操作系統(tǒng)模擬練習(xí)題+答案

操作系統(tǒng)模擬練習(xí)題+答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.進(jìn)程從運(yùn)行態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞態(tài)的可能原因是（）。A.時間片用完B.被調(diào)度程序選中C.等待某資源可用D.進(jìn)程執(zhí)行完畢2.在分頁存儲管理中，頁表的作用是（）。A.記錄內(nèi)存空閑塊B.實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的映射C.管理文件存儲位置D.記錄進(jìn)程狀態(tài)信息3.下列磁盤調(diào)度算法中，可能導(dǎo)致“饑餓”現(xiàn)象的是（）。A.先來先服務(wù)（FCFS）B.最短尋道時間優(yōu)先（SSTF）C.掃描算法（SCAN）D.循環(huán)掃描（CSCAN）4.虛擬內(nèi)存的理論基礎(chǔ)是（）。A.局部性原理B.交換技術(shù)C.覆蓋技術(shù)D.動態(tài)鏈接5.若系統(tǒng)中有n個進(jìn)程共享m臺打印機(jī)，且每個進(jìn)程最多需要k臺打印機(jī)，則系統(tǒng)不發(fā)生死鎖的最少打印機(jī)數(shù)量是（）。A.n(k-1)+1B.n(k-1)C.m≥nD.m≥k6.文件的邏輯結(jié)構(gòu)分為流式文件和（）。A.順序文件B.記錄式文件C.索引文件D.直接文件7.在信號量機(jī)制中，若信號量S的初值為3，當(dāng)前值為-2，則表示（）。A.有3個進(jìn)程在等待該資源B.有2個進(jìn)程在等待該資源C.系統(tǒng)中有3個可用資源D.系統(tǒng)中有2個可用資源8.線程與進(jìn)程的根本區(qū)別是（）。A.線程擁有獨(dú)立的地址空間B.進(jìn)程是資源分配的基本單位，線程是調(diào)度的基本單位C.線程不能并發(fā)執(zhí)行D.進(jìn)程的創(chuàng)建開銷小于線程9.在多級反饋隊列調(diào)度算法中，若某進(jìn)程在低優(yōu)先級隊列中等待時間過長，系統(tǒng)會將其提升到高優(yōu)先級隊列，這是為了（）。A.減少調(diào)度時間B.避免饑餓C.提高吞吐量D.降低平均周轉(zhuǎn)時間10.設(shè)備管理中的“通道”是一種（）。A.特殊的I/O設(shè)備B.用于連接CPU和內(nèi)存的硬件C.專用的I/O處理機(jī)D.存儲設(shè)備的邏輯抽象二、填空題（每空1分，共15分）1.進(jìn)程的三種基本狀態(tài)是運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)和（）。2.臨界資源是指（）的資源。3.虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)需要（）和（）的支持，前者負(fù)責(zé)地址轉(zhuǎn)換，后者負(fù)責(zé)頁面換入換出。4.文件的物理結(jié)構(gòu)通常包括順序結(jié)構(gòu)、（）和（）三種。5.死鎖產(chǎn)生的四個必要條件是互斥條件、（）、不可搶占條件和（）。6.磁盤訪問時間由（）、（）和數(shù)據(jù)傳輸時間三部分組成。7.線程可分為用戶級線程和（），前者的調(diào)度由（）完成，后者的調(diào)度由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成。8.在分頁存儲管理中，邏輯地址空間被劃分為大小相等的（），物理地址空間被劃分為大小相等的（）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述進(jìn)程調(diào)度與作業(yè)調(diào)度的區(qū)別。2.比較分頁存儲管理與分段存儲管理的異同。3.說明死鎖避免與死鎖預(yù)防的區(qū)別，并列舉死鎖預(yù)防的四種策略。4.解釋SPOOLing技術(shù)的工作原理及其在設(shè)備管理中的作用。5.文件系統(tǒng)中，目錄管理需要滿足哪些基本要求？四、綜合分析題（共35分）1.（10分）假設(shè)系統(tǒng)中有4個進(jìn)程P1、P2、P3、P4，它們的到達(dá)時間和運(yùn)行時間如下表所示：進(jìn)程到達(dá)時間（ms）運(yùn)行時間（ms）P108P224P345P453分別計算采用先來先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF，非搶占）調(diào)度算法時的平均周轉(zhuǎn)時間（周轉(zhuǎn)時間=完成時間-到達(dá)時間）。