《操作系统》第二学期期末试卷A (精选05)

一、 选择题（每题 1 分，共 25 分）

1. 在下列选项中，（ ）不属于操作系统提供给用户的可使用资源。
   • A. 中断机制
   • B. 处理机
   • C. 存储器
   • D. I/O 设备

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答案：A

解析： 本题考查操作系统的资源管理功能。 操作系统管理的资源主要包括：处理机（CPU）、存储器（内存）、I/O 设备以及文件（数据资源）。

• B, C, D 选项 均属于硬件资源，是由操作系统分配给用户程序使用的。
• A 逆向考查 中断机制是操作系统内部实现并发控制、设备交互和异常处理的硬件与软件交互机制，不属于可分配给用户的“资源”。

故选 A。

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难度: ⭐ 考点: #操作系统资源 #中断机制

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📖 相关公式与知识点:

• 操作系统的五大管理功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户接口。

思路分析

区分“机制”与“资源”。资源是实实在在被分配的对象，机制是底层的控制手段。

🔄 举一反三

1. 下列选项中，属于操作系统提供给用户的逻辑资源的是（ ）。

   • A. 打印机
   • B. 内存
   • C. 共享文件
   • D. CPU
     查看练习答案与解析

     答案：C 解析：文件属于软件/逻辑资源。

     :::: ::::

2. 实时操作系统必须在（ ）内处理完来自外部的事件。

   • A. 一个机器周期
   • B. 被控对象规定时间
   • C. 周转时间
   • D. 时间片

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答案：B

解析： 实时操作系统（RTOS）的核心特征是及时性和可靠性。它要求必须在**被控对象规定的时间（截止时间）**内响应并处理完毕。

故选 B。

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难度: ⭐ 考点: #实时操作系统 #及时性

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📖 相关公式与知识点:

• 硬实时：绝不能超时。
• 软实时：偶尔可超时。

易错点

易与追求时间片轮转的分时系统混淆。

🔄 举一反三

1. 实时系统最主要的目标是（ ）。

   • A. 提高资源利用率
   • B. 保证及时响应与处理
   • C. 提升用户交互体验
   • D. 节省硬件功耗
     查看练习答案与解析

     答案：B

     :::: ::::

2. 下列说法中，正确的是（ ）。

   • A. Linux 系统采用了微内核结构模型
   • B. OpenEuler 系统采用了层次结构模型
   • C. 华为鸿蒙操作系统是一款面向全场景的分布式操作系统
   • D. Windows系统采用了整体式结构模型

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答案：C

解析：

• A/B 选项：Linux 及 OpenEuler 均属宏内核。
• C 选项：鸿蒙基于微内核，面向全场景分布式。

故选 C。

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难度: ⭐⭐ 考点: #操作系统架构 #微内核

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思路分析

关注国产系统及现代分布式架构。

🔄 举一反三

1. 微内核架构的主要缺点是（ ）。

   • A. 灵活性差
   • B. 扩展困难
   • C. 进程间通信开销大
   • D. 硬件移植繁复
     查看练习答案与解析

     答案：C

     :::: ::::

2. 操作系统通常为用户提供多种接口，其中（ ）是专门给批处理系统用户使用。

   • A. shell 命令
   • B. 图形用户窗口
   • C. 系统调用
   • D. 作业控制语言

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答案：D

解析： 作业控制语言（JCL）专门用于脱机批处理作业的控制说明。

故选 D。

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难度: ⭐ 考点: #用户接口 #批处理

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📖 相关公式与知识点:

• 操作系统提供的用户接口类型：命令接口（CLI）、图形接口（GUI）、程序接口（系统调用）、批处理接口（JCL）。
• 系统调用是用户程序请求内核服务的唯一入口。

思路分析

区分各类接口的适用场景：JCL 专用于批处理，系统调用供程序员使用。

🔄 举一反三

1. 程序员在编写代码时请求内核服务，需使用（ ）。

   • A. GUI
   • B. 系统调用
   • C. CLI命令
   • D. 汇编指令
     查看练习答案与解析

     答案：B

     :::: ::::

2. 在单处理器系统中，不能并行的是（ ）。

   • A. 进程与进程
   • B. 处理器与设备
   • C. 处理器与通道
   • D. 设备与设备

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答案：A

解析： 单核 CPU 微观上在任一时刻只能执行一条指令，故进程间只能并发，不能并行。

故选 A。

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难度: ⭐ 考点: #并发与并行

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📖 相关公式与知识点:

• 并发：逻辑上的同时，单核 CPU 通过快速切换实现。
• 并行：物理上的同时，需要多核 CPU 或多台处理机。
• 单核系统中进程只能并发，不能并行。

易错点

并发是伪同时，并行是真同时。单核无并行。

🔄 举一反三

1. 并行的核心硬件条件是具备（ ）。

   • A. 大容量内存
   • B. 多个独立处理器或核心
   • C. 高速 I/O 设备
   • D. 高级总线
     查看练习答案与解析

     答案：B

     :::: ::::

2. 下列指令中，只能在管态下执行的有（ ）。 Ⅰ. 清空内存 Ⅱ. 设置时钟 Ⅲ. I/O 指令 Ⅳ. 访管指令

   • A. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
   • B. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
   • C. Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
   • D. Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ

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答案：A

解析：

• 特权指令：只能在管态（核心态）执行。Ⅰ（涉及内存保护）、Ⅱ（涉及系统时钟）、Ⅲ（涉及设备控制）均为特权指令。
• 非特权指令：用户态即可执行。Ⅳ 访管指令（Trap）是供用户程序发起系统调用的手段，必须在目态执行。

故选 A。

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难度: ⭐⭐ 考点: #特权指令 #访管指令

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易错点

误以为发起系统调用的“访管指令”在内核中运行，实际上它在用户态执行，用于触发状态切换。

🔄 举一反三

1. 下列不属于特权指令的是（ ）。

   • A. 关中断
   • B. 读系统时钟
   • C. 清内存
   • D. 修改页表基址
     查看练习答案与解析

     答案：B 解析：读时钟通常允许用户态执行，但“设置/修改”时钟是特权指令。

     :::: ::::

