2018-2019学年上学期期末

2018-2019学年上学期期末试卷（A）（含答案）

一、单项选择题（30分,每题3分）

操作系统的目标是（）

A. 执行用户程序更容易

B. 使计算机系统更便于使用

C. 计算机硬件利用效率更高

D. 以上均是

答案：
D
系统上电后，下面程序中哪个最先运行？（）

A. 内核程序

B. 引导程序

C. 登录程序

D. 自启动程序

答案：
B
下面那项不在 PCB 中？（）

A. 进程状态

B. 进程号

C. 进程名

D. 打开文件列表

答案：
C
降低进程优先级的合理时机是（）。

A. 进程的时间片用完

B. 进程刚完成 I/O，进入就绪队列

C. 进程长期处于就绪队列中

D. 进程从就绪状态转为运行态

答案：
A
同一个进程的不同线程，具有独立的（）

A. 文件

B. 栈

C. 数据段

D. 代码段

答案：
B
一般而言，下列哪种调度算法响应时间最短？（）

A. FCFS

B. SJF

C. SRTF

D. RR

答案：
D
下面哪个 bit 不在页表里？（）

A. Mode bit

B. valid-invalid bit

C. Dirty bit

D. reference bit

答案：
A
下面哪个控制块只存在于内存中？（）

A. PCB

B. FCB

C. BCB

D. VCB

答案：
A
菊花链（daisy chain）是一种（）

A. 总线结构

B. 星型结构

C. 并行结构

D. 分布式结构

答案：
A
以下哪种存储设备通常只支持顺序访问？（）

A. 软盘

B. 固态硬盘

C. 磁带

D. 光盘

答案：
C

二、判断题（20分，每题2分，请划√或×）

现代操作系统都是中断驱动的。陷阱、异常、轮询是软中断的几种形式，通过类似中断处理的方式进行处理。（）

答案：
×。错在“轮询”。
系统调用是操作系统提供的服务的编程接口。（）

答案：
√
微内核架构中 CPU 调度、内存管理、文件系统等模块运行在内核模式。（）

答案：
X。错在“文件系统”。
磁盘上的文件是以页面为单位读写的。（）

答案：
×。错在“页面”。
目录是文件的集合，是一种逻辑概念，可以用文件实现。（）

答案：
√
银行家算法破坏了死锁必要条件中的“请求和保持”条件（）

答案：
X（预防 vs. 避免）
逻辑地址空间的容量取决于逻辑地址位数（）。

答案：
√
磁盘划分扇区和磁道称为格式化。（）

答案：
X。错在“格式化”。
索引结构的文件物理结构适合随机访问且易于文件扩展（）。

答案：
√
文件指针（fp）存在于系统的打开文件列表中（）

答案：
X。错在“系统的”。

三、简答题（20分，每题5分）

（5分）请简述 DMA 的过程，说明为什么 DMA 对于高速 I/O 访问效率较高。

答案：
（过程参见英文教材第九版 P596 图 13.6，如下图，图不需要画出来）
程序控制 I/O（PIO）时，CPU 需要介入每一次数据交换；DMA 方式时，CPU 只在数据交换开始／结束时介入，其它时候，由 DMA 控制器协调 I/O 设备和内存利用总线进行数据交换。由于此时 CPU 和 I/O 设备几乎并行，因此与 PIO 方式相比，节省了大量中断、CPU 介入时间。
（5分）简要比较短程调度和长程调度。

答案：
P113.
（5分）简要比较静态链接和动态链接。

答案：
P357
Static linking -- system libraries and program code combined by the loader into the binary program image
Dynamic linking --linking postponed until execution time
Dynamic linking is particularly useful for libraries
（5分）简要说明目录结构、FCB 及相互的关系。

答案：
P546

四、应用题（30分，每题10分）

（10分）某页式内存管理系统中，页面大小为 $4KB$ ，一次内存的访问时间是 $100ns$ ，一次快表（TLB）的访问时间是 $10ns$ ，处理一次缺页的平均时间为 $0.1s$ （已含更新 TLB 和页表的时间），进程占用物理内存框数固定为 2，采用最近最少使用置换算法（LRU）和局部淘汰策略。某时刻某进程的页表内容如下表所示，此时 TLB 内容无效。

