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【OS】真题 2015

web 2025/7/29 5:46:15

23.处理外部中断时，应该由操作系统保存的是（）

A.程序计数器（PC）的内容

B.通用寄存器的内容

C.快表（TLB）中的内容

D.Cache中的内容

B

外部中断处理过程，PC值由中断隐指令自动保存，而通用寄存器内容由操作系统保存

A：程序计数器PC的内容由中断隐指令保存，中断隐指令并不是指令系统中的一条真正的指令，它没有操作码，不允许也不可能为用户使用的特殊指令；

B：通用寄存器的内容由中断服务程序保存，中断服务程序属于操作系统

C、D：快表TLB以及Cache中内容在处理外部中断时不需要保存

24.假定下列指令已装入指令寄存器，则执行时不可能导致CPU从用户态变为内核态（系统态）的是（）

A.DIV R0,R1; (R0)/(R1) $\rightarrow$ R0

B.INT n; 产生软中断

C.NOT R0；寄存器R0的内容取非

D.MOV R0，addr 把地址addr处的内容数据放入寄存器R0中

C

当一些指令通过发生一些异常（中断）会出现CPU从内核态转到内核态

当CPU在用户态（User Mode） 执行时，以下事件会触发切换到内核态（Kernel Mode）：

硬件中断（Interrupt）

外部设备触发（如定时器、键盘、网络包到达）
例如：时钟中断触发任务调度。

异常（Exception）

故障（Fault）：可修复错误（如缺页异常），返回后重试指令。
陷阱（Trap）：主动触发（如系统调用 syscall），返回后执行下条指令。
中止（Abort）：不可恢复错误（如硬件故障），终止进程。

系统调用（Syscall）

用户程序主动通过指令（如x86的 int 0x80/syscall）请求内核服务、

触发原因 具体示例
硬件中断 定时器中断、磁盘I/O完成中断
程序异常 除零错误、缺页异常、非法指令
系统调用 调用 read(), write() 等API
调试事件 断点触发（INT3）

NOT R0;不会发生异常

DIV有除零异常的可能

INT为中断指令

MOV R0,addr有缺页异常的可能

指令MOV R0，addr将内存数据加载到寄存器中。虚拟地址空间包括内核与用户空间，如果addr所指向的内存地址是内核空间的地址，或者是特定的内存映射区域（例如I/O地址空间），那么执行MOV R0,addr需要切换到内核态

触发原因	具体示例
硬件中断	定时器中断、磁盘I/O完成中断
程序异常	除零错误、缺页异常、非法指令
系统调用	调用 `read()`, `write()` 等API
调试事件	断点触发（INT3）

25.下列选项中，会导致进程从执行态变为就绪态的事件是（）。

A. 执行 P (wait) 操作

B. 申请内存失败

C. 启动I/O设备

D. 被高优先级进程抢占

D

D. 被高优先级进程抢占：正在运行的进程被更高优先级进程抢占时，操作系统会将其移出CPU，放入就绪队列等待调度

错误选项分析：

A. 执行P操作：若资源不可用，进程会从执行态→阻塞态

B. 申请内存失败：进程等待资源，进入阻塞态

C. 启动I/O设备：进程需等待I/O完成，进入阻塞态

D项被剥夺了处理机资源，进入了就绪态，一旦得到处理机即可运行

其他三项因为请求某一资源会进入阻塞态

关于进程三态（运行态、就绪态、阻塞态）的一些易混知识点 - wkxnk - 博客园

转换方向 触发事件 说明
执行态 → 就绪态 1. 时间片用完 CPU时间片耗尽，暂停执行
2. 被高优先级进程抢占 更高优先级进程就绪，剥夺当前进程CPU
执行态 → 阻塞态 1. 执行P(wait)操作 申请资源（如信号量）失败
2. 启动I/O设备 等待I/O操作完成
3. 申请内存失败 等待内存资源分配
4. 主动等待事件（如sleep）进程主动暂停执行
阻塞态 → 就绪态 1. I/O操作完成等待的事件结束（如磁盘读写完成）
2. 资源可用（如内存分配成功）此前申请的资源被释放
就绪态 → 执行态 进程调度选中调度程序分配CPU时间片
创建 → 就绪态 fork()成功创建子进程新进程加入就绪队列
执行态 → 终止态 exit()系统调用进程运行结束或被终止

