操作系统原理期末考试试题a卷_2010__参考答案

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1、南开大学信息技术科学学院本科生2010-2011年度第一学期操作系统原理课程期末试卷（A卷）专业▁▁▁▁▁年级▁▁▁▁▁姓名▁▁▁▁▁▁学号▁▁▁▁▁▁成绩▁▁▁▁▁得分一、简答题（本题共30分，每题6分，必做）草稿区1.为什么需要设计进程状态呢？请列出2组你了解的进程状态集，并简要描述状态转移过程。为什么需要设计进程状态：通过进程状态才能实现对进程的调度和管理（1分）进程状态集1：就绪状态、执行状态、堵塞状态进程状态集2：就绪状态、执行状态、堵塞状态、新建、退出、挂起态每个状态集2.5分，只要内容正确即可，如果回答有偏差，酌情扣分。执行状态堵塞状态就绪状态挂起

2、状态执行状态堵塞状态就绪状态第1页，共25页2.在进程通信问题的解法中，请举出两种典型的技术思想，并对比其优点和缺点。IPC问题的主要技术思想包括忙等待、信号量、消息机制以及管程方法，只需列出两种即可（每种1分）。忙等待：优点是实现过程非常简单，缺点是无法在本质上解决IPC问题。信号量：优点是能彻底解决IPC问题，缺点是技术实现复杂非常容易出错。消息机制：无明显缺点，是目前最主要的解决方法。管程：依靠编译器将IPC问题封装在一个封闭的处理过程中，优点是简单，缺点是难以适应所有应用环境。针对优缺点分析只要大致含义正确即可，如有偏差酌情扣分，一种技术思想的优缺点分析

3、占2.5分。3.何谓并发度？请列出至少三种支持多道程序的内存管理技术方法？并发度是指系统在同一时间间隔内两个或多个事件同时发生、并行处理的能力。（含义正确即可，3分）内存管理方法：固定分区、动态分区、分页机制、分段机制等（列出三种即可，一种1分）4.请简要说明CPU与I/O设备进行通信的三种模式，你认为哪种模式最有效？为什么？1.轮询2.中断驱动3.直接存储访问(DMA)DMA是最有效的。因为实际的数据传输过程不需要CPU的参与。5.请列出三种文件系统磁盘空间的分配形式，并简要分析其优缺点。优点缺点连续分配1.实现简单。容易产生磁盘碎片2.读取性能高。链表分配能

4、充分利用磁盘空间，可自由动态的1.随机读取性能较差。实现文件内容的扩展。2.数据字节数不是2的整数次幂，第2页，共25页降低系统的运行效率。索引表分配（I-Node）能高效的管理磁盘空间，支持复杂的管理成本高，实现技术复杂文件系统第3页，共25页得分二、编程计算题（本题共5小题，共计45分，选做4题，多做不得分）草稿区请在下面的表格中指定答题顺序，在对应的分值下列明题号。每格只许列出一个题号，否则做无效处理。下表中必须写明所有题目的题号，如果填写不完全，视为不指定答题顺序。如填写内容无效或者不填写表格，则按照默认的题面分值评分第一题（15分）第二题（12分

5、）第三题（10分）第四题（8分）6.内存访问时间问题：考虑有这样一个分页系统，该系统在内存中存放了二级页表，页面大小为4K，在TLB中存储了最近访问的16个页表表项。如果内存访问需要80ns，TLB检查需要20ns，页面交换（写/读磁盘）时间需要5000ns。假设有20%的被替换页面的内容被更改过，如果TLB命中率是95%，缺页率是10%，请问CPU访问一个数据需要多长时间？（本题默认分值：12分，列出计算公式与计算结果即可）解题思路：1）二级页表：32位计算机中的地址字长度为32位，页面大小为４K，二级页表意味着一级页表地址长度为10位，二级页表长度为10位，

6、页内地址偏移为12位。2）数据访问流程：首先读TLB，如果TLB命中则访问内存一次即可获得数据，如果TLB不命中，则访问内存中的一级页表（第一次访问内存），然后再通过一级页表访问二级页表（第二次访问内存），如果发生缺页中断则进行页面替换（可能会读写磁盘），然后访问内存中的页面内容（第三次访问内存）。第4页，共25页3）CPU访问数据的时间：题目中给出了每一个环节的访问时间和相关概率，则本题求解的其实是数学期望，或者说是各种访问流程的加权平均值，权重就是每一个环节中的命中概率。4）注意：TLB所保存的页表项对应的页面是不会被替换出内存的，所以只要TLB命中就意味着

7、肯定没有缺页中断出现，另外一个问题是二级页表意味着即便页面在内存中，也需要三次访问内存才能获得数据。如果被替换页面的内容有更改，则需要两次页面交换才能完成缺页调度，以上三点问题是本题的关键所在，其考察内容是对TLB和二级页表、缺页中断与页面交换全流程的准确理解。计算过程：n计算公式，CPU访问内存中数据的时间=TiPi；其中i是指各种内存访问情况，Ti是指在情况i下的访问时间，Pi是指发生该种情况的概率，题目中给i1出的各种百分比其实就是所谓的概率。1）第一种情况：TLB检查（20ns）并命中（0.95概率），直接访问内存中的页面（80ns），总时间是（20

8、+80）*0.95=95