2. 处理 I/O 中断时，应该由操作系统保存的是（ ）。

   • A. 程序状态字内容
   • B. 通用寄存器的内容
   • C. 快表（TLB）中的内容
   • D. Cache 中的内容

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答案：B

解析：

• 硬件隐指令：自动保存程序计数器（PC）和程序状态字（PSW）。
• 操作系统软件：负责在中断服务程序起始阶段，将通用寄存器的内容压栈保存。

故选 B。

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难度: ⭐⭐ 考点: #中断上下文 #通用寄存器

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📖 相关公式与知识点:

• 中断发生时，硬件隐指令自动保存：程序计数器（PC）、程序状态字（PSW）。
• 操作系统软件负责保存：通用寄存器内容。
• 中断返回时恢复现场，继续执行被中断的进程。

易错点

硬件保存 PC/PSW，软件保存通用寄存器，两者分工不同，切勿混淆。

🔄 举一反三

1. 发生中断时，用于指示中断返回后继续执行指令的寄存器是（ ）。

   • A. PSW
   • B. PC
   • C. SP
   • D. BR
     查看练习答案与解析

     答案：B

     :::: ::::

2. 系统调用的执行过程主要有： $\textcircled{1}$ 返回用户态； $\textcircled{2}$ 执行访管指令； $\textcircled{3}$ 传递系统调用参数；$\textcircled{4}$ 执行相应的服务例程，则正确的执行顺序是（ ）。

   • A. ②③①④
   • B. ②④③①
   • C. ③②④①
   • D. ③④②①

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答案：C

解析： 系统调用发生的标准时序：传参（③） $\rightarrow$ 通过访管指令发起软中断（②） $\rightarrow$ 内核执行服务程序（④） $\rightarrow$ 恢复用户态并返回（①）。

故选 C。

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难度: ⭐ 考点: #系统调用流程

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📖 相关公式与知识点:

• 系统调用标准流程：传递参数 → 执行访管指令（陷入/Trap） → 内核执行服务例程 → 返回用户态。
• 访管指令在用户态执行，用于触发软中断切换到核心态。

思路分析

记住口诀：传参→访管→服务→返回。

🔄 举一反三

1. 用户程序通过执行（ ）指令来请求操作系统服务。

   • A. 访管指令（Trap）
   • B. 转移指令
   • C. I/O 指令
   • D. 停机指令
     查看练习答案与解析

     答案：A

     :::: ::::

2. OpenEuler 系统中的调度类不包括（ ）。

   • A. 空闲调度类
   • B. 实时调度类
   • C. 公平调度类
   • D. 优先调度类

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答案：D

解析： 现代 Linux/OpenEuler 调度框架中包含 Stop、Deadline、Real-time、CFS（完全公平）、Idle 调度类，不包含“优先调度类”。

故选 D。

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难度: ⭐⭐⭐ 考点: #OpenEuler #CFS

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思路分析

属于较偏的内核工程实现题目，主要区分调度算法（如高优先级算法）与内核实现模块。

🔄 举一反三

1. Linux 中负责调度普通进程的调度类是（ ）。

   • A. Idle
   • B. Real-time
   • C. CFS
   • D. Stop
     查看练习答案与解析

     答案：C

     :::: ::::

2. 关于抢占式优先级调度机制，以下说法错误的是（ ）。

   • A. 可以让紧迫任务得到最及时的处理
   • B. 适宜用在要求严格的实时系统中
   • C. 可以获得比较小的调度开销
   • D. 系统调度频率比较高

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答案：C

解析： 抢占式调度因为允许频繁打断、切换，带来了更大的上下文切换开销（调度开销）。

故选 C。

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难度: ⭐ 考点: #抢占式调度

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📖 相关公式与知识点:

• 抢占式调度：高优先级进程可剥夺低优先级进程的 CPU，响应快但调度开销大。
• 非抢占式调度：进程主动释放 CPU 后才切换，调度开销小但响应慢。
• 实时系统通常采用抢占式调度。

思路分析

抢占式 = 响应快 + 开销大；非抢占式 = 响应慢 + 开销小。

🔄 举一反三

1. 非抢占式调度相比抢占式调度的优点是（ ）。

   • A. 响应时间极短
   • B. 调度开销小
   • C. 适用于硬实时系统
   • D. 公平性高
     查看练习答案与解析

     答案：B

     :::: ::::

2. 在多对一的线程模型中，当一个多线程进程中的某个线程被阻塞后（ ）。

   • A. 该进程的其他线程仍可继续运行
   • B. 整个进程都将阻塞
   • C. 该阻塞线程将被撤销
   • D. 该阻塞线程将等待所属进程中其他线程运行完成后才能继续运行

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答案：B

解析： 在多对一模型中，多个用户级线程映射到一个内核级线程。操作系统只感知到内核级线程的存在。

• 当某用户线程发起系统调用导致内核级线程阻塞时，内核会判定整个进程被阻塞。

故选 B。

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难度: ⭐⭐ 考点: #线程模型 #用户级线程

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📖 相关公式与知识点:

• 多对一模型：多个用户级线程映射到 1 个内核级线程。一个线程阻塞 → 整个进程阻塞。
• 一对一模型：每个用户线程对应 1 个内核线程，并发性好但开销大。
• 多对多模型：多个用户线程映射到多个内核线程，兼顾并发性与开销。

易错点

多对一模型中，操作系统只感知内核线程，任一用户线程阻塞会导致整个进程被挂起。

🔄 举一反三

1. 在多对多模型中，若一个线程阻塞，其他线程（ ）。
   • A. 必然全部阻塞
   • B. 仍可继续运行
   • C. 自动被撤销
   • D. 切换到用户态
   查看练习答案与解析

   答案：B 解析：多对多模型将多个用户线程映射到同样或更少数量的内核线程。当一个内核线程因所映射的用户线程阻塞时，内核可以调度另一个内核线程来运行其他就绪的用户线程。