转换方向	触发事件	说明
执行态 → 就绪态	1. 时间片用完	CPU时间片耗尽，暂停执行
	2. 被高优先级进程抢占	更高优先级进程就绪，剥夺当前进程CPU
执行态 → 阻塞态	1. 执行P(wait)操作	申请资源（如信号量）失败
	2. 启动I/O设备	等待I/O操作完成
	3. 申请内存失败	等待内存资源分配
	4. 主动等待事件（如sleep）	进程主动暂停执行
阻塞态 → 就绪态	1. I/O操作完成	等待的事件结束（如磁盘读写完成）
	2. 资源可用（如内存分配成功）	此前申请的资源被释放
就绪态 → 执行态	进程调度选中	调度程序分配CPU时间片
创建 → 就绪态	fork()成功创建子进程	新进程加入就绪队列
执行态 → 终止态	exit()系统调用	进程运行结束或被终止

26.若系统S1采用死锁避免方法，S2采用死锁检测方法。下列叙述中，正确的是（）。

Ⅰ. S1会限制用户申请资源的顺序，而S2不会

Ⅱ. S1需要进程运行所需资源总量信息，而S2不需要

Ⅲ. S1不会给可能导致死锁的进程分配资源，而S2会

A. 仅Ⅰ、Ⅱ

B. 仅Ⅱ、Ⅲ

C. 仅Ⅰ、Ⅲ

D. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

B

死锁的处理共采取三种策略：死锁预防、死锁避免、死锁检测和结束

“限制用户申请资源的顺序”属于死锁预防的范畴

死锁预防：采用破坏死锁的四个必要条件（资源互斥、占有等待、不可剥夺、循环等待）中的一个或几个，以防止发生死锁，其中之一的“破坏循环等待条件”，一般采用顺序资源分配法，首先给系统的资源编号，规定每个进程必须按编号递增的顺序请求资源，也就是限制了用户申请资源的顺序

银行家算法是最著名的死锁避免算法，其中的最大需求矩阵MAX定义了每一个进程对m类资源的最大需求量，系统在执行安全性算法中都会检查此次资源试分配后，系统是否处于安全状态，若不安全则将本次的试探分配作废。

在死锁的检测和解除中，在系统为进程分配资源时不采取任何措施，但提供死锁的检测和解除的手段

限制用户申请资源的顺序属于死锁预防方法。死锁预防是指在设计系统时，通过确定资源分配算法，排除发生死锁的可能性，具体做法是破坏产生死锁的四个必要条件之一

1.破坏“互斥”条件：通过资源转换技术把独占资源变为共享资源；SPOOLing技术

2.破坏“请求和保持”条件：第一种协议（要求每个进程在运行前必须一次性申请它所需要的所有资源）；第二种协议（允许一个进程只获得运行初期所需资源，便开始运行，进程运行过程中在逐步释放已分配给自己的且无需使用的全部资源，然后再请去新的所需资源）

3.破坏“不可抢占”条件：当一个进程申请的资源被其他进程占用时，可以通过操作系统抢占这一资源

4.破坏“循环等待”条件：静态资源分配法（把系统中所有的资源编号，进程在申请资源时必须严格按照资源编号的递增次序进行）

I前半句错误，后半句正确。

II正确。S1 采用死锁避免方法，需要获取进程运行所需资源的总量信息，以便进行安全性检查和资源分配的决策，这是为了避免将资源分配给可能导致死锁的进程，经典算法如银行家算法。而 S2 采用死锁检测方法，不需要知道进程运行所需资源的总量信息。它只需要跟踪系统中的资源分配情况和进程之间的资源请求关系，以判断是否存在死锁。

