择题（每题3分，共15分）1.以下属于操作系统功能的有（）。A.处理机管理B.存储管理C.设备管理D.文件管理答案：ABCD。操作系统的主要功能包括处理机管理、存储管理、设备管理和文件管理。处理机管理负责进程的调度和管理；存储管理负责内存的分配和回收；设备管理负责对各种外部设备进行管理；文件管理负责对文件系统进行管理。2.下列关于进程状态转换的说法中，正确的有（）。A.就绪状态的进程可以转换为运行状态B.运行状态的进程可以转换为就绪状态C.阻塞状态的进程可以转换为运行状态D.阻塞状态的进程可以转换为就绪状态答案：ABD。就绪状态的进程在获得CPU资源后可以转换为运行状态；运行状态的进程在时间片用完或被更高优先级的进程抢占CPU时可以转换为就绪状态；阻塞状态的进程在等待的事件发生后可以转换为就绪状态，但不能直接转换为运行状态，需要先进入就绪队列等待CPU调度。3.下列哪些方法可以预防死锁（）。A.破坏互斥条件B.破坏请求和保持条件C.破坏不剥夺条件D.破坏环路等待条件答案：ABCD。预防死锁可以通过破坏死锁的四个必要条件之一来实现。破坏互斥条件可以允许多个进程同时访问共享资源；破坏请求和保持条件可以要求进程在申请资源时一次性申请所需的所有资源；破坏不剥夺条件可以允许系统在必要时剥夺进程已占用的资源；破坏环路等待条件可以通过对资源进行编号，要求进程按照编号顺序申请资源。4.下列关于虚拟内存的说法中，正确的有（）。A.虚拟内存是一种逻辑上的内存扩充技术B.虚拟内存可以将内存和外存结合起来使用C.虚拟内存的大小只受物理内存的限制D.虚拟内存可以提高系统的并发度答案：ABD。虚拟内存是一种逻辑上的内存扩充技术，它将内存和外存结合起来使用，使得程序可以使用比物理内存更大的地址空间。虚拟内存的大小受计算机的地址空间和外存容量的限制，而不仅仅受物理内存的限制。虚拟内存可以提高系统的并发度，允许更多的进程同时运行。5.下列关于文件操作的说法中，正确的有（）。A.打开文件操作会将文件的相关信息从外存读入内存B.关闭文件操作会将文件的相关信息从内存写回外存C.读文件操作会将文件的数据从外存读入内存D.写文件操作会将内存中的数据写入外存答案：ABCD。打开文件操作会将文件的相关信息（如文件控制块）从外存读入内存，以便后续的文件操作。关闭文件操作会将文件的相关信息（如文件的修改信息）从内存写回外存，确保数据的一致性。读文件操作会将文件的数据从外存读入内存，供程序使用。写文件操作会将内存中的数据写入外存，更新文件的内容。三、判断题（每题1分，共10分）1.操作系统是计算机系统的核心软件，它直接运行在硬件之上。（）答案：正确。操作系统是计算机系统的核心软件，它直接管理计算机的硬件资源，为用户和应用程序提供接口，是计算机系统中最底层的软件，直接运行在硬件之上。2.进程和线程的区别在于，进程是资源分配的基本单位，而线程是CPU调度的基本单位。（）答案：正确。进程是资源分配的基本单位，拥有自己独立的内存空间、系统资源等。线程是CPU调度的基本单位，共享进程的资源，一个进程可以包含多个线程。3.信号量机制只能用于实现进程的互斥，不能用于实现进程的同步。（）答案：错误。信号量机制既可以用于实现进程的互斥，也可以用于实现进程的同步。通过设置不同的信号量初值和操作方式，可以实现不同的同步和互斥需求。4.在分页存储管理系统中，页的大小是固定的，由操作系统决定。（）答案：正确。在分页存储管理系统中，页的大小是固定的，通常由操作系统决定。页的大小一般为2的幂次方，如4KB、8KB等。5.死锁的产生是由于多个进程竞争资源时形成了循环等待的局面。（）答案：正确。死锁的产生需要满足四个必要条件，其中环路等待条件是指多个进程之间形成了循环等待资源的局面，导致这些进程都无法继续执行。6.磁盘调度算法的目的是减少磁盘的寻道时间。（）答案：正确。磁盘调度算法的主要目的是减少磁盘的寻道时间，提高磁盘I/O操作的效率。不同的磁盘调度算法通过不同的策略来选择下一个要处理的磁盘请求，以减少磁头的移动距离。7.虚拟存储系统可以将外存作为内存的延伸，使得程序可以使用比物理内存更大的地址空间。（）答案：正确。虚拟存储系统通过将内存和外存结合起来使用，将外存作为内存的延伸，使得程序可以使用比物理内存更大的地址空间。当程序访问的页面不在内存中时，系统会将其从外存调入内存。8.文件系统中的文件只能存储在磁盘上，不能存储在其他存储设备上。（）答案：错误。文件系统中的文件可以存储在各种存储设备上，如磁盘、光盘、U盘等。