软考中级习题与解答——第三章_操作系统（1）

例题1

1、题目解析

A. 固定分区支持多道程序设计，算法简单，但存储碎片多

这个说法是正确的。

• 固定分区 : 系统启动时将内存划分为若干个大小固定的区域。

• 支持多道程序: 每个分区可以装入一个独立的程序（作业），从而实现多道程序并发执行。

• 算法简单: 分配算法非常简单，只需查找一个足够大的空闲分区即可。

• 存储碎片多: 会产生内部碎片。如果一个程序大小为 50KB，但被装入了一个 100KB 的分区，那么剩下的 50KB 空间就被浪费了，且不能被其他程序使用，这就是内部碎片。

B. 可重定位分区能消除碎片，但用于存储器紧缩处理的时间长

这个说法是正确的。

• 可重定位分区 : 也称为动态分区。内存不预先划分，而是根据进程的需要，动态地从可用内存中划出一块连续的空间。

• 产生外部碎片: 当进程运行结束释放内存后，会产生许多不连续的、小的空闲块，这些就是外部碎片

• 存储器紧缩 : 为了解决外部碎片，操作系统可以执行“紧缩”操作，即移动所有正在运行的进程，使它们在内存中连续，从而将所有小的空闲块合并成一个大的连续空闲区。

• 能消除碎片: 紧缩操作确实可以消除外部碎片。

• 时间长: 紧缩需要移动大量内存中的数据，这是一个非常耗时的 I/O 操作，期间所有程序都必须暂停，因此系统开销很大。

C. 分页式存储允许动态链接和装入，能消除碎片，支持虚拟存储

这个说法是不正确的。

• 分页式存储 : 将进程的逻辑地址空间和物理内存都划分为大小固定的“页”和“页框”，以页为单位进行分配。

• 能消除外部碎片: 是的，因为它以页为单位分配，不要求连续内存，所以没有外部碎片。

• 会产生内部碎片: 是的，一个进程的最后一页通常不会被完全占满，剩余的部分就构成了内部碎片。所以说它“能消除碎片”是不准确的，它只能消除外部碎片。

• 支持虚拟存储: 是的，分页是实现虚拟存储技术的基础。

• 允许动态链接和装入: 这是分段式存储的优点。 分页的基本单位是大小固定的“页”，这是一个物理概念，与程序的逻辑结构（如函数、模块）无关。而动态链接和装入是基于程序的逻辑模块进行的，它要求内存管理方案能够支持按逻辑单位进行映射和保护，这正是分段式存储的核心优势。分页式存储不便于实现动态链接。

D. 分页式存储支持虚拟存储，但不能以自然的方式提供存储器的共享和存取保护机制

这个说法是正确的。

• 支持虚拟存储: 正确，分页是虚拟存储的基础。

• 不能以自然的方式提供共享和保护: 正确。因为“页”是物理划分，它的大小和边界与程序的逻辑结构（如一个函数、一个数据块）完全无关。我们通常希望按“逻辑单位”来进行共享和保护（例如，共享一个代码段，保护一个数据段）。分段式存储的“段”就是按逻辑单位划分的，因此能非常自然地实现共享和保护。而分页要实现共享，需要多个进程的页表都指向同一个物理页框，操作相对不那么直观和“自然”。

2、最终答案：C

例题2

1、题目解析

这道题考察的是对进程生命周期的基本理解。题目先给出了进程的静态组成（程序段、PCB、数据空间），然后询问一个用户进程被建立 (创建) 后，它的命运是什么。

A. 便一直存在于系统中，直到被操作人员撤销

• 这个说法是错误的。 进程的生命周期远比这复杂。虽然操作人员（或用户）可以通过命令（如 kill）来终止一个进程，但这只是进程结束的一种方式。绝大多数进程是随着其任务的完成而自行正常结束的，并不需要人工干预。例如，你运行一个计算器程序，当你关闭计算器窗口时，它对应的进程就结束了。

B. 随着作业运行正常或不正常结束而撤销

• 这个说法是正确的。 这准确地描述了进程生命周期的终点。一个“作业”（Job，可以理解为一个用户任务，它可能包含一个或多个进程）的运行最终必然会有一个结果：

• 正常结束: 程序完成了它所有的任务（例如，一个文件复制程序成功复制完文件），然后调用退出指令，对应的进程被正常撤销。

• 不正常结束 (异常终止): 程序在运行中遇到了无法处理的错误（如除以零、非法内存访问），或者被操作系统或其他进程强行终止。在这种情况下，进程也会被撤销。

C. 随着时间片轮转而撤销与建立

• 这个说法是错误的。 这混淆了进程调度和进程生命周期。

• 时间片轮转是操作系统进行进程调度的一种策略，用于在多个就绪状态的进程之间公平地分配 CPU 时间。

• 当一个进程的时间片用完后，它只是从运行状态切换回就绪状态，让出 CPU 给下一个进程。它的 PCB、内存等所有资源都依然存在，并没有被“撤销”。它只是在“排队”等待下一次轮到它运行。

