2022年408真题操作系统篇

选择题

第23题

问题： 下列关于多道程序系统的叙述中，不正确的是（ ）。

A. 支持进程的并发执行

B. 不必支持虚拟存储管理

C. 需要实现对共享资源的管理

D. 进程数越多CPU利用率越高

解答：

  • A. 支持进程的并发执行 正确。 多道程序系统可以同时运行多个进程，使它们在系统中并发执行。通过调度算法，操作系统能够在不同进程之间快速切换，从而实现并发执行。
  • B. 不必支持虚拟存储管理 正确。 在早期的多道程序系统中，虚拟存储管理并不是必需的。多道程序系统通过将多个进程加载到内存中，直接在物理内存中执行，虽然虚拟存储管理有助于扩展内存容量，但它并不是所有多道程序系统的必需功能。
  • C. 需要实现对共享资源的管理 正确。 多道程序系统中的多个进程可能会共享资源（如内存、硬件设备、文件系统等），因此，操作系统需要有效管理这些共享资源，防止资源冲突或竞争。为此，操作系统通常会使用锁机制、信号量等同步机制来管理资源的访问。
  • D. 进程数越多CPU利用率越高 不正确。 虽然增加进程数可以提高系统的并发性，但进程数过多时，CPU的资源会被多进程竞争，占用更多的调度时间，这可能导致上下文切换频繁，系统的整体性能反而会下降。因此，进程数过多未必会提高CPU的利用率。

本题选D。

第24题

问题： 下列选项中，需要在操作系统进行初始化过程中创建的是（ ）。

A. 中断向量表

B. 文件系统的根目录

C. 硬盘分区表

D. 文件系统的索引节点表

解答：

  • A. 中断向量表 正确。 中断向量表是在操作系统初始化过程中创建的。它用于处理硬件中断和异常，并且将每种中断或异常映射到对应的处理程序地址。操作系统在启动时必须初始化中断向量表，以确保能够正确响应各类中断。
  • B. 文件系统的根目录 错误。 文件系统的根目录是在文件系统格式化过程中创建的，而不是操作系统初始化过程中创建的。操作系统初始化时，可能会加载文件系统并进行配置，但根目录本身是文件系统创建时由格式化过程完成的。
  • C. 硬盘分区表 错误。 硬盘分区表记录硬盘上的分区信息，通常是在磁盘分区或格式化过程中创建的。它与操作系统的初始化过程无关。
  • D. 文件系统的索引节点表 错误。 文件系统的索引节点表通常是在文件系统格式化过程中创建的。它存储文件的元数据（如权限、大小、存储位置等），操作系统初始化时加载并初始化索引节点表，但并不在初始化过程中创建。

本题选A。

第25题

问题： 进程P0、P1、P2和P3进入就绪队列的时刻、优先级（值越小优先权越高）及CPU执行时间如下表所示：

进程 进入就绪队列的时刻 优先级 CPU执行时间
P0 0 ms 15 100 ms
P1 10 ms 20 60 ms
P2 10 ms 10 20 ms
P3 15 ms 6 10 ms

若系统采用基于优先权的抢占式进程调度算法，则从0ms时刻开始调度，到4个进程都运行结束为止，发生进程调度的总次数为（ ）。

注意抢占

A. 4 B. 5 C. 6 D. 7

解答：

按时间序列进程分析：

  • 0ms时刻，只有P0进入就绪队列，开始运行P0。
  • 10ms时刻，P1、P2进入就绪队列，P0运行了10ms-0ms=10ms，剩余90ms。此时就绪队列中有P0、P1、P2。根据优先权，P2优先级最高，抢占执行。
  • 15ms时刻，P3进入就绪队列。此时P2运行了5ms，剩余15ms。此时就绪队列有P0、P1、P2、P3，P3优先级最低，抢占执行。
  • 20ms时刻，P3执行完毕，系统回收P3的资源，P2重新抢占并运行，剩余10ms。
  • 30ms时刻，P2执行完毕，P0继续执行，直到60ms时P0执行完毕。
  • 60ms时刻，P1开始执行。