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2. 下面关于 fork（）系统调用的说法中，错误的是（ ）。

   • A. fork（）的返回值有三种情况
   • B. fork（）创建的子进程复制了父进程的地址空间
   • C. 父进程调用 fork（）创建子进程后，将进入睡眠状态等待子进程运行结束
   • D. fork（）采用了“写时复制”技术

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答案：C

解析：

• A 选项：返回值有三种（-1 出错，0 子进程，正数 父进程中返回子进程 PID）。
• C 选项错误：fork 后，父子进程是并发独立执行的。若想让父进程等待，必须显式调用 wait() 或 waitpid()。

故选 C。

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难度: ⭐⭐ 考点: #fork #写时复制

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• fork() 返回值三种情况：-1（创建失败）、0（子进程）、>0（父进程，返回子进程 PID）。
• 写时复制（Copy-on-Write）：fork 后父子共享物理页，仅当一方写入时才复制，延迟物理拷贝开销。
• fork 后父子进程并发执行，父进程需显式调用 wait() 才能等待子进程。

易错点

fork 后父进程不会自动等待子进程！必须显式调用 wait/waitpid。

🔄 举一反三

1. fork() 系统调用在子进程中的返回值是（ ）。
   • A. -1
   • B. 0
   • C. 子进程的 PID
   • D. 父进程的 PID
   查看练习答案与解析

   答案：B 解析：fork() 执行后，操作系统会分裂出一个全新的子进程。为了让父子进程能区分彼此执行不同逻辑，内核规定在子进程中 fork() 的返回值恒为 0，在父进程中返回创建出的子进程 PID。

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2. 下面不会引起进程撤销的事件是（ ）。

   • A. 进程正常运行结束
   • B. 父进程被撤销
   • C. 进程运行过程中发生越界错误
   • D. 进程请求资源失败

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答案：D

解析：

• A, B, C 均会导致进程终止（撤销）。
• D 选项：请求资源失败时，通常会导致进程进入阻塞态（等待资源），不会被操作系统直接撤销。

故选 D。

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难度: ⭐ 考点: #进程状态转换

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📖 相关公式与知识点:

• 进程三态模型：运行态、就绪态、阻塞态。
• 状态转换：阻塞 → 就绪（事件发生/唤醒）；就绪 → 运行（被调度）；运行 → 阻塞（等待 I/O）；运行 → 就绪（时间片完）。
• 请求资源失败 → 进入阻塞态（等待），不会被撤销。

思路分析

记住：资源请求失败 = 阻塞等待，不是撤销。只有正常运行结束、父进程撤销、越界错误才会导致进程撤销。

🔄 举一反三

1. 处于阻塞态的进程，在等待的事件发生后，将转换为什么状态？（ ）
   • A. 运行态
   • B. 就绪态
   • C. 撤销态
   • D. 挂起态
   查看练习答案与解析

   答案：B 解析：进程从等待状态（阻塞态）被唤醒（如 I/O 数据就绪）后，由于 CPU 可能正在执行其他进程，该进程必须先进入就绪队列排队，因此状态转换为就绪态。

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2. 关于进程同步机制，以下说法中不正确的是（ ）。

   • A. “禁止中断”方式实现互斥，只能用于单处理机系统
   • B. swap 指令可方便的实现进程间的互斥
   • C. TSL 指令实现互斥时存在“忙等”现象
   • D. swap 指令实现互斥时遵循了同步机制的四个原则

查看答案与解析

答案：D

解析：

• D 选项错误：使用 swap 或 TSL（硬件测试并设置）实现互斥，当未获取到锁时会一直循环检测（忙等），违反了“让权等待”的原则。

故选 D。

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难度: ⭐⭐ 考点: #进程同步原则 #硬件同步

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 同步机制四大原则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。 :::

🔄 举一反三

1. 临界区是指（ ）。
   • A. 进程中访问临界资源的代码段
   • B. 操作系统内部的核心数据
   • C. 互斥访问的硬件设备
   • D. 容易死锁的进程集合
   查看练习答案与解析

   答案：A 解析：临界资源是必须被互斥共享访问的物理或逻辑对象。而各个并发进程中，用于对这些资源实施读写操作的那部分“程序代码段”，被称为临界区。

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2. 下面关于死锁的说法中，正确的是（ ）。

   • A. 进程释放资源时可能导致死锁的发生
   • B. 即便系统处于安全状态下，也有可能发生死锁
   • C. 多个进程竞争资源出现了循环等待，系统可能出现死锁
   • D. 若系统中所有进程都进入阻塞状态，则系统必然发生了死锁

查看答案与解析

答案：C

解析：

• C 选项正确：循环等待是死锁的四个必要条件之一。
• A 选项：申请资源才可能死锁。
• B 选项：安全状态绝无死锁。
• D 选项：阻塞可能是在等 I/O，未必是死锁。

故选 C。

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难度: ⭐ 考点: #死锁条件

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 死锁四个必要条件：互斥条件、请求并保持条件、不可剥夺条件、循环等待条件。
• 四个条件必须同时满足才会死锁，破坏任一条件即可预防死锁。
• 安全状态一定不会死锁，不安全状态可能死锁。

易错点

注意是"不可剥夺"而非"可剥夺"；安全状态绝无死锁。

🔄 举一反三

1. 死锁的四个必要条件不包括（ ）。

   • A. 互斥条件
   • B. 请求并保持条件
   • C. 可剥夺条件
   • D. 循环等待条件
     查看练习答案与解析

     答案：C 解析：应为“不可剥夺条件”。

     :::: ::::

