2022年上海师范大学计算机科学与技术专业《操作系统》科目期末试卷B(有答案)

2022年上海师范大学计算机科学与技术专业《操作系统》科目期末试
卷B（有答案）
一、选择题
1、已知某磁盘的平均转速为r秒/转，平均寻找时间为T秒，每个磁道可以存储的字节数为N，现向该磁盘读写b字节的数据，采用随机寻道的方法，每道的所有扇区组成一个簇，其平均访问时间是（）。

A.（r+T）b/N
B.b/NT
C.（b/N+T）
D.bT/N+r
2、在系统内存中设置磁盘缓冲区的主要11的是（）。

A.减少磁盘1/0次数，
B.减少平均寻道时间
C.提高磁盘数据可靠性
D.实现设备无关性
3、进程P1和P2均包含并发执行的线程，部分伪代码描述如下所
//进程P1 //进程P2
int x=0； int x=0；
Thread1（） Thread3（）
{int a； {int a：
a=1； a=x；
x+=1； x+=3；
Thread2（） Thread4（）
{ {
int a： int b, a
a=2； b=x；
x+=2； x1=4；
} }
下列选项中，需要互斥执行的操作是（）。

A. a=l与a=2
B. a=x与b=x
C. x+=1与x+=2
D. x+=1与x+=3
4、有若干并发进程均将一个共享变量count的值加1一次，那么有关count中的值的说法正确的是（）。

I.肯定有不正确的结果
II.肯定有正确的结果，
III.若控制这些并发进程互斥执行count加1操作，count中的值正确
A. I和III
B.II和III
C.III
D. I、II和III的说法均不正确
5、下列选项中，会导致进程从执行态变为就绪态的事件是（）。

A.执行P（wait）操作
B.中请内存失败
C.启动I/O设备
D.被高优先级进程抢占
6、使用修改位的目的是（）。

A.实现LRU页面置换算法
B.实现NRU页面置换算法
C.在快表中检查页面是否进入
D.检查页面是否最近被写过
7、操作系统中为实现多道程序并发，对内存管理可以有多种方式，其中代价最小的是
（）
A.分区管理
B.分页管理
C.分段管理
D.段页式管理
8、所谓（），是指将一个以上的作业放入内存，并且同时处于运行状态。

这些作业，
共享处理器的时间和外设及其他资源。

A.多重处理
B.多道程序设计
C.实时处理
D.并行执行
9、计算机开机后，操作系统最终被加载到（）。

A.BIOS
B.ROM
C.EPROM
D.RAM
10、下列关于SPOOLing的叙述中，不正确的是（）
A.SPOOLing系统中必须使用独占设备
B.SPOOLing系统加快了作业执行的速度
C.SPOOLing系统使独占设备变成了共享设备
D.SPOOLing系统利用了处理器与通道并行上作的能力
11、提高单机资源利用率的关键技术是（）。

A.SPOOLing技术
B.虚拟技术
C.交换技术
D.多道程序设计技术
12、系统管理设备是通过一些数据结构来进行的，下前的（）不属于设备管理数据结构。

A.FCB
B.DCT
C.SDT
D.COCT
二、填空题
13、把进程间用信件来交换信息的方式称为__________
14、现代计算机系统采用自成独立系统的能与主机并行工作的I/O结构，主存储器与外围设备之间传送信息的输入输出操作由__________完成。

由于它能独立完成输入输出操作，所以也称为__________。

15、文件存取方式主要取决于两个方面的因素，与__________有关和与__________有关。

16、批处理操作系统中，操作员根据作业需要把一批作业的有关信息输入计算机系统，操作系统选择作业并根据作业控制__________的要求自动控制作业的执行。

17、在分时兼批处理的计算机系统中，为了获得好的响应时间，总是优先调度__________
18、文件的目录由若干目录项组成，每个目录项中除了指出文件的名字和__________存取的物理地址外，还可包含如何__________和文件__________的信息。