所以，发生的调度次数是：P0 → P2 → P3 → P2 → P0 → P1，发生调度的总次数为 6。

本题选C。

第26题

问题： 系统中有三个进程P0、P1、P2及三类资源A、B、C。若某时刻系统分配资源的情况如下表所示，则此时系统中存在的安全序列的个数为（ ）。

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

img

解答：

在这个问题中，应用银行家算法来判断系统是否安全，并确定安全序列的个数。银行家算法的基本思想是：在每次分配资源时，先判断分配后的状态是否安全，如果是，才进行分配。

根据题意，假设某时刻系统可以分配的资源满足P0的需求。通过分析，在P0完成后，系统可用资源能够满足P1和P2的需求，并且P1和P2执行完后，能够回收资源继续分配给其他进程。因此，系统存在至少两个安全序列，分别是：

  • 序列1：P0 → P1 → P2
  • 序列2：P0 → P2 → P1

通过计算，系统中存在 2 个安全序列。

本题选B。

第27题

问题： 下列关于CPU模式的叙述中，正确的是（ ）。

A. CPU处于用户态时只能执行特权指令 B. CPU处于内核态时只能执行特权指令 C. CPU处于用户态时只能执行非特权指令 D. CPU处于内核态时只能执行非特权指令

解答：

在计算机系统中，CPU有两种运行模式：用户态和内核态（特权态）。

  • 用户态：进程运行在受限环境下，不能直接执行对硬件或内核资源的访问。用户态下只能执行非特权指令，这些指令不涉及对系统底层资源的直接控制。
  • 内核态：操作系统内核运行在特权模式下，具有完全的控制权限，可以执行特权指令，访问硬件资源，管理内存、进程等系统资源。

根据上述定义：

  • A 错误：在用户态下，进程不能执行特权指令。
  • B 错误：内核态时，CPU可以执行特权指令，也可以执行非特权指令。
  • C 正确：在用户态下，CPU只能执行非特权指令。
  • D 错误：内核态下，CPU可以执行非特权指令和特权指令。

本题选C。

第28题

问题： 下列事件或操作中，可能导致进程P由执行态变为阻塞态的是（ ）。

Ⅰ. 进程P读文件 Ⅱ. 进程P的时间片用完 Ⅲ. 进程P申请外设 Ⅳ. 进程P执行信号量的wait()操作

A. 仅Ⅰ、Ⅳ B. 仅Ⅱ、Ⅲ C. 仅Ⅲ、Ⅳ D. 仅Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

解答：

进程从执行态转变为阻塞态的常见原因包括：进程等待某些资源（如文件、外设、信号量等）。

  • Ⅰ 正确：进程P在读文件时，可能需要等待文件的IO操作完成，因此进入阻塞态。
  • Ⅱ 错误：进程P时间片用完后，会进入就绪态，而非阻塞态，等待下一轮CPU调度。
  • Ⅲ 正确：进程P申请外设时，如果外设不可用，进程将被阻塞，等待外设资源的释放。
  • Ⅳ 正确：进程P执行信号量的wait()操作时，如果信号量值为0，表示资源不可用，进程将阻塞，直到信号量值大于0。

综上，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ 会导致进程P从执行态转为阻塞态。

本题选D。

第29题

问题： 某进程访问的页b不在内存中，导致产生缺页异常，该缺页异常处理过程中不一定包含的操作是（ ）。

A. 淘汰内存中的页 B. 建立页号与页框号的对应关系 C. 将页b从外存读入内存 D. 修改页表中页b对应的存在位

解答：

缺页异常处理过程是指在访问某个页时，发现该页不在内存中而需要从外存中调入的情况。

  • A 正确：淘汰内存中的页并不是缺页异常处理的必要步骤。淘汰页发生在内存空间不足时，为了腾出空间给新的页，可以选择淘汰一些旧的页。然而，缺页异常处理并不一定需要淘汰页，特别是在内存中有足够空间时。
  • B 错误：在缺页异常处理过程中，必须建立页号与页框号的对应关系，以便调入内存或进行其他操作。这是缺页异常处理中的关键步骤，确保页表更新以及正确映射内存。
  • C 错误：缺页异常处理的核心操作之一就是将缺失的页从外存读入内存，这是解决缺页异常的必要步骤。
  • D 错误：当缺页异常处理完成后，需要修改页表中对应页的存在位，将其设置为1，表示该页已调入内存。