Ⅲ正确。S1 采用死锁避免方法，会避免给可能导致死锁的进程分配资源，以确保系统的安全性。而 S2 采用死锁检测方法，不会阻止资源的分配。它会周期性地检测系统中是否存在死锁，并采取适当的措施来解决已经发生的死锁情况

27.系统为某进程分配了4个页框，该进程已访问的页号序列为2, 0, 2, 9, 3, 4, 2, 8, 2, 4, 8, 4, 5。若进程要访问的下一页的页号为7，依据LRU算法，应淘汰页的页号是（）。

A. 2

B. 3

C. 4

D. 8

A

由题目可知已分配了4个页框，采用LRU算法，即对页号序列从后往前计数，直到数到4（页框数）个不同的数字位置，这个停止的数字就是要淘汰的页号（最近最长时间未使用的页）

5 4 8 4 2

RU算法：当发生页面未命中（缺页）且所有页框已满时，淘汰最近最少使用的页面（即最久未被访问的页面）。

未命中（红色）：访问的页面不在任何页框中，需要加载新页面，可能触发页面淘汰。

命中（绿色）：访问的页面已在某个页框中，无需加载，只需更新页面的使用顺序（将该页面移到最近使用位置）

访问页号 2 0 2 9 3 4 2 8 2 4 8 4 5 7
页框0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 7
页框1 - 0 0 0 0 4 4 4 4 4 4 4 4 4
页框2 - - - 9 9 9 9 8 8 8 8 8 8 8
页框3 - - - - 3 3 3 3 3 3 3 3 5 5

27.在系统内存中设置磁盘缓冲区的主要目的是（）

A.减少磁盘I/O次数

B.减少平均寻道时间

C.提高磁盘数据可靠性

D.实现设备无关性

A

系统内存读取数据速度较快，磁盘读取数据速度较慢，为了减少读取文件花费的时间，设置磁盘缓冲区，减少磁盘I/O次数

磁盘缓冲区是一块内存区域，用于临时存储从磁盘读取的数据或待写入磁盘的数据；当系统需要读取或写入磁盘上的数据时，它可以首先将这些数据加载到磁盘缓冲区中进行处理，这样如果需要再次访问同样的数据，可以直接从缓冲区中获取，而无需再次进行磁盘I/O操作

29.在文件的索引节点中存放直接索引指针10个，一级和二级索引指针各1个。磁盘块大小为1KB，每个索引指针占4个字节。若某文件的索引节点已在内存中，则把该文件偏移量（按字节编址）为1234和307400处所在的磁盘块读入内存，需访问的磁盘块个数分别是（）

A.1、2

B.1、3

C.2、3

D.2、4

B

10个直接索引指针指向的数据块大小为10*1KB=10KB

每个索引指针占4B，则每个磁盘块可存放1KB/4B=256个索引指针，一级索引指针指向的数据块大小为：256*1KB=256KB

二级索引指针指向的数据块大小为：256*256*1KB=2^16KB=64MB

按字节编址，当偏移量为1234时，因为10KB>1234B，则由直接索引指针可得到其所在的磁盘块地址。文件的索引地点已在内存中，则地址可直接得到，故仅需1次访盘即可。排除C、D选项

当偏移地址为307400时，因为256KB+10KB<307400B<64MB，可知该偏移量的内容在二级索引指针所指向的某个磁盘块中，索引结点已在内存中，故先访盘2次得到文件所在的磁盘块地址，再访盘1次即可读出内容，故共需3次访盘

磁盘块大小为1KB，每个索引指针占4B，一个磁盘块可以装载1KB/4B=256个索引指针

ni 个 i 级索引指向数据块大小为 ni×256i×1KB 。

访问 i 级索引指向数据块需要读 i 次索引，1次数据块，总计 i+1 次磁盘

10个直接索引指向数据块大小为10×1KB=10240B。首地址偏移量为0，按字节编址，直接索引指向数据块偏移量范围为[0, 10239]。

1个一级索引指向数据块大小为1×256×1KB=262144B。首地址偏移量为0，按字节编址，前面有直接索引指向数据块，一级索引指向数据块偏移量范围为[10240, 10240+262143]，即[10240, 272383]。