19、主存储器与外围设备之间的__________操作称为输入输出操作。

20、采用层次式结构的操作系统通常把对一设备的管理放在__________。

三、判断题
21、进程间的互斥是一种特殊的同步关系. （）
22、文件目录必须常驻内存. （）
23、有m个进程的操作系统出现死锁时，死锁进程的个数为1<k<m. （）
24、系统处于不安全状态不一定是死锁状态. （）
25、清内存指令只能在管态下执行. （）
26、对文件进行读写前，要先打开文件. （）
27、引入缓冲的主要目的是提高I/0设备的利用率. （）
28、进程获得处理机而运行是通过申请而得到的. （）
29、进程状态的转换是由操作系统完成的，对用户是透明的. （）
30、执行系统调用时可以被中断. （）
四、名词解释题
31、互斥：
32、抢占式调度：
33、饥饿：
34、文件的物理组织：
35、快表：
36、中断屏蔽：是指在提出中断请求之后，cpu不予响应的状态。

它常常用来在处理某个中断时防止同级中断的干扰，或在处理一段不可分割的、必须连续执行的程序时防止意外事件把它打断。

五、简答题
37、系统调用的执行过程分可分为哪几步？
38、试比较进程调度与作业调度的不同点。

39、什么是死锁？产生死锁的四个必要条件是什么？
40、什么是动态重定位？如何实现？
41、UNIX/Linux文件系统的主要特点是什么
六、综合题
42、一台计算机有4个页框，装入时间、上次引用时间、它们的R（读）与M（修改）位见表（时间单位：个时钟周期），请问NRU，FIFO、LRU和第二次机会算法将分别替换哪一页？
43、在实现文件系统时，为加快文件目录的检索速度，可利用文件控制块分解法。

假设目录文件存放在磁盘上，每个盘块512B。

文件控制块占64B，其中文件名占
8B。

通常将文件控制块分解成两部分：第一部分占10B（包括文件名和文件内部号），第二部分占56B（包括文件内部号和文件其他描述信息）。

1）假设某一目录求文件共有254个文件控制块，试分别给出采用分解法前和分解法后，查找该日录文件的某一个文件控制块的平均访问磁盘次数（假设访问每个文件控制块的概率相等，结果保留到小数后两位）。

2）一般地，若目录文件分解前占用n个盘块，则分解后改用m个盘块存放文件名和文件内部号部分。

若要使访问磁盘次数减少，m、n应满足什么条件（假设
访问每个文件控制块的概率相等，且圾后一个盘块刚好放满文件控制块）？
44、4个哲学家甲、乙、丙、丁，坐在圆桌前思考问题。

甲乙间有筷子0，乙丙间
有筷子1，依次类推。

每个哲学家饥饿时，就试图取用两边的筷子，只有两根筷了
都被拿到才开始进餐。

请用P、V操作写出哲学家活动的同步执行程序。

45、I/O控制方式可用哪儿种方式实现？各有什么优缺点？
参考答案
一、选择题
1、A
2、A
3、C
4、C
5、D
6、D
7、A
8、B
9、D
10、D
11、D
12、A
二、填空题
13、【答案】信箱通信
14、【答案】通道、输入输出处理机
15、【答案】文件管理、设备管理
16、【答案】说明书
17、【答案】终端作业（或前台作业）
18、【答案】文件、控制、管理
19、【答案】信息传送
20、【答案】最内层
三、判断题
21、【答案】：对
22、【答案】：错
23、【答案】：对
24、【答案】：对
25、【答案】：对
26、【答案】：对
27、【答案】：错
28、【答案】：错
29、【答案】：对
30、【答案】：对
四、名词解释题
31、互斥：
在逻辑上本来完全独立的进程，由于竞争同一个资源而产生的相互制约的关系。

32、抢占式调度：
当一个进程正在执行时，系统基于某种策略强行将处理机从占有者进程剥夺而分配给另一个进程的调度。

这种调度方式系统开销大，但系统能及时响应请求。

33、饥饿：
在系统中，每个资源占有者都在有限时间内释放它所占有的资源，但资源中存在某些申请
者由于某种原因却永远得不到资源的一种错误现象。

34、文件的物理组织：
文件在存储设备上的存储组织形式称为文件的物理组织
35、快表：
为了提高地址变换速度，在地址变换机构中增设一个具有并行查找能力的高速缓冲存储器，用以存放当前访问的页表项。

