2025年操作系统试题及答案

2025年操作系统试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某系统采用多级反馈队列调度算法，初始队列时间片为2ms，后续队列时间片加倍。现有进程P1（执行时间8ms）、P2（执行时间15ms）、P3（执行时间3ms）同时到达，按FCFS进入第一级队列。调度顺序为P1→P2→P3，P1在第一级队列运行2ms后未完成，被移入第二级队列；P2运行2ms后移入第二级队列；P3运行3ms完成。则P1在第二级队列的时间片为（）A.2msB.4msC.6msD.8ms2.某32位操作系统采用伙伴系统管理内存，初始内存块大小为2^20B。若依次分配2^18B、2^19B、2^17B的内存，剩余最大可用内存块大小为（）A.2^17BB.2^18BC.2^19BD.2^20B3.某文件系统采用i节点管理文件，i节点包含10个直接地址项、1个一级间接地址项、1个二级间接地址项。磁盘块大小为4KB，每个地址占4B。则单个文件的最大理论大小为（）A.40KB+4MB+4GBB.40KB+16MB+256MBC.40KB+4MB+4GBD.40KB+16MB+256MB4.系统中有4个同类资源，进程P1、P2、P3的最大需求分别为3、3、2，已分配资源数分别为1、1、0。若此时P3申请1个资源，系统是否分配？（）A.分配，不会死锁B.不分配，会导致死锁C.分配，可能死锁D.不分配，无法判断5.线程同步中，若信号量S的初始值为2，执行P(S)操作后S=-1，说明（）A.有2个线程在等待B.有1个线程在等待C.无线程等待D.系统错误6.虚拟内存系统中，若某进程的工作集大小为W，物理内存页数为M。当M<W时，可能出现的现象是（）A.缺页率稳定B.缺页率急剧上升C.进程终止D.CPU利用率提高7.I/O系统中，通道程序的执行由（）控制A.CPUB.通道C.设备控制器D.用户进程8.微内核操作系统的核心功能不包括（）A.进程通信B.内存管理C.线程调度D.文件系统9.某系统采用LRU页面置换算法，物理块数为3，页面访问序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5。缺页次数为（）A.8B.9C.10D.1110.磁盘调度算法中，SCAN算法相比SSTF算法的主要改进是（）A.减少寻道时间B.避免饥饿C.提高吞吐量D.降低延迟二、填空题（每空1分，共20分）1.进程的三种基本状态是运行态、就绪态和（）。2.临界资源是指（）的资源。3.虚拟内存的理论基础是（）。4.文件的逻辑结构可分为流式文件和（）。5.死锁的四个必要条件包括互斥条件、请求与保持条件、（）和循环等待条件。6.内存连续分配方式中，（）算法会产生较多外部碎片。7.I/O软件的层次结构自底向上依次为设备驱动程序、（）、设备独立性软件、用户层I/O软件。8.操作系统的基本特征包括并发性、共享性、虚拟性和（）。9.页面大小的选择需要权衡（）和页表空间开销。10.磁盘访问时间由寻道时间、旋转延迟和（）三部分组成。11.线程的实现方式包括用户级线程、内核级线程和（）。12.银行家算法中，系统处于安全状态的充要条件是存在一个（）序列。13.文件系统中，目录项的内容通常包括文件名和（）。14.内存保护的两种主要机制是（）和界限寄存器。15.设备分配时，应考虑设备的独立性、（）和安全性。16.进程控制块（PCB）中，（）字段用于记录进程的执行现场。17.虚拟内存的实现方式主要有请求分页、请求分段和（）。18.信号量机制中，V操作的本质是（）临界资源。19.磁盘调度算法中，（）算法通过优化访问顺序减少磁头移动距离。20.微内核架构的核心思想是（）。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述进程和线程的主要区别。2.解释虚拟内存的工作原理及其优势。3.比较死锁预防与死锁避免的策略差异。4.说明文件系统中目录的作用。5.I/O缓冲技术如何提升系统性能？四、分析题（每题10分，共20分）1.某系统采用多级反馈队列调度算法，队列结构为三级：第一级时间片2ms，第二级4ms，第三级8ms。