本题选A。

第30题

问题： 下列选项中，不会影响系统缺页率的是（ ）。

A. 页面置换算法 B. 工作集的大小 C. 进程的数量 D. 页缓冲队列的长度

解答：

缺页率是指系统中页面缺失的频率。影响缺页率的因素包括内存的使用效率和页面置换的策略。

  • A 错误：页面置换算法会直接影响系统的缺页率。不同的算法（如FIFO、LRU、OPT）对缺页率有不同的影响。例如，LRU（最近最少使用）通常能有效减少缺页率。
  • B 错误：工作集的大小会影响缺页率。如果进程的工作集较大，可能导致频繁的缺页，因此工作集的大小直接影响缺页率。
  • C 错误：进程数量多时，系统内存资源被多个进程共享，可能导致更多的页面置换和竞争，从而增加缺页率。
  • D 正确：页缓冲队列的长度与缺页率无关。页缓冲队列主要用于提高磁盘访问效率，它可以缓存常用页，减少磁盘I/O操作，但它不直接影响缺页率。

本题选D。

第31题

问题： 执行系统调用的过程涉及下列操作，其中由操作系统完成的是（ ）。

Ⅰ. 保存断点和程序状态字 Ⅱ. 保存通用寄存器的内容 Ⅲ. 执行系统调用服务程序 Ⅳ. 将CPU模式改为内核态

A. 仅Ⅰ、Ⅲ B. 仅Ⅱ、Ⅲ C. 仅Ⅱ、Ⅳ D. 仅Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

解答：

系统调用是用户程序向操作系统请求服务的一种方式，涉及的操作如下：

  • Ⅰ 错误：保存断点和程序状态字由中断隐指令完成，而非操作系统。中断隐指令是硬件在发生中断或系统调用时自动执行的，因此不由操作系统直接控制。
  • Ⅱ 正确：保存通用寄存器的内容通常是由中断服务程序（操作系统的一部分）来完成的。这是为了确保在进入内核态后，能够恢复用户程序的状态。
  • Ⅲ 正确：执行系统调用服务程序由操作系统完成。系统调用将控制权交给操作系统，操作系统根据调用类型执行相应的服务程序。
  • Ⅳ 错误：将CPU模式从用户态改为内核态的操作是由硬件自动完成的。具体来说，CPU会通过特权指令切换到内核态，操作系统并不直接干预这一过程。

本题选B。

第32题

问题： 下列关于驱动程序的叙述中，不正确的是（ ）。

A. 驱动程序与I/O控制方式无关 B. 初始化设备是由驱动程序控制完成的 C. 进程在执行驱动程序时可能进入阻塞态 D. 读/写设备的操作是由驱动程序控制完成的

解答：

驱动程序负责操作系统与硬件设备之间的通信，涉及设备的初始化、控制和数据交换。

  • A 不正确：驱动程序与I/O控制方式是密切相关的。不同类型的硬件设备可能采用不同的I/O控制方式，如内存映射I/O、端口映射I/O、DMA等，驱动程序需要根据设备的I/O控制方式来进行适配。
  • B 正确：驱动程序负责设备的初始化工作，包括配置设备寄存器、设置工作参数、启动设备等。
  • C 正确：在执行驱动程序时，进程可能因为等待设备的响应或其他条件（如I/O操作完成）而进入阻塞态。
  • D 正确：驱动程序控制设备的读/写操作，提供对外部设备的访问接口。用户进程通过调用驱动程序提供的接口来进行数据交换。

本题选A。

文件系统

第45题解答

问题： 某文件系统的磁盘块大小为4KB，目录项由文件名和索引节点号构成，每个索引节点占256字节，其中包含直接地址项10个，一级、二级和三级间接地址项各1个，每个地址项占4字节。该文件系统中子目录stu的结构如题45(a)图所示，stu包含子目录course和文件doc，course子目录包含文件course1和course2。各文件的文件名、索引节点号、占用磁盘块的块号如题45(b)图所示。请回答下列问题。