• 进程的创建和撤销是比状态切换“重”得多的操作

D. 随着进程的阻塞或唤醒而撤销与建立

• 这个说法是错误的。 这混淆了进程状态转换和进程生命周期。

• 阻塞 / 睡眠: 当一个进程需要等待某个事件（如等待用户输入、等待文件读写完成）时，它会进入阻塞状态，暂时放弃 CPU。

• 唤醒: 当它等待的事件发生后，操作系统会将它从阻塞状态切换回就绪状态，让它可以重新参与 CPU 的竞争。

• 在整个“阻塞 -> 唤醒”的过程中，进程始终存在于系统中，其资源被保留，远未到“撤销”的程度。这只是进程在其生命周期中正常的状态转换。

2、最终答案：B

例题3

1、题目解析

A. 唤醒：就绪 → 运行

• 这个说法是错误的。

• 唤醒操作的对象是处于阻塞状态的进程。当一个进程等待的事件发生时，操作系统会将其唤醒，使其状态从阻塞变为就绪。

• 从就绪状态变为运行状态的过程是由调度程序完成的，这个操作称为调度或分派。

• 因此，正确的状态转换应该是：唤醒：阻塞 → 就绪，以及 调度：就绪 → 运行。

D. 进程具有引用局部性时，可降低页面出错的频率

• 这个说法是正确的。

• 引用局部性原理: 指的是程序在运行时，对存储器的访问倾向于聚集在一定的时空范围内。它包括：

• 时间局部性: 最近被访问过的内存位置，很可能在不久的将来再次被访问（例如，循环中的指令和变量）。

• 空间局部性: 如果一个内存位置被访问，那么它附近的内存位置也很可能在不久的将来被访问（例如，顺序执行的指令、数组元素）。

• 页面出错 : 在虚拟存储系统中，当程序试图访问一个不在物理内存中的页面时，会发生页面出错（缺页中断）。此时，操作系统需要从磁盘将该页面调入内存。
• 关系: 正是因为程序具有引用局部性，虚拟存储系统才能高效工作。当一个页面被调入内存后，由于局部性原理，程序很可能会在接下来的一段时间内集中访问这个页面内的数据和指令，而不会频繁地去访问其他不在内存中的页面。这就大大降低了发生页面出错的频率。如果程序访问内存是完全随机、没有局部性的，那么虚拟存储将会因为频繁的磁盘I/O而变得效率极低。

2、最终答案：D

例题4

1、题目解析

A. 进程是一个程序关于某个数据集的一次运行

• 这个说法是正确的。 这是对进程非常经典和准确的定义之一。

  • 程序: 是静态的指令集合，就像一份菜谱。

  • 数据集 : 是程序运行时需要处理的数据，就像做菜用的食材。

  • 一次运行: 是动态的执行过程，就像厨师按照菜谱、使用食材、正在厨房里做菜的这个活动。

  • 进程: 就是这个包含了菜谱、食材并且正在进行中的“做菜活动”。同一个菜谱（程序）可以用不同的食材（数据集）做很多次菜（多次运行，多个进程）。

B. 进程是系统分配资源的基本单位，而程序不是

• 这个说法是正确的。 这是进程在操作系统中的核心角色之一。当一个程序被执行时，操作系统会为其创建一个进程，并为这个进程分配一系列资源，如内存空间、CPU时间片、文件句柄、I/O设备等。程序本身只是一个静态文件，它不占用这些动态资源。

C. 进程和程序是一种一一对应的关系

• 这个说法是不正确的。 进程和程序之间是多对多或一对多的关系，但不是一一对应。

• 一个程序可以对应多个进程: 这是最常见的情况。例如，你可以同时打开多个 Word 文档窗口，每一个窗口都对应一个独立的 Word 进程，但它们都源自同一个 Word 程序文件。你也可以在命令行多次运行同一个程序，每次都会创建一个新的进程。

• 一个进程可以执行多个程序: 在某些操作系统（如 Unix/Linux）中，一个进程可以通过 exec() 系列的系统调用，将其当前执行的程序替换成一个新的程序，而进程的ID（PID）保持不变。

D. 一个程序可以包含多个进程

• 这个说法是正确的。 这里的“包含”可以理解为“派生”或“创建”。一个正在运行的程序（即一个主进程）可以通过系统调用（如 fork()）来创建新的子进程，以实现并发或并行处理。例如，Chrome 浏览器就是一个典型的多进程程序，它的主进程会为每个标签页、每个扩展程序创建独立的子进程，以提高稳定性和安全性。