这样的高速缓冲存储器就是快表。

36、中断屏蔽：是指在提出中断请求之后，cpu不予响应的状态。

它常常用来在处理某个中断时防止同级中断的干扰，或在处理一段不可分割的、必须连续执行的程序时防止意外
事件把它打断。

五、简答题
37、答：系统调用的执行过程分成以下几步：（1）设置系统调用号和参数；（2）系统
调用命令的一般性处理；（3）系统调用命令处理程序做具体处理。

38、答：（1）作业调度是宏观调度，它决定了哪一个作业能进入主存.进程调度是微观调度，它决定各作业中的哪一个进程占有中央处理机.（2）作业调度是选符合条件的收容态
作业装入内存.进程调度是从就绪态进程中选一个占用处理机.
39、答：死锁：当某进程提出资源申请后，使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态，在无外力作用下，永远不能再继续前进。

产生死锁的必要条件：互斥使用资源，占用并等
待资源，不可抢夺资源和循环等待资源
40、答：动态重定位是指在程序执行期间，随着每条指令和数据的访问，自动的、连续的进行映射。

具体实现过程为：当某个进程取得CPU控制权时，OS应负责把该作业程序在主存中的起始地址送入重定位寄存器中之后，每次访问存储器时，重定位寄存区的内容将
被自动加到逻辑地址中区，经这样变换后，执行结果是正确的。

41、答：UNIX/Linux文件系统的主要特点有：（1）UNIX 或Linux文件系统的目录组织是一个树形结构；（2）文件本身是无结构的字符流；（3）UNIX或Linux文件系统把外
部设备做成特殊文件，与普通文件一并进行管理
六、综合题
42、【解析】
1）NRU算法是从最近一个时期内未被访问过的页中任选一页淘汰。

根据题表3-15所示，只有第0页的R和M位均为0，故第0页是最近…个时期内未被访问的页，所以NRU算法将淘汰第0页。

2）FIFO算法淘汰最先进入内存的页。

由题表3-15所示可知，第2页最先进入内存（装入时间最小），故FIFO算法将淘汰第2页。

3）LRU算法淘汰最近最久未用的页。

根据题表3-15所示，最近最久未使用的页（上次，引用时间最小）是第1页，故LRU算法将淘汰第1页。

4）第二次机会算法是淘汰一个自上，次对它检查以来没有被访问过的页。

根据题表3-15所示可知，自上一次对它检查以来只有第0页未被访问过（R和M均为0），故第二次机会算法将淘汰第0页。

43、【解析】
注意：因为原本整个文件控制块都是在目录中的，而文件控制块分解法将文件控制块的部分内容放在了目录外，所以检索完目录后别忘了还需要读取一个磁盘找齐所有文件控制块的内容。

1）分解法前，每个盐块最多可容纳的文件控制块数目为512/64=8。

现在有254个文件控制块，254=31×8+6，即需要32块物理块，H最后一块物理块存放了6个文件控制块，没有放满。

所找的目录项在第i块物理块所需的磁盘访问次数为i，又由假设知道，访问每个文件控制块的概率相等，所以给出计算式子如下
[8×（1+2+3+…+31）+6×32]/254=16.38（次）
分解法后，每个盘块最多可容纳的文件控制块数目为512/10=51，现在有254个文件控制块，254=51×4+50，即需要5块物理块，且最后一块物理块存放了50个文件控制块，也没有放满。

所找的目录项在第i块物理块所需的磁监访问次数为i+1，所以给出计算式子如下
[51×（2+3+4+5）+40×6]/254=3.99（次）
2）分解法前平均访问磁盘次数为
（1+2+3+…n）/n=n×（n+1）/2/n=（n+1）/2（次）
分解法后平均访问磁盘次数为，
[2+3+4+…+（m+1）]/m=m×（m+3）/2/m=（m+3）/2（次）
为了使访问磁盘次数减少，显然需要
（m+3）/2<（n+1）/2，即m<n-2
44、【解析】设置4个信号量：chopstick0，chopstickl、chopstick2 和chopstick3，初值为1，分别表示筷了是否可用。

