操作系统期末考试试题及答案

操作系统期末考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20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，其主要功能就是对计算机系统的各类资源进行有效的管理和协调，所以选C。2.批处理系统的主要缺点是（）。A.CPU利用率低B.不能并发执行C.缺少交互性D.以上都不是答案：C。批处理系统是将用户的作业成批地提交给系统，由操作系统将作业按规定的格式组织好存入磁盘的输入井，然后按照一定的调度策略选择作业运行，在作业运行过程中用户无法干预，缺少交互性，所以选C。3.在单处理机系统中，处于运行状态的进程（）。A.只有一个B.可以有多个C.不能被挂起D.必须在执行完后才能被撤下答案：A。在单处理机系统中，同一时刻CPU只能执行一个进程，所以处于运行状态的进程只有一个，选A。4.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，它是存放在存储介质上的一组指令的有序集合；而进程是动态的，它是程序在操作系统中的一次执行过程，有生命周期，所以进程和程序的本质区别是动态和静态特征，选D。5.当一个进程处于（）状态时，称其为等待（阻塞）状态。A.它正等待输入一批数据B.它正为其它进程提供服务C.它正在处理输入输出请求D.它正处于进程调度队列中答案：A。当进程因等待某种事件的发生（如等待输入输出完成、等待资源等）而暂时不能运行时，处于阻塞状态，等待输入一批数据属于这种情况，选A。6.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。A.0B.1C.2D.3答案：B。信号量S的值表示可用资源的数量，当S为负数时，其绝对值表示正在等待该资源的进程数量，当前S为-1，所以有1个进程在等待，选B。7.在可变分区分配方案中，某一作业完成后，系统收回其主存空间，并与相邻空闲区合并，为此需修改空闲区表，造成空闲区数减1的情况是（）。A.无上邻空闲区，也无下邻空闲区B.有上邻空闲区，但无下邻空闲区C.有下邻空闲区，但无上邻空闲区D.有上邻空闲区，也有下邻空闲区答案：D。当回收的分区有上邻空闲区和下邻空闲区时，会将这三个区域合并为一个空闲区，空闲区数量减1，选D。8.虚拟存储器的最大容量（）。A.为内外存容量之和B.由计算机的地址结构决定C.是任意的D.由作业的地址空间决定答案：B。虚拟存储器的最大容量由计算机的地址结构决定，例如若地址总线为n位，则虚拟存储器的最大容量为2^n字节，选B。9.在文件系统中，文件的不同物理结构有不同的优缺点。在下列文件的物理结构中，不具有直接读写文件任意一个记录的能力的是（）。A.顺序结构B.链接结构C.索引结构D.以上都不是答案：B。链接结构的文件是通过指针将各个物理块链接起来的，要访问某个记录，必须从文件头开始依次遍历前面的记录，不具有直接读写文件任意一个记录的能力，选B。10.磁盘调度算法中，（）算法可能会随时改变移动臂的运动方向。A.电梯调度B.先来先服务C.扫描D.循环扫描答案：B。先来先服务算法是按照请求访问磁盘的先后顺序进行调度的，不考虑磁头的当前位置和移动方向，所以可能会随时改变移动臂的运动方向，选B。二、多项选择题（每题3分，共15分）1.操作系统的基本特征有（）。A.并发性B.共享性C.虚拟性D.异步性答案：ABCD。操作系统具有并发性，即多个进程可以在同一时间段内并发执行；共享性，多个进程可以共享系统的资源；虚拟性，通过某种技术将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物；异步性，进程的执行是不可预知的，以异步方式运行，所以ABCD都正确。2.以下哪些是进程的状态（）。A.就绪B.运行C.阻塞D.完成答案：ABC。进程通常有就绪、运行和阻塞三种基本状态，完成状态不属于进程的基本状态分类，所以选ABC。3.常见的进程同步机制有（）。A.信号量B.管程C.消息传递D.锁机制答案：ABCD。信号量可以通过P、V操作来实现进程的同步和互斥；管程是一种高级同步机制，将共享变量和对共享变量的操作封装在一起；消息传递可以实现进程间的同步和通信；锁机制通过加锁和解锁操作来保证进程对共享资源的互斥访问，所以ABCD都正确。4.以下属于文件逻辑结构的是（）。A.流式文件B.记录式文件C.连续文件D.索引文件答案：AB。