(1) 目录文件stu中每个目录项的内容是什么？

解答：

目录项由文件名和索引节点号构成，根据题目中的信息，stu目录下有两个子项：course和doc。通过题45(b)图可以得知，

  • course 的索引节点号是 2
  • doc 的索引节点号是 10

因此，stu目录中每个目录项的内容如下：

文件名 索引节点号
course 2
doc 10

(2) 文件doc占用的磁盘块的块号 x 的值是多少？

解答：

根据题45(b)图，doc 和 course1 的索引节点号都是 10，这意味着它们共享相同的索引节点并指向同一个文件。因此，doc 文件和 course1 文件占用相同的磁盘块号。

查题45(b)图可知，course1 占用的磁盘块号是 30，因此 doc 的磁盘块号 x 也是 30。

(3) 若目录文件course的内容已在内存，则打开文件course1并将其读入内存，需要读几个磁盘块？说明理由。

解答：

根据题目中的描述，目录文件 course 的内容已经在内存中。打开文件 course1 的步骤如下：

  1. 读取 course1 的索引节点所在的磁盘块： 根据目录文件 course 中的目录项，course1 的索引节点号是 10。需要首先读取 索引节点号为10的索引节点，该索引节点存储了该文件的数据块的地址信息。读取索引节点所需的磁盘块是 1 个。

  2. 读取 course1 数据所在的磁盘块： 根据 course1 的索引节点，文件内容存储在 30 号磁盘块。读取该数据块需要 1 个 磁盘块。

因此，共需要 2 个磁盘块。这包括读取索引节点和读取文件内容。

(4) 若文件course2的大小增长到6MB，为了存取course2需要使用该文件索引节点的哪几级间接地址项？说明理由。

解答：

  1. 计算文件大小需要的磁盘块数：

    • 文件 course2 的大小为 6MB，而每个磁盘块的大小为 4KB。

    • 所需磁盘块数为：

      \[ \frac{6MB}{4KB} = \frac{6 \times 1024}{4} = 1536 \text{ 个磁盘块} \]

  2. 索引节点的地址项结构： 每个索引节点包含：

    • 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
    • 1 个三级间接地址项

    每个地址项占 4 字节，每个间接地址块可以存放 1024 个地址项（即每个磁盘块可以存放 1024 个地址项，因为 4KB ÷ 4B = 1024）。

    • 直接地址项可以记录 10 个磁盘块
    • 一级间接地址可以记录 1024 个磁盘块
    • 二级间接地址可以记录 1024 × 1024 = 1,048,576 个磁盘块
    • 三级间接地址可以记录 1024 × 1024 × 1024 = 1,073,741,824 个磁盘块

  3. 文件所需的间接地址项：

    • 直接地址项可以记录 10 个磁盘块。
    • 一级间接地址项可以记录 1024 个磁盘块。
    • 文件大小是 1536 个磁盘块，超过了直接地址项所能覆盖的磁盘块数 10 个，也超过了一级间接地址项所能覆盖的磁盘块数 1024 个。
    • 因此，文件需要 一级间接地址项 和 二级间接地址项 来完成存取。

结论： 为了存取 course2，需要使用 一级间接地址项 和 二级间接地址项。

总结：

  • (1) 目录文件 stu 中每个目录项的内容：

    文件名 索引节点号
    course 2
    doc 10

  • (2) 文件 doc 占用的磁盘块的块号 x 是 30。

  • (3) 打开文件 course1 并读入内存，需要 2 个磁盘块。

  • (4) 文件 course2 需要使用 一级和二级间接地址项。

信号量

第46题解答

题目要求： 有两个线程 T1 和 T2 并发执行 A、B、C、D、E 和 F 共六个操作，题目给出操作之间的执行顺序约束，并要求使用信号量的 wait() 和 signal() 操作描述 T1 和 T2 之间的同步关系，说明所用信号量的作用及其初值。

前提条件：

题目提供了六个操作的执行顺序约束：

  • C 在 A 和 B 完成后执行
  • D 和 E 在 C 完成后执行
  • F 在 E 完成后执行

任务的前置关系：

通过分析给出的约束，可以确定以下前置关系：

操作 前置操作
A 无
B 无
C A, B
D C
E C
F E

拓扑排序：

根据前置关系的分析，得到操作的拓扑顺序为： A, B, C, D, E, F

信号量的设置：

为了满足任务的执行顺序，必须用信号量控制不同操作的执行顺序。以下是每个信号量的用途及初值：

  • S_AC: 控制 A 完成后 C 执行。初值为 0，因为 C 必须在 A 完成后执行。
  • S_BC: 控制 B 完成后 C 执行。初值为 0，因为 C 必须在 B 完成后执行。
  • S_CD: 控制 C 完成后 D 执行。初值为 0，因为 D 必须在 C 完成后执行。
  • S_CE: 控制 C 完成后 E 执行。初值为 0，因为 E 必须在 C 完成后执行。
  • S_EF: 控制 E 完成后 F 执行。初值为 0，因为 F 必须在 E 完成后执行。