文件系统负责管理这些存储设备上的文件，提供统一的文件访问接口。9.缓冲技术可以减少CPU和I/O设备之间的速度差异，提高系统的性能。（）答案：正确。缓冲技术通过在内存中设置缓冲区，用于暂存I/O数据，减少CPU和I/O设备之间的速度差异，提高系统的性能。CPU可以在缓冲区中快速读写数据，而不需要等待I/O设备的慢速操作。10.操作系统的主要目标是提高计算机系统的效率和方便用户使用。（）答案：正确。操作系统的主要目标包括提高计算机系统的效率，如合理分配资源、提高并发度等；以及方便用户使用，为用户和应用程序提供友好的接口和服务。四、简答题（每题10分，共30分）1.简述进程的三种基本状态及其转换关系。答：进程的三种基本状态分别是就绪状态、运行状态和阻塞状态。-就绪状态：进程已经获得了除CPU之外的所有必要资源，只要获得CPU就可以立即执行。处于就绪状态的进程会被放入就绪队列中等待CPU调度。-运行状态：进程正在占用CPU执行程序代码。当进程获得CPU资源后，就从就绪状态转换为运行状态。-阻塞状态：进程因等待某种事件的发生（如等待I/O操作完成、等待资源分配等）而暂时不能继续执行。处于阻塞状态的进程会被放入阻塞队列中，直到等待的事件发生后，才会转换为就绪状态。进程状态之间的转换关系如下：-就绪状态->运行状态：当进程调度程序从就绪队列中选择一个进程并分配CPU资源时，该进程从就绪状态转换为运行状态。-运行状态->就绪状态：当进程的时间片用完、被更高优先级的进程抢占CPU或者主动放弃CPU时，进程从运行状态转换为就绪状态，重新进入就绪队列等待调度。-运行状态->阻塞状态：当进程在执行过程中需要等待某种事件的发生（如进行I/O操作）时，进程会主动放弃CPU，从运行状态转换为阻塞状态。-阻塞状态->就绪状态：当进程等待的事件发生后，进程从阻塞状态转换为就绪状态，重新进入就绪队列等待CPU调度。2.简述死锁的四个必要条件，并说明如何预防死锁。答：死锁的四个必要条件如下：-互斥条件：进程对所分配到的资源进行排他性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其他进程请求该资源，则请求者只能等待，直至占有该资源的进程用毕释放。-请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。-不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。-环路等待条件：在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。预防死锁的方法可以通过破坏死锁的四个必要条件之一来实现：-破坏互斥条件：允许多个进程同时访问某些资源，例如一些共享的只读文件可以被多个进程同时访问。但并不是所有资源都可以破坏互斥条件，如打印机等设备必须互斥使用。-破坏请求和保持条件：要求进程在申请资源时一次性申请所需的所有资源，否则不分配资源。这样可以避免进程在持有部分资源的情况下又请求其他资源而导致死锁。-破坏不剥夺条件：允许系统在必要时剥夺进程已占用的资源。例如，当一个进程请求的资源被其他进程占用时，系统可以剥夺该进程已占用的部分资源，分配给请求的进程。-破坏环路等待条件：通过对资源进行编号，要求进程按照编号顺序申请资源。这样可以避免进程之间形成循环等待资源的局面。3.简述虚拟存储系统的工作原理和优点。答：虚拟存储系统的工作原理：虚拟存储系统基于局部性原理，即程序在执行过程中往往会集中访问一部分代码和数据。虚拟存储系统将程序的地址空间划分为多个页面，这些页面可以存储在内存或外存（通常是磁盘）中。当程序访问一个页面时，如果该页面不在内存中，系统会产生缺页中断，将该页面从外存调入内存。同时，为了保证内存的空间，当内存中的页面数量超过一定阈值时，系统会选择一些页面将其换出到外存，以腾出内存空间。虚拟存储系统的优点：-提高内存利用率：虚拟存储系统允许程序使用比物理内存更大的地址空间，将暂时不需要的页面存储在外存中，只将当前需要的页面调入内存，从而提高了内存的利用率。-增加系统并发度：由于虚拟存储系统可以让更多的程序同时运行，每个程序只需要将部分页面调入内存，因此可以增加系统的并发度，提高系统的吞吐量。-方便程序开发：程序员可以编写比物理内存更大的程序，而不需要考虑物理内存的限制，简化了程序的开发过程。五、综合应用题（每题12.5分，共25分）1.有三个进程P1、P2、P3共享一个缓冲区，该缓冲区一次只能存放一个数据。