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2025年东华理工大学数据科学与大数据技术专业《操作系统》科目期末试卷及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、简答题（每题5分，共30分）

1.简述操作系统的四个基本功能。

2.什么是进程？它与程序有何区别？

3.解释什么是临界区，并说明解决临界区问题的常用方法。

4.什么是虚拟内存？它有哪些优点？

5.文件系统为什么要引入目录结构？

6.什么是磁盘的SSTF调度算法？简述其工作原理。

二、计算题（每题8分，共16分）

1.假设系统中有5个进程，按到达顺序依次为P1,P2,P3,P4,P5。若采用优先级调度算法，各进程的优先级分别为：P1(3),P2(5),P3(2),P4(4),P5(1)。请给出进程的执行顺序。

2.设内存块大小为1KB，主存容量为16MB，页表大小为512项。采用分页机制，逻辑地址是20页，物理地址是（用十六进制表示）。

三、综合应用题（共34分）

1.（15分）系统中有三个进程P0,P1,P2需要共享一个互斥资源R。资源R初始可用1个单位。请用信号量机制（P、V操作）设计一个同步互斥方案，保证三个进程能正确访问资源R，并简要说明其工作过程。

2.（19分）某系统采用LRU页面置换算法。主存可容纳3个页面，初始时主存为空。当进程访问页面序列：1,2,3,4,1,2,5,1,2,3时，请计算发生的页面置换次数，并写出每次访问后的主存状态（用页面号表示）。

试卷答案

一、简答题答案与解析

1.答案:操作系统的四个基本功能是处理机管理（管理中央处理器资源，核心是进程管理）、内存管理（管理主存储器资源，核心是内存分配与回收、地址映射、保护）、文件管理（管理外存中的信息资源，核心是文件存储空间管理、目录管理、文件操作）和设备管理（管理各类输入输出设备资源，核心是设备分配与回收、设备驱动、缓冲管理、设备独立性）。

解析:此题考查操作系统最核心的四大管理功能。需准确列出并简要说明每一部分的主要职责。

2.答案:进程是计算机系统中正在运行的程序的一个实例。它是系统进行资源分配和调度的基本单位。程序是存储在磁盘上的静态代码，而进程是动态实体，具有状态（新建、就绪、运行、阻塞、终止）、拥有资源（CPU时间、内存、I/O设备等）并能被操作（创建、撤销、切换）。程序是静态的，进程是动态的。

解析:关键在于区分进程和程序的概念。强调进程是动态执行中的程序，是资源分配单位；程序是静态代码。

3.答案:临界区是指进程中访问共享变量的那段代码片段，其执行必须互斥进行，即一次只允许一个进程进入临界区执行。解决临界区问题的常用方法有：软件方法（如用P、V操作实现的信号量机制、Peterson算法）、硬件方法（如Test-and-Set指令、Swap指令）。

解析:先定义临界区，再说明其核心要求（互斥）。然后列举并简要说明常用的软件和硬件解决方法。

4.答案:虚拟内存是利用辅助存储器（如硬盘）来扩展主存容量的技术，使逻辑地址空间大于物理地址空间。它将内存分为系统区和用户区，用户程序在编写时不考虑实际物理内存大小，而是使用相对地址（逻辑地址）。优点包括：扩大了用户可使用的地址空间、实现内存保护（用户程序不能访问系统内存）、提高了内存利用率（允许部分程序同时驻留在主存和辅存）。

解析:解释虚拟内存的定义和实现机制（逻辑/物理地址分离）。重点阐述其三大优点：扩展地址空间、内存保护、提高利用率。

5.答案:引入目录结构是为了方便用户组织和管理大量文件。没有目录结构，文件系统会变成一个庞大的单级文件系统，难以查找和管理文件。目录结构通过树形结构（单级或多级）来组织文件，使得用户可以通过路径名来访问文件，提高了文件检索效率，也解决了文件命名冲突的问题。

解析:说明引入目录结构的必要性。对比单级文件系统的弊端，强调目录结构在组织文件、提高查找效率、解决命名冲突方面的作用。

6.答案:SSTF（ShortestSeekTimeFirst，最短寻道时间优先）调度算法是一种磁盘调度算法，其核心思想是每次选择距离当前磁头位置最近的请求磁盘块进行服务。它旨在最小化磁头移动的总距离，从而提高磁盘I/O响应速度。工作原理是维护一个请求队列，每次从队列中找到距离当前磁头位置最近的请求，将其服务，然后更新磁头位置，继续处理队列中的下一个请求。

解析:定义SSTF算法。明确其目标（最小化寻道时间）。详细描述其工作过程：维护队列、选择最近请求、更新磁头位置。

二、计算题答案与解析

1.答案:进程执行顺序为：P2,P4,P1,P3,P5