1个二级索引指向数据块大小为1× 2562 ×1KB=67108864B。首地址偏移量为0，按字节编址，前面有直接索引和一级索引指向数据块，二级索引指向数据块偏移量范围为[10240+262144, 10240+262144+67108863]，即[272384, 67381247]。

因为偏移量为1234∈[0, 10239]，所以该偏移量位于直接索引指向数据块范围内，访问该数据块需要读1次磁盘。

因为偏移量为307400∈[272384, 67381247]，所以该偏移量位于二级索引指向数据块范围内，访问该数据块需要读3次磁盘。

30.在请求分页系统中，页面分配策略与页面置换策略不能组合使用的是（）。

A. 可变分配，全局置换

B. 可变分配，局部置换

C. 固定分配，全局置换

D. 固定分配，局部置换

C

可变分配，全局置换

可变分配，局部置换

固定分配，局部置换

是常见的三种策略，可以组合在一起使用

对各进程进行固定分配时页面数不变，不可能出现全局置换

固定分配：指为每个进程分配一组固定数目的物理块，在进程运行期间不再改变。

可变分配：指先为每个进程分配一定数目的物理块，在进程运行期间，可根据情况做适当的增加或减少。

局部置换：指如果进程在运行中发现缺页，则只能从分配给该进程的n个页面中选出一页换出，然后再调入一页，以保证分配给该进程的内存空间不变。

全局置换：指如果进程在运行中发现缺页，则将操作系统保留的空闲物理块（一般组织为一个空闲无论块队列）取出一块分配给该进程，或者以所有进程的全部物理块为标的，选择一块换出，然后将所缺页调入。

A. 可变分配，全局置换：因为可变分配允许页面在不同的进程之间转移，全局置换允许在不同的进程之间置换页面。所以这两种策略可以组合使用。

B. 可变分配，局部置换：因为可变分配允许在不同的进程之间转移页面，局部置换允许在一个进程的地址空间内置换页面。所以这两种策略可以组合使用。

C. 固定分配，全局置换：因为固定分配限制了页面的分配，不允许页面在进程之间转移，而全局置换需要在不同的进程之间置换页面。所以这两种策略不能组合使用。

D. 固定分配，局部置换：固定分配将每个页面固定地分配给某个进程地址空间，局部置换允许在一个进程的地址空间内置换页面。所以这两种策略可以组合使用

31.文件系统用位图法表示磁盘空间的分配情况，位图存于磁盘的32～127号块中，每个盘块占1024个字节，盘块和块内字节均从0开始编号。假设要释放的盘块号为409612，则位图中要修改的位所在的盘块号和块内字节序号分别是（）。

A. 81、1

B. 81、2

C. 82、1

D. 82、2

C

盘块号=起始块号+ ⌊ 盘块号/(1024*8)⌋ =32+ ⌊ 409612/(8*1024)⌋=32+50=82，余下12位，需要占两字节，从序号0开始，0,1

32.某硬盘有200个磁道（最外侧磁道号为0），磁道访问请求序列为：130，42，180，15，199，当前磁头位于第58号磁道并从外侧向内侧移动。按照SCAN调度方法处理完上述请求后，磁头移过的磁道数是（）。

A. 208

B. 287

C. 325

D. 382

SCAN算法就是电梯调度算法。当前磁头位于58号并从外侧向内侧移动，依次访问130、180、199，然后再返回向外侧移动，再依次访问42和15，故磁头移过的磁盘道数是：（199-58）+（199-15）=325

对于SCAN调度（电梯调度）算法，磁臂从磁盘的一端开始，向另一端移动；在移过每个柱面时，处理请求。当到达磁盘的另一端时，磁头移动方向反转，并继续处理。磁头连续来回扫描磁盘。磁头的行为就像大楼里面的电梯，先处理所有正在移动的方向的请求，然后再处理相反方向的请求