流式文件和记录式文件是文件的逻辑结构，流式文件是无结构的字节流，记录式文件由若干记录组成；连续文件和索引文件是文件的物理结构，所以选AB。5.设备管理的主要功能有（）。A.设备分配B.设备处理C.缓冲管理D.虚拟设备答案：ABCD。设备管理的主要功能包括设备分配，合理地将设备分配给进程使用；设备处理，实现对设备的操作；缓冲管理，减少CPU与设备之间速度不匹配的问题；虚拟设备，将独享设备改造成共享设备，所以ABCD都正确。三、判断题（每题1分，共10分）1.多道程序设计是指在一台处理机上同一时刻运行多个程序。（）答案：错误。多道程序设计是指在一台处理机上同一时间段内运行多个程序，而不是同一时刻，同一时刻单处理机只能运行一个程序。2.进程是程序在操作系统中的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。（）答案：正确。进程具有动态性，是程序的一次执行过程，并且操作系统以进程为单位进行资源分配和调度。3.信号量的初值不能为负数。（）答案：正确。信号量的初值表示可用资源的初始数量，资源数量不能为负数，所以初值不能为负数。4.分页存储管理中，页的大小是固定的，且由操作系统决定。（）答案：正确。分页存储管理将内存和进程的地址空间都划分为固定大小的页，页的大小由操作系统确定。5.虚拟存储器的实现是基于程序的局部性原理。（）答案：正确。程序的局部性原理包括时间局部性和空间局部性，虚拟存储器利用这一原理，只将当前需要的部分程序和数据调入内存，而将其余部分存放在外存，实现了小内存运行大程序。6.文件系统中，文件的目录结构只有单级目录和多级目录两种。（）答案：错误。文件系统的目录结构除了单级目录和多级目录外，还有二级目录等，并且多级目录结构更为常见。7.磁盘的寻道时间是指磁头从当前位置移动到指定磁道所需要的时间。（）答案：正确。磁盘的寻道时间是影响磁盘访问时间的重要因素之一，就是磁头从当前位置移动到指定磁道所需的时间。8.设备独立性是指设备驱动程序独立于具体使用的物理设备。（）答案：正确。设备独立性使得用户程序与实际使用的物理设备无关，提高了设备分配的灵活性和可适应性。9.死锁是指两个或多个进程因竞争资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。（）答案：正确。这是死锁的基本定义，死锁会导致系统资源的浪费和进程的停滞。10.操作系统的主要目的是提高计算机的执行速度。（）答案：错误。操作系统的主要目的是管理计算机资源，提高资源的利用率和为用户提供方便的使用界面，而不是单纯提高计算机的执行速度。四、简答题（每题10分，共30分）1.简述操作系统的主要功能。答：操作系统的主要功能包括以下几个方面：处理机管理：主要任务是对处理机的时间进行合理分配，以提高处理机的利用率。包括进程控制，负责进程的创建、撤销、阻塞和唤醒等操作；进程同步，协调多个进程之间的执行顺序，保证系统的正确性；进程通信，实现进程之间的数据交换和信息传递；进程调度，按照一定的算法从就绪队列中选择一个进程投入运行。存储器管理：负责管理计算机的内存资源。包括内存分配，为进程分配所需的内存空间；内存保护，防止各进程之间相互干扰和破坏；内存扩充，通过虚拟存储技术，在逻辑上扩充内存容量，使用户可以运行比实际内存大的程序；地址映射，将程序的逻辑地址转换为物理地址。设备管理：对计算机的各种外部设备进行管理。包括设备分配，根据进程的请求，合理地将设备分配给进程使用；设备处理，实现对设备的操作和控制，包括设备驱动程序的管理；缓冲管理，在内存中设置缓冲区，以缓解CPU与设备之间速度不匹配的问题；虚拟设备，将独享设备改造成共享设备，提高设备的利用率。文件管理：负责管理计算机中的文件。包括文件的存储空间管理，为文件分配和回收存储空间；目录管理，建立和维护文件的目录结构，方便用户对文件的查找和访问；文件的读写管理，实现对文件的读写操作；文件的共享和保护，提供文件共享的机制，同时保证文件的安全性和完整性。用户接口：为用户提供使用计算机的界面。包括命令接口，用户通过输入命令来控制计算机的运行；程序接口，供程序员在编写程序时调用操作系统的功能；图形用户接口，以图形化的方式展示操作界面，使用户操作更加直观和方便。2.简述进程和线程的区别。答：进程和线程的区别主要体现在以下几个方面：调度：在传统的操作系统中，进程是系统进行资源分配和调度的基本单位，而线程是CPU调度和分派的基本单位。在引入线程的操作系统中，进程只作为除CPU之外的系统资源分配单位，线程则成为独立调度和分派的基本单位。