广东开放大学操作系统原理与应用（本）期末考试试卷与参考答案

广东开放大学《操作系统原理与应用（本）》期末考试复习笔记

一、课程概述

1. 课程目标

《操作系统原理与应用（本）》是计算机科学与技术专业的核心课程，旨在帮助学生掌握操作系统的基本原理、功能模块及实现技术，理解进程管理、内存管理、文件系统、输入输出控制等关键概念，并能够结合实际案例分析操作系统的应用与优化。

2. 教材与参考资料

- 教材：《操作系统原理与应用》（本科版），由广东开放大学指定。

- 参考资料：《现代操作系统》（Andrew S. Tanenbaum）、Linux/Windows系统实践操作手册、历年期末考试真题。

3. 学习方法

- 理论结合实践：通过实验平台（如Linux）操作加深对进程调度、内存分配等原理的理解。

- 重点章节梳理：对进程管理、内存管理、文件系统等章节进行深度学习。

- 真题分析：通过分析历年试卷，掌握考试题型与出题规律。

二、核心知识点总结

1. 进程管理

（1）进程的基本概念

- 进程定义：进程是程序的一次执行实例，具有独立的地址空间和资源。

- 进程状态：运行态（Running）、就绪态（Ready）、阻塞态（Blocked）。

- 状态转换：

- 运行态 → 就绪态：时间片用完或更高优先级进程到达。

- 运行态 → 阻塞态：等待I/O完成或资源分配。

- 阻塞态 → 就绪态：等待的事件发生（如I/O完成）。

（2）进程调度算法

- 先来先服务（FCFS）：按进程到达顺序分配CPU。

- 短作业优先（SJF）：优先调度执行时间短的进程。

- 优先级调度：根据进程优先级动态分配CPU。

- 轮转调度（RR）：时间片轮转，适用于分时系统。

（3）进程同步与互斥

- 临界区：进程访问共享资源的代码段。

- 互斥机制：信号量（Semaphore）、管程（Monitor）、锁（Lock）。

- 死锁：

- 四个必要条件：互斥、持有并等待、不可抢占、循环等待。

- 处理方法：预防（避免条件）、检测与恢复、银行家算法。

2. 内存管理

（1）内存分配策略

- 分区管理：固定分区、动态分区（首次适应、最佳适应、最坏适应）。

- 分页与分段：

- 分页：将内存划分为固定大小的页，程序分页加载。

- 分段：按逻辑划分程序段（如代码段、数据段），段长可变。

（2）虚拟内存技术

- 页表机制：通过页表实现物理页与逻辑页的映射。

- 置换算法：LRU（最近最少使用）、FIFO、Clock算法。

- TLB（快表）：缓存页表项以加速地址转换。

3. 文件系统

（1）文件系统结构

- 目录结构：树形目录结构（如Linux的`/`根目录）。

- 文件存储方式：连续分配、链式分配、索引分配。

- 文件访问控制：权限模式（如`rwx`）、访问控制列表（ACL）。

（2）文件系统实现

- inode：Linux中文件的元信息（如权限、大小、磁盘块指针）。

- FAT与NTFS：Windows系统中的文件系统类型及特点。

4. 输入输出管理

（1）I/O控制方式

- 程序直接控制：效率低，需频繁轮询。

- 中断驱动I/O：CPU在中断时响应，减少等待时间。

- DMA（直接内存访问）：允许设备直接与内存交换数据，无需CPU干预。

（2）设备分配策略

- 缓冲技术：解决I/O速度不匹配问题。

- 设备分配算法：首次适应、最佳适应、顺序分配。

5. 多线程与并发

- 线程与进程的区别：线程共享进程资源，切换开销小。

- 线程同步：使用互斥锁（Mutex）、条件变量（Condition Variable）避免竞争条件。

- 多线程应用：Web服务器、数据库系统中的并发处理。

6. 操作系统安全与保护

- 安全模型：DAC（自主访问控制）、MAC（强制访问控制）、RBAC（基于角色的访问控制）。

- 加密技术：对称加密（如AES）、非对称加密（如RSA）。

- 安全威胁：缓冲区溢出、特权提升、拒绝服务攻击。

三、期末考试试卷分析

1. 考试形式与题型

- 考试时长：120分钟。

- 题型分布：

- 选择题（30%）：考察概念理解，如进程状态、调度算法、内存分配策略。

- 简答题（40%）：要求简要描述原理或流程，如死锁的必要条件、分页机制。

- 分析题（20%）：结合案例分析问题，如进程同步问题、内存泄漏原因。

- 综合应用题（10%）：设计或优化操作系统功能，如实现一个简单的调度算法。

2. 重点考察章节

- 进程管理（占分最高，约25%）：进程状态转换、调度算法、死锁处理。

- 内存管理（约20%）：分页与分段、虚拟内存、置换算法。

- 文件系统（约15%）：文件存储结构、访问控制、inode机制。

- I/O管理（约10%）：DMA、缓冲技术、设备分配。

3. 常见高频考点

- 进程状态转换图：需掌握五种状态及转换条件。

- 银行家算法：资源分配与安全性检查。

- 分页地址转换计算：给出页表内容，计算物理地址。

- 死锁的预防与解决：列举方法并分析案例。

- 文件系统权限设置：Linux中的`chmod`命令与权限模式。

四、参考答案示例

1. 选择题示例

题目：以下哪种调度算法可能导致“饥饿”现象？

A. FCFS

B. SJF

C. RR

D. 优先级调度

答案：D

解析：优先级调度若未考虑进程等待时间，高优先级进程可能长期占用CPU，导致低优先级进程无法获得资源。

2. 简答题示例

题目：简述死锁的四个必要条件。

答案：

1. 互斥：资源不能共享，只能由一个进程独占。

2. 持有并等待：进程已持有资源，同时申请新资源。

3. 不可抢占：资源只能由持有者主动释放。

4. 循环等待：存在一个进程环，每个进程都在等待下一个进程释放资源。

3. 分析题示例

题目：某系统采用分页内存管理，页大小为4KB，逻辑地址为0x1A2B。已知页表如下：

| 页号 | 物理块号 |

||-|

| 0 | 5 |

| 1 | 2 |

| 2 | 7 |

求对应的物理地址。

答案：

1. 逻辑地址转换：

- 逻辑地址0x1A2B（十进制10,283）的页号为`1`（`10,283 ÷ 4096 ≈ 2.5`，取整数部分为页号2？这里可能存在计算错误，需仔细核对）。

- 正确计算：页大小4KB=4096，页号=地址÷4096=10,283 ÷ 4096 ≈ 2.5，取整数部分为2。

- 物理块号为7（页表第2页对应物理块7）。

2. 物理地址计算：

- 物理地址 = 物理块号 × 页大小 + 页内偏移 = 7×4096 + (0x1A2B % 4096) = 28,672 +