2023年408真题操作系统篇

选择题

问题解答 : 微内核操作系统的特征

题目: 与宏内核操作系统相比，下列特征中微内核操作系统具有的是（）。

Ⅰ. 较好的性能 Ⅱ. 较高的可靠性 Ⅲ. 较高的安全性 Ⅳ. 较强的可扩展性

A. Ⅱ、Ⅳ B. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ C. Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ D. Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

解答:

微内核操作系统是一种将操作系统的核心功能尽可能精简并放到内核之外的设计。它的设计原则是将大部分功能通过用户态进程来实现，内核只保留最基本的操作系统服务。

微内核的优势主要体现在以下几个方面：

可靠性：因为内核被精简，操作系统中的错误和崩溃主要发生在非核心服务中，不会影响内核本身的稳定性，从而提高系统的可靠性。
安全性：由于各个服务运行在用户态并且是隔离的，微内核操作系统可以更容易地实现安全性控制，减少内核层的漏洞。
可扩展性：微内核系统采用模块化设计，可以动态加载和卸载服务模块，提高系统的灵活性和扩展性。

然而，微内核操作系统在性能上通常不如宏内核系统，因为微内核涉及到更多的上下文切换和消息传递，需要额外的开销。

分析：

Ⅰ（较好的性能）：不对，微内核相较宏内核由于上下文切换和消息传递的开销，其性能通常较差。
Ⅱ（较高的可靠性）：正确，微内核的设计减少了核心部分的复杂度和出错的可能性，增强了系统的可靠性。
Ⅲ（较高的安全性）：正确，微内核将服务隔离在用户态，减少了攻击面，提高了系统安全性。
Ⅳ（较强的可扩展性）：正确，微内核的模块化设计使得系统能够轻松添加或移除服务，提升了可扩展性。

答案:

D. Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

问题解答 : 中断向量表的数据结构

题目: 在操作系统内核中，中断向量表适合采用的数据结构是（）。

A. 数组 B. 队列 C. 单向链表 D. 双向链表

解答:

中断向量表是操作系统用于管理中断的一种数据结构。它存储了每种中断类型的处理程序入口地址。中断向量表的索引通常是中断类型号，而值是相应中断处理程序的入口地址。

选择数据结构时，最重要的是快速访问和紧凑存储。使用数组作为中断向量表具有以下优点：

快速访问：通过中断类型号直接作为数组的索引，可以快速定位到中断处理程序，访问时间是常数级别 O(1)。
紧凑存储：数组的元素在内存中是连续存储的，节省了空间，同时数组的大小是固定的，易于管理。

而其他数据结构（如队列、链表）则不适合用于中断向量表，因为它们的访问时间复杂度较高（例如链表需要线性时间来查找）。

答案:

A. 数组

问题解答 : 位图管理空闲页框的空间计算

题目: 某系统采用页式存储管理，用位图管理空闲页框。若页大小为4 KB，物理内存大小为16 GB，则位图所占空间的大小是（）。

A. 128 B B. 128 KB C. 512 KB D. 4 MB

解答:

根据题目，系统采用页式存储管理，即物理内存被划分为多个页面，每个页面大小为4 KB。我们需要计算页框的数量，然后计算位图的大小。

计算页框的数量： 物理内存大小 = 16 GB = 16 × 1024 MB = 16 × 1024 × 1024 KB = 16,777,216 KB 每页的大小 = 4 KB 所以页框的数量 = 物理内存大小 / 每页的大小 = 16,777,216 KB / 4 KB = 4,194,304 个页框。
计算位图的大小： 位图每个比特位表示一个页框的状态（空闲或占用），因此位图的大小等于页框数量除以8（每字节8个比特）。位图的大小 = 4,194,304 页框 / 8 = 524,288 字节 = 512 KB。

答案:

C. 512 KB

问题解答 : CPU从内核态转为用户态的操作

题目: 下列操作完成时，导致CPU从内核态转为用户态的是（）。

A. 阻塞过程 B. 执行 CPU 调度 C. 唤醒进程 D. 执行系统调用

解答:

在操作系统中，进程的状态转换通常会涉及CPU态的变化。我们需要找出哪种操作会导致从内核态切换回用户态。

A. 阻塞过程：阻塞过程意味着进程因为某种原因（如等待I/O操作）而不能继续执行，通常会进入阻塞态，因此不会涉及从内核态到用户态的转换。
B. 执行 CPU 调度：CPU调度是操作系统选择下一个要执行的进程，涉及从就绪态或阻塞态进入运行态，但不涉及从内核态到用户态的切换。
C. 唤醒进程：唤醒进程意味着操作系统将某个阻塞进程转为就绪状态，但并不会直接导致从内核态到用户态的转换。唤醒后的进程需要经过调度才能进入用户态。
D. 执行系统调用：系统调用是用户进程请求操作系统服务的一种方式。在执行系统调用时，CPU会从用户态切换到内核态，执行完毕后再从内核态返回到用户态。系统调用结束时，CPU会从内核态转换回用户态。

答案:

D. 执行系统调用

问题解答 : 当前线程引起的事件导致执行态变为就绪态

题目: 下列出当前线程引起的事件或执行的操作中，可能导致该线程由执行态变为就绪态的是（）。

A. 键盘输入 B. 缺页异常 C. 主动出让CPU D. 执行信号量的wait()操作

解答:

进程或线程的状态变化通常是由事件或操作引起的。我们需要找出哪种操作会导致线程从执行态转为就绪态。

A. 键盘输入：当键盘输入发生时，线程通常需要等待输入完成，因此该线程可能会进入阻塞态，而不是就绪态。
B. 缺页异常：缺页异常发生时，线程需要等待操作系统处理缺页情况（如将所需的页面从磁盘加载到内存），因此该线程会进入阻塞态，直到缺页处理完成。
C. 主动出让CPU：当线程主动出让CPU时，它不再占用CPU，进入就绪态，等待下一次调度。这是线程从执行态转为就绪态的一种典型情况。
D. 执行信号量的wait()操作：执行wait()操作表示线程等待某些条件满足，若条件不满足，线程将进入阻塞态，直到信号量的条件满足。

答案:

C. 主动出让CPU

问题解答 : 虚拟地址空间的错误叙述

题目: 对于采用虚拟内存管理方式的系统，下列关于进程虚拟地址空间的叙述中，错误的是（）。

A. 每个进程都有自己独立的虚拟地址空间 B. C语言中malloc()函数返回的是虚拟地址 C. 进程对数据段和代码段可以有不同的访问权限 D. 虚拟地址的大小由主存和硬盘的大小决定

解答:

A. 每个进程都有自己独立的虚拟地址空间：正确。每个进程在运行时都有自己的虚拟地址空间，操作系统通过虚拟内存机制隔离进程的内存空间。
B. C语言中malloc()函数返回的是虚拟地址：正确。malloc()函数用于动态分配内存，并返回一个虚拟地址，操作系统会将这些虚拟地址映射到物理内存或硬盘。
C. 进程对数据段和代码段可以有不同的访问权限：正确。操作系统可以设置不同段的访问权限，例如代码段通常是只读的，而数据段是可读写的。
D. 虚拟地址的大小由主存和硬盘的大小决定：错误。虚拟地址的大小是由操作系统和硬件的位数决定的。例如，32位操作系统的虚拟地址空间通常为4 GB，而64位操作系统的虚拟地址空间可达到16 EB（16 exabytes）。硬盘和主存的大小不直接决定虚拟地址的大小。

答案:

D. 虚拟地址的大小由主存和硬盘的大小决定

问题解答 : 基于优先级的抢占式调度的平均周转时间

题目: 进程P1、P2和P3进入就绪队列的的时刻，优先值（越大优先权越高）以及CPU的执行时间如下表所示。

进程名	进入就绪队列的时刻	优先级	CPU执行时间
P1	0 ms	1	60 ms
P2	20 ms	10	42 ms
P3	30 ms	100	13 ms

系统采用基于优先权的抢占式CPU调度算法，从0ms时刻开始进行调度，则P1、P2和P3的平均周转时间为（）。

A. 60 ms B. 61 ms C. 70 ms D. 71 ms

解答:

根据题目要求，使用基于优先级的抢占式调度算法进行分析。

时间序列进程调度分析：
- 0ms时刻，P1进入就绪队列，P1开始运行。
- 20ms时刻，P2进入就绪队列，P1已运行了20ms（剩余40ms），由于P2的优先级更高（10 > 1），P2抢占CPU执行。
- 30ms时刻，P3进入就绪队列，此时P2继续执行，已执行10ms（剩余32ms）。P3的优先级最高（100 > 10），因此P3抢占执行。
- 43ms时刻，P3执行完毕，P2继续执行。P2执行完毕后，P1执行剩余的40ms。
- 115ms时刻，P1执行完毕。
各进程的周转时间：
- P1周转时间 = 完成时刻 - 进入时刻 = 115ms - 0ms = 115ms
- P2周转时间 = 完成时刻 - 进入时刻 = 75ms - 20ms = 55ms
- P3周转时间 = 完成时刻 - 进入时刻 = 43ms - 30ms = 13ms
平均周转时间 = (P1周转时间 + P2周转时间 + P3周转时间) / 3 = (115ms + 55ms + 13ms) / 3 = 61ms

答案:

B. 61 ms

问题解答 : 共享数据的页号和页框号

题目: 进程R和S共享数据data，若data在R和S中所在页的页号分别为p1和p2，两个页所对应的页框号分别为f1和f2，则下列叙述中，正确的是（）。

A. p1 和 p2 一定相等，f1 和 f2 一定相等 B. p1 和 p2 一定相等，f1 和 f2 不一定相等 C. p1 和 p2 不一定相等，f1 和 f2 一定相等 D. p1 和 p2 不一定相等，f1 和 f2 不一定相等

解答:

在虚拟内存管理中，进程R和S的虚拟地址空间是独立的，每个进程的虚拟地址空间都有自己的页号。对于共享数据data，可能在两个不同的页上，因此其虚拟地址中的页号p1和p2不一定相等。

然而，物理内存中共享数据的页框号是一样的，因为共享数据会映射到相同的物理页框。即使p1和p2不相等，它们对应的物理页框号f1和f2一定相等。

答案:

C. p1 和 p2 不一定相等，f1 和 f2 一定相等

问题解答 : 文件关闭时文件系统需要完成的操作

题目: 若文件F仅被进程P打开并访问，则当进程P关闭F时，下列操作中，文件系统需要完成的是（）。

A. 删除目录中文件F的目录项 B. 释放F的索引节点所占的内存空间 C. 释放F的索引节点所占的外存空间 D. 将文件磁盘索引节点中的链接计数减1

解答:

A. 删除目录中文件F的目录项：错误。文件F的目录项并不会在文件关闭时删除。只有在文件被删除时，文件系统才会删除目录中的文件项。
B. 释放F的索引节点所占的内存空间：正确。文件在关闭时会减少其引用计数。如果文件的引用计数降为0，表示没有任何进程在使用该文件，文件系统可以释放文件的索引节点所占的内存空间。
C. 释放F的索引节点所占的外存空间：错误。只有在文件被删除时，文件的外存空间才会被释放。关闭文件并不意味着删除该文件，因此索引节点的外存空间不会被释放。
D. 将文件磁盘索引节点中的链接计数减1：错误。关闭文件并不影响索引节点中的链接计数。只有在文件名被删除时，链接计数才会减1。

答案:

B. 释放F的索引节点所占的内存空间

问题解答 : 设备分配需要考虑的因素

题目: 下列因素中，设备分配需要考虑的是（）。

Ⅰ. 设备的类型 Ⅱ. 设备的访问权限 Ⅲ. 设备的占用状态 Ⅳ. 逻辑设备与物理设备的映射关系

A. Ⅰ、Ⅱ B. Ⅱ、Ⅲ C. Ⅲ、Ⅳ D. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

解答:

Ⅰ. 设备的类型：正确。设备分配需要考虑设备的类型，不同设备的特性和操作方式不同，因此在进行设备分配时要考虑设备的类型。
Ⅱ. 设备的访问权限：正确。设备分配时需要考虑设备的访问权限，某些设备可能有访问限制，只有特定进程或用户才可以访问。
Ⅲ. 设备的占用状态：正确。设备分配时必须考虑设备的占用状态，如果设备已经被其他进程占用，则需要进行资源管理以确保设备的正确分配。
Ⅳ. 逻辑设备与物理设备的映射关系：正确。设备分配需要建立逻辑设备与物理设备之间的映射关系，操作系统通过这种映射关系来管理和控制设备的使用。

答案:

D. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

进程

问题解答：进程P通过系统调用从键盘接收字符输入的操作过程

(1) 按照正确的操作顺序，操作①的前一个和后一个操作分别是上述操作中的哪一个？操作⑥的后一个操作上述操作中的哪一个？

操作顺序分析： 根据题意，进程P执行系统调用等待从键盘获取字符，涉及以下操作的顺序：

②将进程P插入阻塞队列 进程P执行系统调用从键盘接收输入，进入阻塞状态，等待输入字符。
⑥用户在键盘上输入字符 用户开始在键盘上输入字符。
④启动键盘中断处理程序 键盘控制器检测到输入并产生中断，操作系统启动键盘中断处理程序。
③将字符从键盘控制器读入系统缓冲区 键盘中断处理程序将输入的字符读入系统缓冲区。
①将进程P插入就绪队列 当输入的字符已存入缓冲区并且进程P可以继续执行时，进程P从阻塞队列移动到就绪队列，准备执行。
⑤进程P从系统调用返回 进程P从系统调用返回，继续执行后续指令。

正确顺序： ② → ⑥ → ④ → ③ → ① → ⑤

回答问题：

操作①的前一个操作是③，后一个操作是⑤。
操作⑥的后一个操作是④。

(2) 在上述哪个操作之后CPU一定从进程P切换到其他进程？在上述哪个操作之后CPU调度程序才能选择进程P执行？

分析：

CPU一定从进程P切换到其他进程的操作： 当进程P被插入阻塞队列后，它不能继续执行。此时，CPU会从进程P切换到其他可执行的进程。即在 操作② 之后，CPU一定会切换到其他进程。
CPU调度程序才能选择进程P执行的操作： 进程P只有在被插入就绪队列之后，才能被CPU调度执行。即在 操作① 之后，CPU调度程序可以选择进程P执行。

答案：

CPU从进程P切换到其他进程的操作是②。
CPU调度程序才能选择进程P执行的操作是①。

(3) 完成上述哪个操作的代码属于键盘驱动程序？

分析： 键盘驱动程序负责处理与键盘的交互，包括读取字符输入等。根据题意，操作③（将字符从键盘控制器读入系统缓冲区）属于键盘驱动程序的任务，因为它涉及到从硬件（键盘控制器）读取字符并存储在系统缓冲区，供后续使用。

答案： 操作③将字符从键盘控制器读入系统缓冲区的代码属于键盘驱动程序。

(4) 键盘中断处理程序执行时，进程P处于什么状态？CPU处于内核态还是用户态？

分析：

进程P的状态： 在键盘中断处理程序执行时，进程P已经通过系统调用进入了阻塞队列，处于 阻塞状态。此时，它等待键盘中断处理程序完成并将其从阻塞队列移到就绪队列。
CPU的状态： 键盘中断处理程序通常在 内核态 下执行，因为它需要直接与硬件交互（读取键盘控制器、处理键盘输入等），并且内核态具有更高的权限来操作系统资源。

答案：