线程的切换开销比进程小，因为线程共享进程的资源，切换时不需要切换进程的上下文。并发性：不仅进程之间可以并发执行，而且同一进程内的多个线程之间也可以并发执行，从而提高了系统的并发度和资源利用率。一个进程内的多个线程可以同时在多个CPU上并行执行，进一步提升了系统的性能。拥有资源：进程拥有自己独立的资源，包括内存空间、文件描述符等，而线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（如程序计数器、一组寄存器和栈），但它可以共享其所属进程的全部资源。系统开销：创建或撤销进程时，系统要为其分配或回收资源，如内存空间、I/O设备等，因此开销较大。而创建或撤销线程时，由于线程共享进程的资源，系统的开销相对较小。同时，进程之间的通信需要使用复杂的进程间通信机制（如管道、消息队列、共享内存等），而线程之间的通信可以通过直接访问共享的全局变量来实现，更加简单高效。独立性：进程有自己独立的内存空间和资源，一个进程的崩溃通常不会影响其他进程。而线程共享所属进程的资源，一个线程的崩溃可能会导致整个进程的崩溃，因为它们共享同一内存空间和执行环境。3.简述死锁产生的必要条件和解决死锁的方法。答：死锁产生的必要条件：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完释放。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。解决死锁的方法：预防死锁：通过破坏死锁产生的四个必要条件中的一个或几个来预防死锁的发生。例如，打破互斥条件，将独占资源改造成共享资源，但有些资源本身具有互斥性，很难实现；打破请求和保持条件，要求进程在申请资源时一次性申请所需的全部资源；打破不剥夺条件，当一个进程请求的资源被其他进程占用时，可以剥夺其他进程的资源；打破环路等待条件，对资源进行编号，进程按照编号顺序申请资源。避免死锁：在资源分配过程中，通过某种算法来判断此次分配是否会导致系统进入不安全状态，如果会，则拒绝分配。典型的算法是银行家算法，它通过检查系统的状态是否安全来决定是否分配资源，以避免死锁的发生。检测死锁：系统定期运行死锁检测程序，检查系统中是否存在死锁。检测死锁的方法通常是通过资源分配图等数据结构来判断是否存在环路，如果存在环路，则可能存在死锁。一旦检测到死锁，就需要采取相应的措施来解除死锁。解除死锁：当检测到死锁后，需要采取措施解除死锁。常见的方法有剥夺资源，从一些进程中剥夺足够的资源给死锁进程，以解除死锁；撤销进程，强制撤销一些死锁进程，释放它们占用的资源，使其他进程能够继续运行。五、综合应用题（每题12.5分，共25分）1.有5个进程P1、P2、P3、P4、P5，它们同时依次进入就绪队列，它们的优先数和需要的执行时间如下表所示。进程优先数执行时间（秒）P1310P211P342P451P525注：优先数越大，优先级越高。（1）写出采用优先级调度算法时，这5个进程的执行顺序。（2）计算在上述调度算法下，进程的平均周转时间和平均带权周转时间。解：（1）根据优先级调度算法，优先数越大优先级越高，所以进程的执行顺序为：P4->P3->P1->P5->P2。（2）周转时间计算：周转时间=完成时间到达时间，因为它们同时依次进入就绪队列，到达时间都为0。P4的执行时间为1秒，完成时间为1秒，周转时间T4=10=1秒。P3在P4执行完后开始执行，执行时间为2秒，完成时间为1+2=3秒，周转时间T3=30=3秒。P1在P3执行完后开始执行，执行时间为10秒，完成时间为3+10=13秒，周转时间T1=130=13秒。P5在P1执行完后开始执行，执行时间为5秒，完成时间为13+5=18秒，周转时间T5=180=18秒。P2在P5执行完后开始执行，执行时间为1秒，完成时间为18+1=19秒，周转时间T2=190=19秒。平均周转时间=(T1+T2+T3+T4+T5)/5=(13+19+3+1+18)/5=10.8秒。带权周转时间计算：带权周转时间=周转时间/执行时间。P4的带权周转时间W4=T4/执行时间4=1/1=1。P3的带权周转时间W3=T3/执行时间3=3/2=1.5。P1的带权周转时间W1=T1/执行时间1=13/10=1.3。P5的带权周转时间W5=T5/执行时间5=18/5=3.6。P2的带权周转时间W2=T2/执行时间2=19/1=19。平均带权周转时间=(W1+W2+W3+W4