2. 操作系统是根据（ ）来对并发执行的进程进行控制和管理。

   • A. 进程的状态
   • B. 进程控制块
   • C. 信号量
   • D. 进程的优先级

查看答案与解析

答案：B

解析： **进程控制块（PCB）**是进程存在的唯一标志，内核通过 PCB 对进程的状态、资源进行全局控制。

故选 B。

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难度: ⭐ 考点: #PCB

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• **PCB（进程控制块）**是进程存在的唯一标志，操作系统通过 PCB 管理进程。
• PCB 包含信息：进程标识符（PID）、处理机状态（通用寄存器、PC、PSW）、进程调度信息（优先级、状态）、进程控制信息（资源清单、链接指针）。
• 进程实体 = 程序段 + 数据段 + PCB。

思路分析

PCB 是"进程的身份证"，内核通过 PCB 感知和管理进程。

🔄 举一反三

1. 进程实体由哪几部分组成？（ ）

   • A. 程序段、数据段、PCB
   • B. 处理机、内存、外部设备
   • C. 栈、堆、代码段
   • D. 线程、纤程、进程
     查看练习答案与解析

     答案：A

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2. 若一个进程的程序中有代码 ptr=malloc(1000)；则执行后 ptr 得到的是（ ）。

   • A. 进程分配到的内存地址
   • B. 进程分配到的虚拟地址
   • C. 进程的逻辑地址空间
   • D. 进程的物理地址空间

查看答案与解析

答案：B

解析： 现代操作系统采用了虚拟内存管理，用户程序在用户态下通过指针访问的，全部都是由内核映射后的虚拟地址（也称逻辑地址）。

故选 B。

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难度: ⭐⭐ 考点: #虚拟内存 #逻辑地址

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 用户程序访问的是虚拟地址（逻辑地址），由 **MMU（内存管理单元）**转换为物理地址。
• 虚拟内存使得进程的逻辑地址空间远大于物理内存。
• malloc() 返回的是虚拟地址，不是物理地址。

易错点

用户态程序永远只能看到虚拟地址，物理地址对用户透明。

🔄 举一反三

1. 将虚拟地址转换为物理地址的硬件机制是（ ）。

   • A. CPU
   • B. MMU（内存管理单元）
   • C. DMA
   • D. 寄存器
     查看练习答案与解析

     答案：B

     :::: ::::

2. 以下关于缓冲的说法，错误的是（ ）。

   • A. 缓冲能缓和 CPU 与 I/O 设备间速度不匹配的矛盾
   • B. 软件缓冲通常是在磁盘上分配一段空间来实现的
   • C. 缓冲能减少 I/O 操作对 CPU 的中断频率
   • D. 缓冲能协调数据处理单位和传输单位不匹配的问题

查看答案与解析

答案：B

解析：软件缓冲区通常是在**主存（RAM/内存）**中开辟的一段专用空间，而非磁盘空间。

故选 B。

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难度: ⭐ 考点: #缓冲技术

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 缓冲的三大作用：缓和 CPU 与 I/O 设备速度不匹配、减少 I/O 对 CPU 的中断频率、协调数据处理单位与传输单位不匹配。
• 软件缓冲区在内存（RAM）中开辟，不在磁盘上。
• 双缓冲可实现设备与 CPU 的并行处理。

易错点

软件缓冲在内存中，不在磁盘！磁盘上的叫 SPOOLing 井。

🔄 举一反三

1. 引入双缓冲机制的主要目的是（ ）。

   • A. 提高设备的物理传输速率
   • B. 实现设备与 CPU 的并行处理
   • C. 彻底消除数据溢出
   • D. 节省内存开销
     查看练习答案与解析

     答案：B

     :::: ::::

2. 在以下磁盘驱动调度算法中，（ ）算法可能会随时改变移动臂的运动方向。

   • A．SSTF
   • B. SCAN
   • C. CSCAN
   • D. FSCAN

查看答案与解析

答案：A

解析：

• **SSTF（最短寻找时间优先）**只看哪一个请求离当前磁头最近，因此会不断改变方向。
• SCAN/CSCAN 算法会有规律地向一个方向扫描。

故选 A。

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难度: ⭐⭐ 考点: #磁盘调度算法 #SSTF

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 常见磁盘调度算法：FCFS（先来先服务，简单但性能差）、SSTF（最短寻道优先，可能饥饿）、SCAN（电梯算法，单向扫描后折返）、CSCAN（单向扫描，到头后快速返回）。
• SSTF 会随时改变磁头方向；SCAN/CSCAN 有规律地单向扫描。

思路分析

SSTF 只看距离最近 → 方向随意；SCAN 像电梯 → 方向规律。

🔄 举一反三

1. 解决了 SSTF 算法中磁头“饥饿”现象的算法是（ ）。

   • A. FCFS
   • B. SCAN
   • C. 优先级调度
   • D. 轮转调度
     查看练习答案与解析

     答案：B

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2. 某文件系统采用位示图法管理外存储空间，每个磁盘块 4KB，已知一块磁盘容量为 40GB，则表示该磁盘所需位示图管理数据需要占用（ ）的内存空间。

   • A. 1280KB
   • B. 10240KB
   • C. 4096KB
   • D. 10MB

查看答案与解析

答案：A

解析：

1. 磁盘块数 = $40 \text{ GB} / 4 \text{ KB} = 10 \times 2^{20}$ 块。
2. 位示图 1 块对应 1 bit。
3. 总占用位数 = $10 \text{ M bit}$。
4. 内存占用 = $10 \times 2^{20} / 8 \text{ Byte} = 1.25 \text{ MB} = 1280 \text{ KB}$。

故选 A。

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难度: ⭐⭐ 考点: #位示图 #存储管理

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 1 GB = 1024 MB, 1 MB = 1024 KB。 :::

🔄 举一反三

1. 磁盘容量为 80GB，块大小 4KB，位示图占用多大空间？（ ）

   • A. 1280KB
   • B. 2560KB
   • C. 5120KB
   • D. 20MB
     查看练习答案与解析

     答案：B

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2. 在下面的 I/O 控制方式中，需要 CPU 干预最少的方式是（ ）。