2、最终答案：C

例题5

1、题目分析

这道题考察的是在单处理机（单核CPU）系统中，多个进程可能处于的状态分布。我们需要找出在某个瞬间，处于就绪状态的进程最多和最少可能有多少个。

已知信息：

1. 系统类型: 单处理机系统 (意味着在任意时刻，最多只能有一个进程在CPU上执行)。

2. 进程总数: 8 个用户进程。

3. 时间点: 在非管态（用户态）的某一时刻 (这意味着有一个用户进程正在CPU上运行)。

4. 目标状态: 就绪状态。

CPU 的工作状态：

在一个现代操作系统中，CPU 在任何时候都不会是空闲的（除非整个系统处于“空闲”或“休眠”状态）。它总是在执行指令。这些指令要么属于用户进程，要么属于操作系统内核 。

• 当 CPU 执行用户进程的指令时，CPU 处于用户态 ，也叫非管态。此时，有一个用户进程处于运行状态。

• 当 CPU 执行操作系统内核的指令时， CPU 处于内核态，也叫管态。这种情况发生在：

  • 用户进程发起了系统调用（比如读文件）。

  • 发生了中断（比如硬盘完成了读写）。

  • 发生了异常（比如除以零）

分析最多有多少个就绪进程：

为了让就绪进程数量最大化，我们需要假设其他状态的进程数量尽可能少。

最理想的情况是：除了那个正在运行的进程外，所有其他进程都没有在等待I/O等事件，它们都已经准备好，只等着CPU空闲下来就可以运行。

因此，这 8 个进程的分布是：

• 1 个处于运行状态。
• 剩下的 8 - 1 = 7 个都处于就绪状态。
• 0 个处于阻塞状态。

所以，处于就绪状态的用户进程最多有 7 个。

分析最少有多少个就绪进程：

最极端的情况是：除了那个正在运行的进程外，所有其他进程都在等待某个事件（例如，都在等待用户输入，或者都在等待文件读写）。

因此，这 8 个进程的分布是：

• 1 个处于运行状态。
• 剩下的 8 - 1 = 7 个都处于阻塞状态。

这样，就绪队列就是空的。

2、最终答案：B

例题6

1、题目分析

2、最终答案：B

例题7

1、题目分析

2、最终答案：D

例题8

1、题目分析

在时间片固定的情况下，响应时间 T 大致可以估算为 T ≈ N * q，其中 N 是用户数，q 是时间片长度。因此，N (用户数) 越大，T (响应时间) 就越长。可以用一个简单的比喻来理解：一个医生（CPU）给一群病人（用户进程）看病，每个病人每次最多看2分钟（时间片）。

内存大小主要影响的是系统能够同时容纳的进程数量以及进程的换入换出。 内存大小是影响性能的重要因素，但它不是最直接的、决定轮转一周所需时间的核心变量。题目的核心模型是“固定时间片的轮转调度”。在这个模型中，用户数是直接决定响应时间（等待轮次）的首要因素。内存大小是影响这个模型能否高效运行的底层条件。因此，相比于 A，C 和 D 不是最直接的答案。

2、最终答案：A

例题9

1、题目分析

A. 共享资源

• 定义: 指可以同时被多个进程访问的资源。

• 分析: 这个定义与题干的“只允许一个进程访问”正好相反。共享资源的例子包括可重入的代码（纯代码段）、只读的数据文件等。多个进程可以同时读取这些资源而不会产生冲突。因此 A 错误。

B. 独占资源

• 定义: 指一个资源在整个生命周期或很长一段时间内被分配给某一个固定的进程，不能被其他进程使用。

• 分析: 这个概念强调的是资源的长期归属，而不是短时间内的访问方式。例如，一台打印机在打印一个长文档的过程中，可以被认为是该打印进程的“独占资源”。但题干描述的是“在一段时间内”，强调的是访问时的互斥性，而不是归属性。临界资源是独占资源的一种，但“临界资源”这个术语更精确地描述了题干中的访问规则。

C. 临界资源

• 定义: 指一次仅允许一个进程使用的资源。这种资源因为其特性，如果被多个进程同时访问，可能会导致数据不一致或其他错误。

• 分析: 这完美地匹配了题干的描述：“在一段时间内，只允许一个进程访问的资源”。为了保护临界资源，进程在访问它之前，必须先进入一个叫做临界区 的代码段，并在这个区域内实现互斥。典型的临界资源包括打印机、共享的变量、共享的数据缓冲区、共享文件等。

D. 共享区

• 定义: 指一块可以被多个进程共同访问的内存区域。

• 分析: 共享区是一种具体的资源，而不是对一类资源的定性描述。共享区本身可以是一个临界资源（如果多个进程需要对它进行读写操作，就需要互斥保护），也可以是一个共享资源（如果所有进程都只读取它）。因此，D 是一个具体的例子，而不是题干所问的通用名称。

2、最终答案：C

例题10

1、题目分析

2、最终答案：B