2.（10分）某系統(tǒng)采用分頁存儲管理，頁面大小為4KB，邏輯地址空間為16位，頁表如下所示：頁號物理塊號05132732（1）邏輯地址的頁號和頁內(nèi)偏移量各占多少位？（2）計算邏輯地址0x3A40（十六進(jìn)制）對應(yīng)的物理地址（十六進(jìn)制）。3.（8分）某系統(tǒng)有R1、R2兩類資源，數(shù)量分別為3個和4個。當(dāng)前資源分配情況如下：進(jìn)程已分配資源（R1,R2）最大需求（R1,R2）剩余資源（R1,R2）P1(1,2)(2,3)(1,1)P2(1,1)(3,3)P3(0,1)(1,2)（1）計算各進(jìn)程的需求矩陣（還需要的資源）。（2）判斷當(dāng)前系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，若安全，給出一個安全序列。4.（7分）某磁盤共有200個磁道（0-199），當(dāng)前磁頭位于50號磁道，移動方向?yàn)橄虼诺捞栐黾拥姆较颉，F(xiàn)有訪問請求序列：90、10、150、30、180、60。分別計算采用SCAN算法和CSCAN算法時的總尋道次數(shù)。答案一、單項選擇題1.C（進(jìn)程因等待資源（如I/O）從運(yùn)行態(tài)轉(zhuǎn)為阻塞態(tài)；時間片用完轉(zhuǎn)為就緒態(tài)，執(zhí)行完畢轉(zhuǎn)為終止態(tài)）。2.B（分頁系統(tǒng)中，頁表記錄邏輯頁號到物理塊號的映射，用于地址轉(zhuǎn)換）。3.B（SSTF優(yōu)先處理距離近的請求，可能使遠(yuǎn)處請求長期等待，導(dǎo)致饑餓）。4.A（虛擬內(nèi)存利用程序運(yùn)行的局部性（時間、空間），僅加載部分頁面到內(nèi)存）。5.A（死鎖避免條件：總資源數(shù)≥n(k-1)+1，此時至少有一個進(jìn)程可獲得所有資源并釋放）。6.B（文件邏輯結(jié)構(gòu)分為流式（無結(jié)構(gòu)）和記錄式（有結(jié)構(gòu)））。7.B（信號量S≤0時，|S|表示等待該資源的進(jìn)程數(shù)；S初值3，當(dāng)前-2，說明3-2=1個資源被占用，2個進(jìn)程等待）。8.B（進(jìn)程是資源分配單位，線程是調(diào)度單位；線程共享進(jìn)程地址空間，創(chuàng)建開銷更小）。9.B（多級反饋隊列通過提升長期等待進(jìn)程的優(yōu)先級，避免低優(yōu)先級進(jìn)程饑餓）。10.C（通道是獨(dú)立于CPU的專用I/O處理機(jī)，負(fù)責(zé)控制I/O設(shè)備與內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸）。二、填空題1.阻塞態(tài)2.同一時間僅允許一個進(jìn)程訪問3.頁表（或地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)）；缺頁中斷機(jī)制（或頁面置換算法）4.鏈接結(jié)構(gòu)；索引結(jié)構(gòu)5.請求和保持條件；循環(huán)等待條件6.尋道時間；旋轉(zhuǎn)延遲時間7.內(nèi)核級線程；用戶空間的線程庫8.頁；塊（或幀）三、簡答題1.進(jìn)程調(diào)度與作業(yè)調(diào)度的區(qū)別：層次不同：作業(yè)調(diào)度是高級調(diào)度，決定哪些作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存；進(jìn)程調(diào)度是低級調(diào)度，決定哪個進(jìn)程獲得CPU。對象不同：作業(yè)調(diào)度處理外存中的作業(yè)，進(jìn)程調(diào)度處理內(nèi)存中的進(jìn)程。頻率不同：進(jìn)程調(diào)度頻率高（毫秒級），作業(yè)調(diào)度頻率低（分鐘級）。2.分頁與分段的異同：相同點(diǎn)：均采用離散分配方式，通過地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的映射。不同點(diǎn)：分頁是物理劃分（頁面大小固定），目的是提高內(nèi)存利用率；分段是邏輯劃分（段長可變），目的是滿足程序的模塊化需求。分頁的邏輯地址是一維的（頁號+頁內(nèi)偏移），分段的邏輯地址是二維的（段號+段內(nèi)偏移）。