   • A. 程序 I/O 方式
   • B. 中断驱动 I/O 控制方式
   • C. 直接存储器访问 DMA 控制方式
   • D. I/O 通道控制方式

查看答案与解析

答案：D

解析：

• 程序 I/O：CPU 轮询，干预最多。
• 中断驱动：以字为单位，每个字中断一次 CPU。
• DMA：以数据块为单位，每块中断一次 CPU。
• I/O 通道：CPU 仅需在整个数据传输的起始与结束时干预，干预最少。

故选 D。

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难度: ⭐ 考点: #I/O控制方式

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• I/O 控制方式（CPU 干预从多到少）：程序 I/O（CPU 轮询）> 中断驱动（每字中断）> DMA（每块中断）> I/O 通道（仅首尾中断）。
• DMA 适合高速块设备（磁盘），以数据块为单位传输。
• 通道方式 CPU 干预最少，效率最高。

思路分析

记住顺序：程序轮询 → 中断逐字 → DMA 逐块 → 通道首尾。

🔄 举一反三

1. 以字节（或字）为单位进行 CPU 与设备间数据交换的控制方式是（ ）。

   • A. 程序 I/O 与中断驱动
   • B. DMA 方式
   • C. 通道方式
   • D. SPOOLing
     查看练习答案与解析

     答案：A

     :::: ::::

2. Linux系统通常使用（ ）来分配小块内存空间。

   • A. 伙伴系统
   • B. slab 分配器
   • C. 位示图
   • D. 首次适应算法

查看答案与解析

答案：B

解析：

• 伙伴系统（Buddy System）：负责分配连续的大块物理内存（页框）。
• slab 分配器：基于伙伴系统，用于管理和分配内核中频繁使用的小对象（小块内存）。

故选 B。

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难度: ⭐⭐ 考点: #Linux内存管理 #slab

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 伙伴系统（Buddy System）：负责分配连续的大块物理页框，基本单位是页框。
• slab 分配器：基于伙伴系统，管理和分配内核中频繁使用的小对象（小块内存）。
• 两者分工：伙伴系统管"大块"，slab 管"小块"。

思路分析

伙伴系统 = 大块页框分配；slab = 小块内核对象分配。

🔄 举一反三

1. 伙伴系统的内存分配基本单位是（ ）。

   • A. 字节
   • B. 页框
   • C. 逻辑段
   • D. 物理块
     查看练习答案与解析

     答案：B

     :::: ::::

2. 以下（ ）设备适合采用 DMA 的 I/O 控制方式。

   • A．打印机
   • B. 键盘
   • C. 鼠标
   • D. 磁盘

查看答案与解析

答案：D

解析： DMA（直接内存访问）适用于传输速率极高、数据量大的块设备。磁盘属于高速块设备，最适合 DMA。

故选 D。

---

难度: ⭐ 考点: #DMA #块设备

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• DMA（直接存储器访问）：适合高速块设备（磁盘），以数据块为单位在内存与设备间传输数据。
• 字符设备（键盘、鼠标）：低速，按字符/字节传输，不适合 DMA。
• 设备分类：块设备（磁盘，可寻址，高速）、字符设备（键盘/鼠标/打印机，低速，流式）。

思路分析

DMA 选高速块设备；键盘鼠标是低速字符设备，用中断驱动即可。

🔄 举一反三

1. 键盘、鼠标属于哪类设备？（ ）

   • A. 高速块设备
   • B. 独占高速设备
   • C. 低速字符设备
   • D. 共享块设备
     查看练习答案与解析

     答案：C

     :::: ::::

2. 系统中采用 SPOOLing 技术的主要目的是（ ）。

   • A. 提供内存和磁盘之间的接口
   • B. 提高 CPU 和外设信息交换的速度
   • C. 减轻用户编程负担
   • D. 提高独占设备的利用率

查看答案与解析

答案：D

解析： SPOOLing（假脱机）技术通过在磁盘上设置输入输出井，将独占设备（如打印机）改造为虚拟共享设备，从而允许多个进程并发使用，大幅提高独占设备的利用率。

故选 D。

---

难度: ⭐⭐ 考点: #SPOOLing #虚拟设备

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• SPOOLing（假脱机）：将独占设备改造为共享虚拟设备，提高设备利用率。
• 核心组成：输入/输出井（磁盘空间）、输入/输出缓冲区（内存）、井管理程序。
• 典型应用：共享打印机。

易错点

SPOOLing 的核心组成不包括"磁盘索引节点"。

🔄 举一反三

1. SPOOLing 系统的核心组成部分不包括（ ）。
   • A. 输入井和输出井
   • B. 输入缓冲区和输出缓冲区
   • C. 井管理程序
   • D. 磁盘索引节点
     查看练习答案与解析

     答案：D

     :::: :::::

25. 若上面资源分配图中的进程之后不再有新的资源申请，则根据上图的状态可知最先能执行结束的进程是（ ）。
    • A. P4 或 P1
    • B. P3 或 P4
    • C. P2 或 P4
    • D. P1 或 P2

查看答案与解析

答案：C

解析：

1. 分析当前阻塞状态：
   • P4：已占有 R2 和 R3，无后续申请。当前不阻塞，可直接运行完毕。
   • P1：申请 R1（无空闲），阻塞。
   • P3：申请 R2（无空闲），阻塞。
   • P2：申请 R3。此时 R3 有 2 个实例（1 个分给 P4，1 个空闲）。P2 申请空闲的那个实例，不发生阻塞，可以直接获得资源并运行完毕。
2. 综上，P2 和 P4 均处于非阻塞状态，可以最先顺利执行结束。

故选 C。

---

难度: ⭐⭐⭐ 考点: #死锁定理 #资源分配图

💡 学习锦囊

思路分析

仔细看图，重点寻找没有发出“申请边”的进程（如 P4），以及虽然申请但目标资源仍有空闲实例的进程（如 P2）。

🔄 举一反三

1. 死锁定理用于（ ）。
   • A. 预防死锁
   • B. 避免死锁
   • C. 检测死锁
   • D. 解除死锁
     查看练习答案与解析

     答案：C 解析：死锁定理通过简化资源分配图来检测当前是否处于死锁状态。

     :::: :::::