页号框号有效位（0无效）
0 0x163 1
1 0x138 0
2 0x551 1

设有逻辑地址访问序列 0x2345、0x1357、0x26AE，请问：

依次访问上述三个逻辑地址，其物理地址各是多少？各需多少时间？（给出计算过程。）

补充说明：地址转换时先访问 TLB，若 TLB 未命中，再访问页表（忽略访问页表之后的 TLB 更新时间）。

答案：
因为页大小为 $4KB$ ，所以逻辑地址中的低 12 位表示页内地址，剩余高位表示页号。则用十六进制表示，低三位数字为页内地址，最高位数字为页号。
（1）0x2345：页号为 2，页内地址为 0x345。
先访问快表（需时 $10ns$ ），
未命中，再访问内存中的页表（ $100ns$ ），
页表项中的有效位指示该页在内存，根据该页对应的框号形成**物理地址（0x551345）**再次访问内存（ $100ns$ ），
【共计】 $10ns+100ns*2=210ns$ 。（3分）
（2）0x1357：页号为 1，页内地址为 0x357。
先访问快表 $10ns$ ，
未命中，再访问内存中的页表 $100ns$ ，
页表项中的有效位指示页 1 不在内存，访问时发生缺页。目前页 0、页 2 在内存，根据 LRU 置换算法和局部淘汰策略，将页 0 换出页 1 换入，因此页 1 对应的框号为 0x163，则逻辑地址 0x1357 的物理地址为 0x163357。处理缺页 $0.1s=10^8ns$ ，
再次访问快表 $10ns$
命中，根据该页对应的框号形成物理地址再次访问内存 $100ns$ ，
【共计】 $10ns+100ns+10^8ns+100ns+10ns \approx 10^8ns$ 。（4分）
（3）0x26AE：页号为 2，页内地址为 6AEH。
由于访问 0x2345 时已将页 2 的表项写入 TLB，因此访问快表 $10ns$ ，
命中，根据该页对应的框号形成**物理地址（0x5516AE）**访问内存 $100ns$ ，
【共计】共计 $10ns+100ns=110ns$ 。（3分）

页号	框号	有效位（0无效）
0	0x163	1
1	0x138	0
2	0x551	1

（10分）某学校计算机教室有 50 台计算机，全天开放供学生自主上机实验，坐满后须在教室外排队等候。第一个进教室的学生需要开灯，最后一个出教室的需要关灯。请用信号量的方法，使用 wait 和 signal 等操作来描述学生（Student）进程的并发过程。须包含对信号量的定义及其初值的设置。

答案：

int stu_count=0; //学生人数
Semaphore mutex=1; //互斥量，对临界段进行操作，处理stu_count及开关灯
Semaphore sem_seats=50; //同步信号量，剩余座位，初值为50，负数表示等候人数

Student()
{
do {
    wait(mutex);
    wait(sem_seats);
    stu_count++;
    if (stu_count == 1)
    {
        /* 开灯 */
    }
    signal(mutex);

    /* 进教室自习 */
    wait(mutex);
    stu_count--;
    if (stu_count == 0)
    {
        /* 关灯 */
    }
    signal(sem_seats);
    signal(mutex);
} while (true);
}

（10分）假定磁盘的磁臂现在处于第 10 柱面，由外向内运动（柱面号由小到大）。现有一组磁盘请求以 60、8、15、4、20、40 柱面的次序到达磁盘驱动器，磁臂移动一个柱面需要 $6ms$ ，请完成下面的问题：

（1）访问磁盘所需的时间由哪几部分构成？(3分)

（2）采用 SSTF 算法和 SCAN 算法进行磁盘调度，请分别给出柱面访问序列，计算平均寻道时间。（4分）

（3）如果把磁盘换成固态盘，用什么算法比较合适，说明理由。（3分））

答案：
磁盘访问时间由：寻道时间、旋转延迟时间和数据传输时间三部分构成。（3分）
SSTF算法：（2分）
柱面访问序列为：8、4、15、20、40、60
平均寻道时间为： $(2+4+5+5+20+20)\times6/6=56ms$
SCAN算法：（2分）
柱面访问序列为：15、20、40、60、8、4
平均寻道时间为： $(5+5+20+20+52+4)\times6/6=106ms$
（3）用 FCFS 即可。固态盘没有寻道时间、旋转延迟时间，支持随机访问，按先来先服务即可。（3分）

2018-2019学年上学期期末试卷（A）（含答案）​

一、单项选择题（30分,每题3分）​

二、判断题（20分，每题2分，请划√或×）​

三、简答题（20分，每题5分）​

四、应用题（30分，每题10分）​

2018-2019学年上学期期末试卷（A）（含答案）

一、单项选择题（30分,每题3分）

二、判断题（20分，每题2分，请划√或×）

三、简答题（20分，每题5分）

四、应用题（30分，每题10分）