45.有A、B两人通过信箱进行辩论，每个人都从自己的信箱中取得对方的问题，将答案和向对方提出的新问题组成一个邮件放入对方的信箱中。假设A的信箱最多放M个邮件，B的信箱最多放N的邮件。初始时A的信箱中有x个邮件(0<x<M)，B的的信箱中有y个邮件(0<y<N)。辩论者每取出一个邮件，邮件数减1。A和B两人的操作过程描述如下：

CoBegin
A {while (true) {从A的信箱中取出一个邮件;回答问题并提出一个新问题;将新邮件放入B的信箱;}
}
B {while (true) {从B的信箱中取出一个邮件;回答问题并提出一个新问题;将新邮件放入A的信箱;}
}
CoEnd

当信箱不为空时，辩论者才能从信箱中取邮件，否则等待。当信箱不满时，辩论者才能将新邮件放入信箱，否则等待。请添加必要的信号量和P、V（或wait、signal）操作，以实现上述过程的同步。要求写出完整的过程，并说明信号量的含义和初值

semaphore Full_A=x; //Full_A表示A的信箱中的邮件数量

semaphore Empty_A=M-x; //Empty_A表示A的信箱中还可存放的邮件数量

semaphore Full_B=y; //Full_B表示B的信箱中的邮件数量

semaphore Empty_B=N-y; //Empty_B表示B的信箱中还可存放的邮件数量

semaphore mutex_A=1; //mutex_A用于A的信箱互斥

semaphore mutex_B=1; //mutex_B用于B的信箱互斥

A{

whille(TRUE){

P(Full_A);

P(mutex_A);

从A的信箱中取出一个邮件；

V(mutex_A);

V(Empty_A);

回答问题并提出一个新问题；

P(Empty_B);

P(mutex_B);

将新邮件放入B的信箱；

V(mutex_B);

V(Full_B);

}

}

B{

while(TRUE){

P(Full_B);

P(mutex);

从B的信箱中取出一个邮件；

V(mutex);

V(Empty_B);

回答问题并提出一个新问题；

P(Empty_A);

P(mutex_A);

将新邮件放入A的信箱；

V(mutex_A);

V(Full_A);