二、 综合题（共 75 分）

1. （6分）“虚拟”体现在操作系统的各方面应用当中，请举出 2 个“虚拟”的例子，要求对各例子分别做简单分析说明。

查看答案与解析

评分标准： 举出合理例子每个 1.5 分，分析说明每个 1.5 分。满分 6 分。

参考答案：

1. 虚拟内存：
   • 分析：通过页表映射机制，将一部分速度较慢的外存（如硬盘）虚拟为内存使用。使得逻辑地址空间远大于实际物理内存，达到小内存运行大程序的效果。
2. 虚拟设备（如 SPOOLing 技术）：
   • 分析：在磁盘上开辟缓冲区，将独占的物理设备（如打印机）改造成共享的逻辑设备。允许多个进程同时向该设备输出数据，提高了设备利用率。

---

难度: ⭐ 考点: #操作系统虚拟化 #虚拟内存

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 操作系统"虚拟"的核心思想：通过复用（时分/空分）、映射（虚拟内存）等技术，将物理资源抽象为多个逻辑资源。
• 常见虚拟化实例：虚拟内存（外存当内存）、虚拟设备/SPOOLing（独占变共享）、虚拟机（一台物理机运行多 OS）。

思路分析

"虚拟"的本质是"用软件模拟硬件"或"用慢速资源模拟快速资源"。

🔄 举一反三

1. 操作系统中除了时间复用，还有哪种复用方式？请举例。
   查看练习答案与解析

   答案：空间复用。例如把内存分割成多个区域供不同进程使用（内存划分）。

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2. （14 分）在某个混合索引文件系统中，FCB 中有 iaddr[0]～iaddr[8] 共 9 个物理地址项，其中 iaddr[0]～iaddr[6]是 7 个直接地址项，iaddr[7]是 1 个一级索引项，iaddr[8]是 1 个二级索引项，一个盘块的大小是 4KB，每个盘块号占 4 个字节。假设需要读取的文件都已经打开，请回答以下问题：

（1）如果要读取 F1 文件 500KB 位置后的 1 个物理块数据，请问要启动多少次磁盘 I/O 操作？给出推算过程。 （2）如果要读取 F2 文件 16MB 位置后的 1 个物理块数据，需要用哪级索引？给出计算过程。 （3）分析这个混合索引系统的优缺点，并给出一种合理的改进思路。

查看答案与解析

评分标准：

• （1）小题推导 3 分，答案 1 分。共 4 分。
• （2）小题计算 3 分，答案 1 分。共 4 分。
• （3）优缺点各 2 分，改进思路 2 分。共 6 分。

参考答案：

• 基本数据推导：

  • 盘块大小 = $4 \text{ KB}$。
  • 每个盘块能存放的盘块号数量 = $4 \text{ KB} / 4 \text{ B} = 1024$ 个。
  • 直接地址寻址范围：$7 \times 4 \text{ KB} = 28 \text{ KB}$。
  • 一级索引寻址范围：$28 \text{ KB} + 1024 \times 4 \text{ KB} = 28 \text{ KB} + 4096 \text{ KB} = 4124 \text{ KB}$。

• （1）解答：

  • $500 \text{ KB}$ 介于 $28 \text{ KB}$ 和 $4124 \text{ KB}$ 之间，属于一级索引范围。
  • 读取一级索引范围的数据块，需要首先从磁盘调入该一级索引块（第 1 次 I/O），再通过索引号读取目标数据块（第 2 次 I/O）。
  • 结论：共需启动 2 次 磁盘 I/O 操作。

• （2）解答：

  • $16 \text{ MB} = 16384 \text{ KB}$。
  • 寻址越过了一级索引的上限（$4124 \text{ KB}$）。
  • 结论：需要使用 二级索引。

• （3）解答：

  • 优点：对于小文件寻址速度极快，无需额外读取索引块。
  • 缺点：大文件读取越往后寻址越慢，且单个文件体积存在上限（本例中约为 $4 \text{ GB}$）。
  • 改进思路：增加直接地址项的个数，或者引入三级索引及 Extent（区）管理。

---

难度: ⭐⭐⭐ 考点: #混合索引 #磁盘I/O

💡 学习锦囊

易错点

注意区分“已打开的文件”说明 FCB 在内存，计算索引 I/O 时千万不要再把读 FCB 本身的开销算进去。

🔄 举一反三

1. 若盘块号占 8 个字节，一个 4KB 盘块可存放多少盘块号？
   查看练习答案与解析

   答案：$4 \text{ KB} / 8 \text{ B} = 512$ 个。

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2. （11 分）一个 10MB 文件平均存储在磁盘第 50，78，121，24 和 116 号磁盘柱面的 12 个盘面上。假设当前磁头的位置在 100 磁盘柱面，磁头移动一个磁道柱面需要时间为 1ms，磁盘的转速为 7200rpm，磁盘的读取速度为 100MB/s，忽略其他需要的时间。请回答以下问题，要求给出计算过程：

（1）写出采用 FCFS 的寻道轨迹，并计算完全读取文件需要花费的时间。 （2）如果该文件平均存储在磁盘第 50，112，15，98，78，215，35，121，24 和 116 号磁盘柱面的 12 个盘面上，写出采用 SCAN 的寻道轨迹，并计算完全读取文件需要花费的时间。

查看答案与解析

评分标准：

• （1）小题轨迹 2 分，时间计算 3 分。共 5 分。
• （2）小题轨迹 2 分，时间计算 4 分。共 6 分。

参考答案：

• 常量准备：

  • 旋转周期 = $60 / 7200 = 8.33 \text{ ms}$，平均旋转延迟 $L = 8.33 / 2 \approx 4.17 \text{ ms}$。
  • 传输时间 $T = 10 \text{ MB} / 100 \text{ MB/s} = 0.1 \text{ s} = 100 \text{ ms}$。