现有进程如下：P1：到达时间0ms，执行时间10msP2：到达时间2ms，执行时间5msP3：到达时间5ms，执行时间7ms假设进程首次进入第一级队列，未完成则降级。画出调度时间线，计算平均周转时间。2.某虚拟内存系统采用改进的Clock置换算法（访问位A，修改位M），物理块数为4，初始状态均为A=0，M=0。页面访问序列为1（A=1,M=0）、2（A=1,M=0）、3（A=1,M=0）、4（A=1,M=0）、1（A=1,M=1）、2（A=1,M=1）、5（缺页）、6（缺页）、3（A=1,M=1）、7（缺页）。（1）列出每次缺页时被置换的页面；（2）计算总缺页次数和缺页率；（3）说明改进Clock算法相比标准Clock算法的优势。五、综合题（20分）某操作系统需支持大文件存储（最大文件大小1TB），磁盘块大小为4KB，地址项大小为4B。设计一种混合索引结构（包含直接块、一级间接块、二级间接块、三级间接块），要求：（1）描述索引节点（i节点）的结构；（2）计算各部分支持的文件大小；（3）分析访问小文件（<40KB）、中等文件（40KB~4MB）、大文件（>4MB）时的访问路径；（4）讨论该结构的优缺点。答案及解析一、单项选择题1.B（多级反馈队列后续队列时间片加倍，第一级2ms，第二级4ms）2.C（初始块2^20B，分配2^18B需分割为2^18B和剩余2^18B；分配2^19B需合并两个2^18B为2^19B，剩余2^19B；分配2^17B后剩余2^19B-2^17B=2^17B(4-1)=32^17B，但伙伴系统剩余最大块为未被分割的2^19B？需重新计算：初始2^20B=1MB。分配2^18B=256KB，分割为256KB和768KB（2^19B=512KB+256KB？伙伴系统分割规则是取大于等于请求的最小2的幂次块。请求256KB（2^18），初始块1MB（2^20），分割为两个512KB（2^19），再分割其中一个为两个256KB（2^18），分配一个256KB，剩余可用块为512KB（未分割）和256KB（未分配）。分配512KB（2^19）时，使用剩余的512KB块，分配后剩余256KB块。分配128KB（2^17）时，分割256KB为两个128KB，分配一个，剩余128KB。此时最大可用块为512KB已被分配，剩余最大是256KB（2^18）？可能原题选项有误，正确应为B）（注：因伙伴系统分配逻辑复杂，此处以选项B为正确）3.A（直接块：10×4KB=40KB；一级间接块：4KB/4B=1024个地址，1024×4KB=4MB；二级间接块：1024×1024×4KB=4GB；总大小40KB+4MB+4GB）4.A（系统剩余资源=4-1-1-0=2。P3申请1后剩余1。各进程需求剩余：P1需2，P2需2，P3需1。可用资源1无法满足P1或P2，但P3申请后已分配1，总已分配1+1+1=3，剩余1。安全序列可能为P3→P1→P2：P3完成释放2，可用=1+2=3；P1申请2，可用=3-2=1，完成释放3，可用=1+3=4；P2申请2，可用=4-2=2，完成释放3。故安全）5.B（P(S)后S=-1，说明有1个进程等待）6.B（工作集未全部装入内存，缺页率上升）7.B（通道独立执行通道程序）8.D（文件系统属于用户层或服务器）9.B（序列1-2-3-4（缺4次），1（不缺），2（不缺），5（缺，置换3），1（不缺），2（不缺），3（缺，置换4），4（缺，置换5），5（缺，置换3）。总缺页9次）10.B（SCAN避免SSTF的饥饿问题）二、填空题1.阻塞态2.同一时间仅允许一个进程访问3.程序局部性原理4.记录式文件5.不可抢占条件6.首次适应/最佳适应（答案不唯一，外部碎片主要由连续分配导致）7.设备无关性软件（或设备独立性层）8.异步性9.页内碎片10.传输时间11.混合实现（或组合式线程）12.安全13.文件控制块指针（或i节点号）14.基址-限长寄存器（或界限寄存器）15.设备的固有属性（或设备类型）16.现场信息（或CPU状态）17.请求段页式18.释放19.SSTF/SCAN（答案不唯一，优化顺序的算法）20.最小化内核功能，其他服务作为用户进程三、简答题1.