P1负责从输入设备读取数据并放入缓冲区，P2负责从缓冲区中取出数据进行加工处理，P3负责将P2加工处理后的数据输出到输出设备。试用信号量机制实现这三个进程的同步和互斥。答：为了实现这三个进程的同步和互斥，我们需要使用三个信号量：-empty：表示缓冲区是否为空，初值为1，因为缓冲区初始时为空。-full：表示缓冲区是否有数据，初值为0，因为缓冲区初始时没有数据。-mutex：用于实现对缓冲区的互斥访问，初值为1。以下是使用C语言和信号量操作实现的代码示例：```cinclude<stdio.h>include<pthread.h>include<semaphore.h>defineBUFFER_SIZE1//定义信号量sem_tempty,full,mutex;//缓冲区intbuffer;//P1进程函数voidP1(voidarg){while(1){//等待缓冲区为空sem_wait(&empty);//进入临界区sem_wait(&mutex);//从输入设备读取数据放入缓冲区buffer=1;//模拟读取数据printf("P1:Putdataintobuffer.\n");//离开临界区sem_post(&mutex);//通知缓冲区有数据sem_post(&full);}returnNULL;}//P2进程函数voidP2(voidarg){while(1){//等待缓冲区有数据sem_wait(&full);//进入临界区sem_wait(&mutex);//从缓冲区取出数据进行加工处理intdata=buffer;printf("P2:Getdatafrombufferandprocessit.\n");//离开临界区sem_post(&mutex);//通知缓冲区为空sem_post(&empty);}returnNULL;}//P3进程函数voidP3(voidarg){while(1){//等待P2处理完数据（这里假设P2处理完数据后会再次将数据放入缓冲区，可根据实际情况调整）sem_wait(&full);//进入临界区sem_wait(&mutex);//将P2加工处理后的数据输出到输出设备printf("P3:Outputdatafrombuffer.\n");//离开临界区sem_post(&mutex);//通知缓冲区为空sem_post(&empty);}returnNULL;}intmain(){//初始化信号量sem_init(&empty,0,1);sem_init(&full,0,0);sem_init(&mutex,0,1);//创建线程pthread_tp1,p2,p3;pthread_create(&p1,NULL,P1,NULL);pthread_create(&p2,NULL,P2,NULL);pthread_create(&p3,NULL,P3,NULL);//等待线程结束（这里实际上不会结束，因为是无限循环）pthread_join(p1,NULL);pthread_join(p2,NULL);pthread_join(p3,NULL);//销毁信号量sem_destroy(&empty);sem_destroy(&full);sem_destroy(&mutex);return0;}```在上述代码中，P1进程首先等待缓冲区为空，然后进入临界区将数据放入缓冲区，最后通知缓冲区有数据。P2进程等待缓冲区有数据，进入临界区取出数据进行加工处理，然后通知缓冲区为空。P3进程等待P2处理完数据，进入临界区将数据输出，最后通知缓冲区为空。通过信号量的操作，实现了三个进程的同步和互斥。2.假设有一个磁盘，共有200个磁道，磁头当前位于第100个磁道上，并且正在向磁道号增大的方向移动。现有如下磁盘I/O请求序列：20、90、160、188、15、120、10、180、25。请分别使用最短寻道时间优先（SSTF）和扫描（SCAN）算法计算磁头移动的总距离，并给出磁头的移动顺序。答：最短寻道时间优先（SSTF）算法-原理：该算法选择距离当前磁头位置最近的请求进行处理。-计算过程：-初始磁头位置为100。-距离100最近的请求是90，磁头移动到90，移动距离为|100-90|=10。-接下来距离90最近的是120，磁头移动到120，移动距离为|120-90|=30。-然后是160，移动距离为|160-120|=40。-接着是180，移动距离为|180-160|=