• （1）FCFS 算法：

  • 轨迹：$100 \rightarrow 50 \rightarrow 78 \rightarrow 121 \rightarrow 24 \rightarrow 116$。
  • 寻道距离：$|100-50|+|50-78|+|78-121|+|121-24|+|24-116| = 50+28+43+97+92 = 310$ 柱面。
  • 寻道总时间：$310 \times 1 = 310 \text{ ms}$。
  • 总读取时间 = 寻道时间 + 5次平均延迟 + 传输时间 = $310 + 5 \times 4.17 + 100 = 430.85 \text{ ms}$。

• （2）SCAN（LOOK）算法（假设朝柱面号递增方向）：

  • 柱面集排序：15, 24, 35, 50, 78, 98, 112, 116, 121, 215。
  • 轨迹：$100 \rightarrow 112 \rightarrow 116 \rightarrow 121 \rightarrow 215 \rightarrow 98 \rightarrow 78 \rightarrow 50 \rightarrow 35 \rightarrow 24 \rightarrow 15$。
  • 寻道距离：$(215-100) + (215-15) = 115 + 200 = 315$ 柱面。
  • 寻道总时间：$315 \times 1 = 315 \text{ ms}$。
  • 涉及柱面数共 10 个。
  • 总读取时间 = $315 + 10 \times 4.17 + 100 = 456.7 \text{ ms}$。

---

难度: ⭐⭐⭐ 考点: #磁盘调度 #FCFS #SCAN

💡 学习锦囊

思路分析

磁盘总时间公式：$T = T_{寻道} + T_{旋转} + T_{传输}$。多柱面非连续分布时需累加多次旋转开销。

🔄 举一反三

1. 若磁头当前在 50 号柱面，请求序列为 30、70、90、20，采用 SCAN 算法（向增大方向），寻道轨迹是（ ）。
   • A. 50→70→90→30→20
   • B. 50→70→90→20→30
   • C. 50→30→20→70→90
   • D. 50→20→30→70→90
     查看练习答案与解析

     答案：A 解析：SCAN 向增大方向扫描：50→70→90（到头），然后折返：90→30→20。

     :::: ::::

4. （12 分）在一个 32 位分页内存管理系统中，有内存 1GB 被操作系统和多个进程共用，考虑进程需要的内存大小不确定，希望能尽可能多地并发运行进程，页面大小为 4KB，每次访存时间为 100ns，请分析回答如下问题：

（1）该系统是否需要采用多级页表机制，为什么？ （2）若采用二级页表，则逻辑地址结构是怎样的？ （3）请分别计算采用一级和二级页表时，一次访存的时间。 （4）基于（3）的计算结果，分析多级页表对系统有怎样的不良影响？ （5）请你提出一种解决或者改善（4）中问题的方案？

查看答案与解析

评分标准： （1）（2）（3）（4）（5）小题各 2-3 分。满分 12 分。

参考答案：

• （1）解答： 需要。32位地址空间中，单级页表共包含 $2^{32}/4\text{KB} = 10^6$ 个页表项，需要连续的 $4\text{MB}$ 物理空间存放。这与多进程并发对离散分配的要求相违背。
• （2）解答： 二级页表逻辑地址划分：页目录索引（10位） + 页表索引（10位） + 页内偏移（12位）。
• （3）解答：
  • 一级页表访存：1次查页表 + 1次查物理地址 = $100\text{ns} \times 2 = 200\text{ns}$。
  • 二级页表访存：2次查页表 + 1次查物理地址 = $100\text{ns} \times 3 = 300\text{ns}$。
• （4）解答： 降低了内存访问的速率（由 $200\text{ns}$ 退步至 $300\text{ns}$）。
• （5）解答： 引入 TLB（快表），将近期使用的页表映射缓存在高速缓冲寄存器中。

---

难度: ⭐⭐ 考点: #多级页表 #访存时间

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• N 级页表访存时间 = (N+1) × 单次访存时间（N 次查页表 + 1 次查物理地址）。
• 多级页表优点：离散存放页表，节省连续内存；缺点：增加访存次数，降低速度。
• TLB（快表/转换后备缓冲器）：缓存近期页表映射，大幅减少页表查询开销。

思路分析

多级页表 = 用时间换空间；TLB = 用硬件加速弥补时间损失。

🔄 举一反三

1. 64位操作系统中，页表通常分几级？
   查看练习答案与解析

   答案：通常采用 4 级或 5 级页表。

::::

2. （11 分）某计算机的逻辑地址空间和物理地址空间均为 64KB，按字节编址。若某进程最多需要 6 页数据存储空间，页的大小为 1KB，操作系统采用固定分配局部置换策略为该进程分配 4个页框。在时刻 260 前的该进程页面访问情况如下表所示。

页号	页框号	装入时刻	访问位
0	7	130	1
1	4	230	1
2	2	200	1
3	9	160	1

当该进程执行到 260 时刻时，要访问逻辑地址为 17CAH 的数据，请回答下列问题：

（1）该逻辑地址对应的页号是多少？（给出计算过程） （2）若此时查询指针指向 0 号页面，采用 Clock 置换算法，则该逻辑地址对应的物理地址是多少？（给出计算过程） （3）如果期望进一步改进 Clock 置换算法的性能，请给出一种改进方案，并分析你的方案对系统性能有何改进。

查看答案与解析

评分标准： （1）题 3 分，（2）题 5 分，（3）题 3 分。

参考答案：

• （1）解答：

  • 逻辑地址：$17\text{CAH} = 0001\ 0111\ 1100\ 1010\text{B}$。
  • 页面大小：$1\text{KB} = 2^{10}\text{B}$。
  • 取高 6 位为页号：$000101\text{B} = 5$。
  • 页号为 5。