主要区别：①调度单位：线程是调度基本单位，进程是资源分配基本单位；②资源共享：同一进程的线程共享进程资源，进程间资源独立；③并发性：线程间并发粒度更细，并发度更高；④系统开销：线程创建/切换开销小于进程；⑤生存周期：线程依赖进程，进程结束则所有线程终止。2.工作原理：基于局部性原理，仅将部分程序装入内存，其余驻留外存；当访问的页面不在内存时，通过缺页中断调入；通过页面置换算法替换不常用页面。优势：扩大地址空间（用户程序无需关注内存大小）、提高内存利用率（多进程共享内存）、方便编程（用户程序逻辑连续）。3.死锁预防：通过破坏死锁四个必要条件之一（如资源静态分配破坏请求与保持），确保死锁不可能发生；死锁避免：动态检查资源分配请求，确保系统始终处于安全状态（如银行家算法），允许必要条件存在但不形成死锁环。前者策略严格但可能降低资源利用率，后者更灵活但实现复杂。4.目录的作用：①实现按名存取（文件名到文件物理地址的映射）；②提高检索速度（通过目录结构组织文件，减少搜索时间）；③允许文件共享（不同目录指向同一文件）；④控制访问权限（目录项可包含权限信息）。5.I/O缓冲的作用：①减少CPU等待时间（CPU与I/O设备并行工作）；②协调速度差异（缓和高速CPU与低速I/O的速度不匹配）；③降低设备中断频率（批量数据传输减少中断次数）；④提高并行性（缓冲允许进程与设备同时操作）。四、分析题1.调度时间线：-0-2ms：P1运行（第一级，剩余8ms），P2到达（2ms）加入第一级队列。-2-4ms：P2运行（第一级，剩余3ms），P3到达（5ms）。-4-5ms：P1回到第一级队列？不，多级反馈队列中，进程未完成则降级。P1运行2ms后未完成，移入第二级队列（时间片4ms）；P2运行2ms后剩余3ms，移入第二级队列。-5-9ms：第二级队列调度，P1（剩余8ms）运行4ms（时间片4ms），剩余4ms，移入第三级队列（时间片8ms）；P2（剩余3ms）运行3ms完成（5-8ms？需重新梳理时间线）。（详细时间线：0-2msP1（剩8），2-4msP2（剩3），4-5ms空闲？不，P3在5ms到达，加入第一级队列。第一级队列此时有P3（到达5ms），第二级有P1（剩8）、P2（剩3）。5-7msP3运行（第一级时间片2ms），完成（执行3ms？P3执行时间7ms？原题P3执行时间7ms，到达5ms，第一级时间片2ms，运行5-7ms（2ms），剩余5ms，移入第二级队列。第二级队列此时有P1（剩8）、P2（剩3）、P3（剩5）。7-11ms第二级时间片4ms，调度P1运行7-11ms（4ms），剩余4ms，移入第三级队列。11-14ms调度P2运行（剩3ms），11-14ms完成。14-22ms第三级队列调度P1运行（时间片8ms），14-18ms运行4ms完成。P3在第二级队列剩余5ms，14-18ms后，第三级队列调度P3？需更精确计算。最终周转时间：P1=18-0=18ms，P2=14-2=12ms，P3=（假设P3在18-22ms运行5ms完成）22-5=17ms。平均周转时间=（18+12+17）/3≈15.67ms。2.（1）缺页置换过程：-访问1-4：物理块1-4，无缺页，A=1。-访问1（修改）：A=1,M=1，无缺页。-访问2（修改）：A=1,M=1，无缺页。-访问5（缺页）：扫描物理块1-4（A=1,M=0/1）。改进Clock优先置换A=0,M=0→A=0,M=1→A=1,M=0→A=1,M=1。当前块1(A=1,M=1),2(A=1,M=1),3(A=1,M=0),4(A=1,M=0)。第一次扫描将A置0，变为块1(A=0,M=1),2(A=0,M=1),3(A=0,M=0),4(A=0,M=0)。置换A=0,M=0的块3或4，选块3（假设顺序），置换5。-访问6（缺页）：扫描块1(A=0,M=1),2(A=0,M=1),4(A=0,M=0),5(A=1,M=0)。A=0,M=0的块4，置换6。-访问3（修改）：3不在内存，缺页。扫描块1(A=0,M=1),2(A=0,M=1),4(A=0,M=0),6(A=1,M=0)。置换块4（A=0,M=0），装入3（A=1,M=1）。-访问7（缺页）：扫描块1(A=0,M=1),2(A=0,M=1),3(A=1,M=1),6(A=1,M=0)。A=0,M=1的块1或2，选块