Po~P3表示4人活动的进程。

Semaphore chopsticko=chopstickl=chopstick2=chopstick3=1；
P0（）
{
While（true）
{
P（chopstick3）
P（chopstick0）；
V(chopstick3）；
V(chopstickD）；
While（true）
{
P（chopstick1）
P（chopstick0）；
V（chopstickl）；
V (chopstick0）；
P2（）
{
While（true）
{
P(chopstick1）：
P（chopstick2）；
V（chopstickl）；
V（chopstick2）；
P3（）
While（true）
{
P（chopstick3）：
P（chopstick2）：
v（chopstick3）；
v（chopstick2）
}
}
本题是典型的哲学家进餐问题。

为避免4个哲学家间时饥饿而各白拿起一根筷子，结果都因陷入无限期等待而死锁，本题采用的方法是甲、丙先拿起各自右边的筷子，然后拿左边的筷子，而乙、丁则相反（设想哲学家都面对圆桌而坐）。

另外，解决死锁的方法还有：①至多只允许（n-1）个哲学家同时进餐，以保证至少一个哲学家能拥有两根筷了而可以进餐，最终会释放出他所使用的筷子，从而更多人可以进餐。

②仅当哲学家的左右两根筷子同时可用时，才允许其拿起筷子进餐。

下面给出至多允许3个哲学家进餐的解法，其中使用了信号量数组（信号量数组易于理解，书中没有展开详细叙述）：
semaphore chopstick[4]=（1，1，1，1）；
semaphore S=3；
P（i）
While（true）
{
P（s）：
P（chopstick[i]）；
P（chopstick[i+3]mod 4）；
V（chopstick[i]）；
V（chopstick[i+3]mod 4）；
V（s）：
}
}
45、【解析】I/O控制方式的实现有4种方式，即程序I/O方式、中断控制方式、DMA控制方式和通道控制方式。

程序I/O方式：其优点是控制简单，不需要很多硬件支持。

但CPU和外设之间只能串行工作，并且CPU的大部分时间处于循环测试状态，这使得CPU的利用率大大降低：CPU在一段时间内只能和一台外设交换数据信息，从而不能实现设备之间的并行工作：由于程序I/O方式依靠测试设备状态标志来控制数据传送，因此无法发现和处理因设备或其他硬件所产生的错误。

所以，程序I/O方式只适用于执行速度较慢且外设少的系统。

中断控制方式：其优点是能实现CPU和设备、设备与设备间的并行操作，CPU的利用率比程序I/O方式有了很大提高。

但I/O控制器的数据缓冲寄存器通常
较小，且数据缓冲寄存器装满数据后将会发出中断，因此一次数据传送过程会中断较多次，消耗了大量CPU时问；若系统中配置的外设数目较多，且都以中断方式
进行控制，则将消耗大量CPU时间或因为CPU来不及处理而造成数据丢失。

DMA控制方式：与中断控制方式相比，DMA控制方式的优点是在一批数据
传送完成后中断CPU，从而大大减少了CPU进行中断处理的次数，并且DMA控制
方式下的数据传送是在DMA控制器控制下完成的，在数据传输过程中无须CPU干预。

但DMA方式仍有一定的局限，如对外设的管理和某些操作仍由CPU控制，且
多个DMA控制器的使用也不经济。

通道控制方式：通道是一个专管输入输出工作
的处理器。

在通道控制方式下，CPU只需发出I/O指令，通道就能完成相应的I/O
操作，并在I/O操作结束时向CPU发出中断信号。

由此可见，CPU仅在I/O操作开
始和结束时花极短的时间处理与I/O操作有关的事宜，其余时间都与通道并行工作，此外，一个通道还能控制多台设备。

但是通道价格较高，从经济的角度出发不宜过多使用。