• （2）解答：

  • 页号 5 不在内存中，触发缺页中断。
  • 采用 Clock 算法，从 0 号页开始扫描。因为初始所有页访问位均为 1：
    • 第一轮：0、1、2、3 页访问位均由 1 改为 0。指针回到 0。
    • 第二轮：0 页访问位为 0，选中 0 页进行置换。
  • 0 页原对应页框 7，故页框 7 被分配给页号 5。
  • $17\text{CAH}$ 页内偏移 = $17\text{CAH} \pmod{400\text{H}} = 3\text{CAH}$。
  • 物理地址 = 页框号 7 $\times 400\text{H} + 3\text{CAH} = 1\text{C00H} + 3\text{CAH} = 1\text{FCAH}$。

• （3）解答：

  • 改进型 Clock 算法：引入“修改位 M”。扫描时按 $(A=0, M=0) \rightarrow (A=0, M=1)$ 顺序寻找。优先淘汰未被修改的页面，可有效减少写回外存的磁盘 I/O 次数。

---

难度: ⭐⭐⭐ 考点: #Clock置换 #地址转换

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 逻辑地址 = 页号 + 页内偏移；物理地址 = 页框号 × 页面大小 + 页内偏移。
• Clock 置换算法：循环扫描访问位 A，A=1 则置 0 并跳过，A=0 则选中淘汰。
• 改进型 Clock：引入修改位 M，优先淘汰 (A=0, M=0) 的页面，减少写回磁盘开销。

思路分析

地址转换公式：页号 = 逻辑地址 / 页面大小；页内偏移 = 逻辑地址 % 页面大小。

🔄 举一反三

1. 若页面大小为 4KB，17CAH 的页号是？
   查看练习答案与解析

   答案：$17\text{CAH}/1000\text{H} = 1$。

::::

2. （11 分）某系统的调度设计目标是：1）紧迫性任务能得到最及时的处理；2）优先照顾磁盘 I/O 完成的进程；3）其次照顾其他 I/O 完成的进程；4）适当照顾计算量大的进程；5）系统应尽可能快的响应用户的请求；6）调度算法的运行开销与就绪进程数量无关。请设计满足该目标的调度方案，要求：

（1）说明系统中进程状态设置、调度相关进程队列设置情况； （2）详细描述调度方案的思路，并说明你的方案是如何满足上面各项调度性能要求的。

查看答案与解析

评分标准： （1）题 5 分，（2）题 6 分。

参考答案：

• （1）状态及队列设置：

  • 进程状态：运行态、就绪态、阻塞态。
  • 就绪队列：设置多级就绪队列（$Q_0, Q_1, Q_2 \dots$），各队列优先级从高到低，时间片从小到大。
  • 映射机制：为保证 $O(1)$ 调度开销，使用优先级位图（Bitmap）检索非空队列。

• （2）调度方案思路：

  1. 紧迫任务 & 快速响应：新进程统一进入 $Q_0$，抢占式执行。
  2. I/O 唤醒进程：磁盘 I/O 唤醒后提升至 $Q_1$；其他 I/O 提升至 $Q_2$。
  3. 计算大进程：时间片耗尽未完成则降级至 $Q_{n}$。

---

难度: ⭐⭐⭐ 考点: #调度算法设计 #MLFQ

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• 多级反馈队列（MLFQ）：设置多个优先级队列，高优先级短时间片，低优先级长时间片。
• 新进程进入最高优先级队列；时间片用完降级；I/O 完成提升优先级。
• 使用**优先级位图（Bitmap）**可实现 O(1) 调度开销，与就绪进程数量无关。

思路分析

MLFQ 核心思想：优待短进程和 I/O 密集型进程，适当照顾计算密集型进程。

🔄 举一反三

1. 多级反馈队列调度算法中，一个长进程最终会进入（ ）。
   • A. 最高优先级队列
   • B. 最低优先级队列
   • C. 中间优先级队列
   • D. 被撤销
     查看练习答案与解析

     答案：B 解析：长进程每次时间片用完都会被降级，最终落入最低优先级队列，获得最长的时间片。

     :::: ::::

7. （10 分）系统中有两个进程 P1 和 P2 并发执行，p1 完成 A、E、F 三个操作，P2 完成 B、C、D 三个操作。6 个操作间的执行顺序如下图所示，请回答下列问题：

（1）分析 P1 与 P2 两个进程间的同步关系，并说明信号量的作用及其初值。 （2）使用信号量机制实现 P1 和 P2 间的同步关系，写出伪代码，要求 P1 和 P2 的运行效率尽可能高。

查看答案与解析

评分标准： （1）小题 4 分，（2）小题 6 分。

参考答案：

• （1）同步关系：
  • 操作 A $\rightarrow$ 操作 C：跨进程同步，需信号量 $S_{AC}$（初值为 0）。
  • 操作 C $\rightarrow$ 操作 E：跨进程同步，需信号量 $S_{CE}$（初值为 0）。
• （2）伪代码实现：

  semaphore S_AC = 0;
  semaphore S_CE = 0;
  
  void P1() {
      执行 A;
      V(S_AC);
      P(S_CE);
      执行 E;
      执行 F;
  }
  
  void P2() {
      执行 B;
      P(S_AC);
      执行 C;
      V(S_CE);
      执行 D;
  }

---

难度: ⭐⭐⭐ 考点: #PV操作 #进程同步

💡 学习锦囊

📖 相关公式与知识点:

• P 操作（申请/等待）：S = S - 1；若 S < 0，进程阻塞进入等待队列。
• V 操作（释放/唤醒）：S = S + 1；若 S ≤ 0，唤醒等待队列中的一个进程。
• 信号量物理意义：S ≥ 0 表示可用资源数；S < 0 表示等待进程数。

思路分析

PV 操作必须成对出现：前驱关系的 P 对应后继的 V。

🔄 举一反三

1. 信号量的物理意义是什么？
   查看练习答案与解析

   答案：$S \ge 0$ 代表可用资源数；$S < 0$ 代表等待该资源的进程排队数。

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📝 答题区域

请考生将最终答案记录于下表中。

一、选择题（每题 1 分，共 25 分）

题号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
答案

题号	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
答案

题号	21	22	23	24	25
答案

二、综合题

• 详细步骤及答题请书写在纸质答题册上。