頁表記錄頁到塊的映射，段表記錄段基址和段長。3.死鎖避免與預(yù)防的區(qū)別：死鎖預(yù)防通過破壞死鎖必要條件（如互斥、請求保持等），確保死鎖不可能發(fā)生；死鎖避免通過動態(tài)檢查資源分配狀態(tài)（如銀行家算法），避免進(jìn)入不安全狀態(tài)。死鎖預(yù)防的四種策略：破壞互斥條件（如共享設(shè)備）；破壞請求和保持條件（一次性分配所有資源）；破壞不可搶占條件（允許搶占資源）；破壞循環(huán)等待條件（資源有序分配）。4.SPOOLing技術(shù)的工作原理及作用：原理：利用磁盤作為虛擬設(shè)備，將獨(dú)占設(shè)備（如打印機(jī)）轉(zhuǎn)換為共享設(shè)備。通過輸入井（緩存輸入數(shù)據(jù)）和輸出井（緩存輸出數(shù)據(jù)），使進(jìn)程的I/O操作與實(shí)際設(shè)備分離。作用：提高設(shè)備利用率（多個進(jìn)程可“同時”使用獨(dú)占設(shè)備）；減少進(jìn)程等待時間（I/O操作由SPOOLing系統(tǒng)后臺完成，進(jìn)程無需阻塞等待）；實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備（將物理設(shè)備映射為多個邏輯設(shè)備）。5.目錄管理的基本要求：實(shí)現(xiàn)“按名存取”（根據(jù)文件名快速找到文件物理地址）；提高目錄檢索效率（如采用哈希表、多級目錄結(jié)構(gòu)）；允許文件共享（硬鏈接或符號鏈接）；支持文件重名（如多級目錄中不同目錄下可存在同名文件）；便于文件管理（如創(chuàng)建、刪除、修改目錄項）。四、綜合分析題1.（1）FCFS調(diào)度順序：P1→P2→P3→P4（按到達(dá)時間順序）。P1：到達(dá)0，運(yùn)行8，完成8，周轉(zhuǎn)時間8-0=8；P2：到達(dá)2，等待到8開始運(yùn)行，完成8+4=12，周轉(zhuǎn)12-2=10；P3：到達(dá)4，等待到12開始運(yùn)行，完成12+5=17，周轉(zhuǎn)17-4=13；P4：到達(dá)5，等待到17開始運(yùn)行，完成17+3=20，周轉(zhuǎn)20-5=15；平均周轉(zhuǎn)時間：(8+10+13+15)/4=46/4=11.5ms。（2）SJF（非搶占）調(diào)度順序：P1（0到達(dá)，運(yùn)行8）→P2（2到達(dá)，運(yùn)行4）→P4（5到達(dá)，運(yùn)行3）→P3（4到達(dá)，運(yùn)行5）。P1：完成8，周轉(zhuǎn)8；P2：到達(dá)2，P1完成后（8）開始運(yùn)行，完成8+4=12，周轉(zhuǎn)10；P4：到達(dá)5，P2完成后（12）開始運(yùn)行，完成12+3=15，周轉(zhuǎn)15-5=10；P3：到達(dá)4，P4完成后（15）開始運(yùn)行，完成15+5=20，周轉(zhuǎn)20-4=16；平均周轉(zhuǎn)時間：(8+10+10+16)/4=44/4=11ms。2.（1）頁面大小4KB=212B，頁內(nèi)偏移占12位；邏輯地址16位，頁號占16-12=4位（0-15頁）。（2）邏輯地址0x3A40轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：0011101001000000。頁號：前4位0011（3），頁內(nèi)偏移：后12位101001000000（0xA40）。查頁表，頁號3對應(yīng)物理塊號2，物理塊號2的起始地址=2×4KB=8KB=0x2000。物理地址=0x2000+0xA40=0x2A40。3.（1）需求矩陣=最大需求-已分配資源：P1：(2-1,3-2)=(1,1)；P2：(3-1,3-1)=(2,2)；P3：(1-0,2-1)=(1,1)。（2）剩余資源(1,1)。檢查是否存在安全序列：P1需求(1,1)≤剩余(1,1)，分配后釋放資源，剩余變?yōu)?1+1,1+2)=(2,3)；P3需求(1,1)≤(2,3)，分配后釋放，剩余變?yōu)?2+0,3+1)=(2,4)；P2需求(2,2)≤(2,4)，分配后釋放，剩余變?yōu)?2+1,4+1)=(3,5)（超過系統(tǒng)總資源，不影響安全判斷）。安全序列為P1→P3→P2，系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。4.SCAN算法（磁頭向號增加方向移動）：順序：50→60→90→150→180（到達(dá)199后反向）→30→10。尋道次數(shù)：(60-