}

}

【OS】同步互斥问题-CSDN博客

本题为多生产者多消费者多缓冲区模型，有两个单生产者单消费者单缓冲区模型组成

B向A写邮件，A收邮件：B为生产者，A为消费者，A的信箱为缓冲区
semaphore box_A_mutex = 1;    // A的信箱互斥信号量
semaphore box_A_empty = M-x;  // A的信箱空闲位置数量
semaphore box_A_full = x;     // A的信箱邮件数量CoBegin
Sender_B {while (true) {提出一个新问题;P(box_A_empty);    // 请求A的信箱一个空位P(box_A_mutex);将新邮件放入A的信箱;V(box_A_mutex);V(box_A_full);    // A的信箱邮件数量加一}
}
Receiver_A {while (true) {P(box_A_full);    // 请求A的信箱一个邮件P(box_A_mutex);从A的信箱中取出一个邮件;V(box_A_mutex);V(box_A_empty);    // A的信箱空位数量加一回答问题;}
}
CoEnd
A向B写邮件，B收邮件：A为生产者，B为消费者，B的信箱为缓冲区
semaphore box_B_mutex = 1;    // B的信箱互斥信号量
semaphore box_B_empty = N-y;  // B的信箱空闲位置数量
semaphore box_B_full = y;     // B的信箱邮件数量CoBegin
Sender_A {while (true) {提出一个新问题;P(box_B_empty);    // 请求B的信箱一个空位P(box_B_mutex);将新邮件放入B的信箱;V(box_B_mutex);V(box_B_full);    // B的信箱邮件数量加一}
}
Receiver_B {while (true) {P(box_B_full);    // 请求B的信箱一个邮件P(box_B_mutex);从B的信箱中取出一个邮件;V(box_B_mutex);V(box_B_empty);    // B的信箱空位数量加一回答问题;}
}
CoEnd
进程 Receiver_A 和进程 Sender_A 合成进程 A，进程 Receiver_B 和进程 Sender_B 合成进程 B，得到最终伪代码：
semaphore box_A_mutex = 1;    // A的信箱互斥信号量
semaphore box_A_empty = M-x;  // A的信箱空闲位置数量
semaphore box_A_full = x;     // A的信箱邮件数量
semaphore box_B_mutex = 1;    // B的信箱互斥信号量
semaphore box_B_empty = N-y;  // B的信箱空闲位置数量
semaphore box_B_full = y;     // B的信箱邮件数量CoBegin
A {while (true) {P(box_A_full);    // 请求A的信箱一个邮件P(box_A_mutex);从A的信箱中取出一个邮件;V(box_A_mutex);V(box_A_empty);    // A的信箱空位数量加一回答问题并提出一个新问题;P(box_B_empty);    // 请求B的信箱一个空位P(box_B_mutex);将新邮件放入B的信箱;V(box_B_mutex);V(box_B_full);    // B的信箱邮件数量加一}
}
B {while (true) {P(box_B_full);    // 请求B的信箱一个邮件P(box_B_mutex);从B的信箱中取出一个邮件;V(box_B_mutex);V(box_B_empty);    // B的信箱空位数量加一回答问题并提出一个新问题;P(box_A_empty);    // 请求A的信箱一个空位P(box_A_mutex);将新邮件放入A的信箱;V(box_A_mutex);V(box_A_full);    // A的信箱邮件数量加一}
}
CoEnd
(81 封私信 / 81 条消息) 408操作系统考点：生产者消费者问题 - 知乎

46.某计算机系统按字节编址，采用二级页表的分页存储管理方式，虚拟地址格式如下所示：

10位	10位	12位
页目录号	页表索引	页内偏移量

请回答下列问题。

(1) 页和页框的大小各为多少字节？进程的虚拟地址空间大小为多少页？

(2) 假定页目录项和页表项均占4个字节，则进程的页目录和页表共占多少页？要求写出计算过程。

(3) 若某指令周期内访问的虚拟地址为0100 0000H和0111 2048H，则进行地址转换时共访问多少个二级页表？要求说明理由

（1）页和页框大小均为4KB，进程的虚拟地址空间大小为 $2^{32}/2^{12}=2^{20}$ 页

（2） $\left ( 2^{10}\times 4 \right )/2^{12}+(2^{20}\times 4)/2^{12}=1024$ 页（页目录所占页数+页表所占页数）

（3）需要访问一个二级页表，因为虚地址0100 0000H和0111 2048H的最高10位的值都是4，访问的都是同一个二级页表

1.根据虚拟地址格式，页内偏移量占12位，计算机系统按字节编址，页大小为 212 ×1B=4KB，页框大小与页大小相同，为4KB

根据虚拟地址格式，虚拟地址占10+10+12=32位，计算机系统按字节编址，进程的虚拟地址空间大小为 232 ×1B= 232 B，页大小为 212 B，虚拟地址空间大小为 232B/212B=220 页。或者页目录号占10位，有 210 个页目录项，又页表索引占10位，每个页目录号下有 210 个页表索引，总共有 210×210=220 个页表索引，所以进程的虚拟地址空间大小为 220 页

2.根据虚拟地址格式，页目录号占10位，有 210 个页目录项，页目录项占4B，页大小为4KB，进程的页目录占 210 ×4B/4KB=1页。又页表索引占10位，每个页目录号下有 210 个页表索引，总共有 210×210=220 个页表索引，页表项占4B，页大小为4KB，进程的页表占 220 ×4B/4KB=1024页。综上，进程的页目录和页表共占1+1024=1025页

3.

访问的虚拟地址为0100 0000H和0111 2048H共访问1个二级页表