T1 和 T2 之间的同步关系：

  1. 线程 T1 执行操作 A, E, 和 F。
    • 执行 A 后，发出信号 signal(S_AC)，使得 C 可以执行。
    • 执行 E 前，等待信号 wait(S_CE)，确保 C 执行完成后，才执行 E。
    • 执行 F 前，等待信号 wait(S_EF)，确保 E 执行完成后，才执行 F。
  2. 线程 T2 执行操作 B, C, 和 D。
    • 执行 B 后，发出信号 signal(S_BC)，使得 C 可以执行。
    • 执行 C 前，等待信号 wait(S_AC) 和 wait(S_BC)，确保 A 和 B 都完成后，才执行 C。
    • 执行 C 后，发出信号 signal(S_CD) 和 signal(S_CE)，使得 D 和 E 可以执行。
    • 执行 D 前，等待信号 wait(S_CD)，确保 C 执行完成后，才执行 D。

信号量同步关系的代码描述：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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16
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31
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33
34
35
semaphore S_AC = 0;  // 控制操作A和C的执行顺序
semaphore S_BC = 0;  // 控制操作B和C的执行顺序
semaphore S_CD = 0;  // 控制操作C和D的执行顺序
semaphore S_CE = 0;  // 控制操作C和E的执行顺序
semaphore S_EF = 0;  // 控制操作E和F的执行顺序

cobegin
Process T1() {
    // process A
    完成操作A;
    signal(S_AC);    // 使得操作C可以执行
    // process E
    wait(S_CE);    // 等待操作C完成后才能执行E
    完成操作E;
    signal(S_EF);    // 使得操作F可以执行
    // process F
    wait(S_EF);    // 等待操作E完成后才能执行F
    完成操作F;
}

Process T2() {
    // process B
    完成操作B;
    signal(S_BC);    // 使得操作C可以执行
    // process C
    wait(S_AC);    // 等待操作A完成后才能执行C
    wait(S_BC);    // 等待操作B完成后才能执行C
    完成操作C;
    signal(S_CD);    // 使得操作D可以执行
    signal(S_CE);    // 使得操作E可以执行
    // process D
    wait(S_CD);    // 等待操作C完成后才能执行D
    完成操作D;
}
coend

信号量的初值及作用：

  • S_AC = 0: 确保 C 在 A 完成后执行。
  • S_BC = 0: 确保 C 在 B 完成后执行。
  • S_CD = 0: 确保 D 在 C 完成后执行。
  • S_CE = 0: 确保 E 在 C 完成后执行。
  • S_EF = 0: 确保 F 在 E 完成后执行。

简化后的信号量关系：

因为 T1 和 T2 中的同步操作是跨线程的，所以下列信号量的作用分别是：

  • S_AC 控制 A 和 C 之间的顺序。
  • S_CE 控制 C 和 E 之间的顺序。

所以，简化后的信号量设置如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
semaphore S_AC = 0;  // 控制操作A和C的执行顺序
semaphore S_CE = 0;  // 控制操作C和E的执行顺序

cobegin
Process T1() {
    // process A
    完成操作A;
    signal(S_AC);    // 使得操作C可以执行
    // process E
    wait(S_CE);    // 等待操作C完成后才能执行E
    完成操作E;
    // process F
    完成操作F;
}

Process T2() {
    // process B
    完成操作B;
    // process C
    wait(S_AC);    // 等待操作A完成后才能执行C
    完成操作C;
    signal(S_CE);    // 使得操作E可以执行
    // process D
    完成操作D;
}
coend

总结：

通过使用信号量 S_AC 和 S_CE，可以确保 A、B、C、D、E 和 F 操作按正确的顺序执行。wait() 和 signal() 操作确保了各个操作之间的同步，满足了题目中给出的约束条件。