考研之路

操作系统章节测 03：文件管理 与 输入输出管理

覆盖《文件管理》《输入输出管理》两章，共 28 题（第 1-24 题为单项选择，第 25-28 题为综合大题），全部为模拟题。限时 70 分钟，先做后看答案。做错的题请登记到 错题本。讲解见 文件管理与输入输出管理。

第 1 题 下列信息中，不属于文件属性（元数据）的是（ ）。 A. 文件所有者与访问权限　B. 文件的创建时间与修改时间　C. 文件在磁盘上的起始盘块号　D. 文件正文的内容

第 2 题 Unix 系统中，将 I/O 设备抽象为文件统一管理，这类文件属于（ ）。 A. 普通文件　B. 目录文件　C. 特殊文件　D. 临时文件

第 3 题 某顺序文件含 10000 条定长记录，改造为索引顺序文件后分成 100 组、每组 100 条（索引表内与组内均顺序查找），则查找一条记录平均需要检索的记录数约为（ ）。 A. 5000　B. 100　C. 200　D. 50

第 4 题 Unix 引入索引结点后，目录项中保留的信息是（ ）。 A. 文件名与文件大小　B. 文件名与指向索引结点的指针　C. 文件名与物理地址　D. 文件名与访问权限

第 5 题 无环图目录结构中，某共享文件的引用计数 count 为 3。当一个用户删除该文件（执行删除操作）后，正确的结论是（ ）。 A. 该文件被彻底删除，其余链接悬空 B. count 变为 2，其余链接仍可正常访问该文件 C. count 变为 0，文件数据被回收 D. 删除操作被拒绝，必须由创建者删除

第 6 题 关于硬链接与符号链接，下列说法错误的是（ ）。 A. 硬链接使多个目录项指向同一个索引结点，链接计数加 1 B. 符号链接文件中存放的是目标文件的路径名 C. 删除原文件后，已有的硬链接将全部悬空失效 D. 符号链接的访问开销比硬链接大

第 7 题 磁盘上顺序存放的定长记录文件（顺序存储），随机存取第 ii 条记录（从 1 编号）的逻辑地址为（设首记录地址为 AA、记录长 LL）（ ）。 A. A+i×LA + i \times L　B. A+(i−1)×LA + (i-1) \times L　C. A+i×L+1A + i \times L + 1　D. 无法直接计算

第 8 题 关于 FAT（文件分配表），下列说法错误的是（ ）。 A. FAT 采用显式链接方式，表中每个表项对应一个物理盘块 B. FAT 常驻内存后，文件支持随机存取，读任意一块只需 1 次访盘 C. FAT 只能用于空闲盘块管理，不能记录文件盘块间的前后关系 D. 磁盘容量很大时，FAT 本身占用较多内存

第 9 题 某文件采用隐式链接分配，FCB 记录首块块号。顺序读该文件第 5 块（从 1 编号，索引结点已在内存，各块均未缓存）需要访盘（ ）次。 A. 1　B. 4　C. 5　D. 6

第 10 题 下列物理结构中，既支持随机存取、又不存在外部碎片问题的是（ ）。 A. 连续分配　B. 隐式链接分配　C. 索引分配　D. 以上都支持

第 11 题 文件系统采用单级索引分配，索引结点已在内存但索引块在磁盘上。读取该文件第 100 块数据需访盘（ ）次。 A. 1　B. 2　C. 100　D. 101

第 12 题 某混合索引文件系统盘块大小 1 KB，索引结点含 10 个直接地址项、1 个一次间址项、1 个二次间址项、1 个三次间址项。进程要访问文件字节偏移量 15000 处的数据（索引结点已在内存，各级间址块均未缓存），除读数据块外，还要先读几个盘块才能得到该数据块物理块号？共需访盘多少次？（ ） A. 1 个间址块，共 2 次　B. 1 个间址块，共 3 次　C. 2 个间址块，共 3 次　D. 2 个间址块，共 4 次

第 13 题 位示图字长 32 位，块号、字号、位号均从 0 开始编号，则块号 259 对应的字号与位号是（ ）。 A. 字号 8，位号 3　B. 字号 8，位号 11　C. 字号 9，位号 3　D. 字号 7，位号 19

第 14 题 Unix 成组链接法中，空闲盘块号栈内只剩最后一个盘块号（该块存放着下一组的全部盘块号）时又收到分配请求，系统应（ ）。 A. 直接将该盘块号出栈分配，无需其他操作 B. 先把该块内容（下一组盘块号）读入栈中，再分配该块 C. 拒绝分配，等待回收 D. 将该块标记为不可分配，另行启动紧凑

第 15 题 空闲盘区表（空闲表）管理方式最适合与下列哪种外存分配方式配合使用？（ ） A. 隐式链接　B. 显式链接　C. 连续分配　D. 单级索引

第 16 题 磁盘各盘面上同半径的磁道组成柱面。文件块连续存放在同一柱面上的主要好处是（ ）。 A. 减少寻道时间（连续访问无需移动磁臂） B. 减少旋转延迟 C. 提高每磁道容量 D. 便于位示图管理

第 17 题 某磁盘转速 10000 rpm（转/分），则平均旋转延迟约为（ ）。 A. 6 ms　B. 3 ms　C. 1.5 ms　D. 0.6 ms

第 18 题 可能导致某些进程的 I/O 请求长期得不到服务的磁盘调度算法是（ ）。 A. FCFS　B. SSTF　C. SCAN　D. C-SCAN

第 19 题 SCAN 与 LOOK 算法的本质区别是（ ）。 A. SCAN 双向服务，LOOK 单向服务 B. SCAN 必须移动到磁盘边缘（0 号或最大磁道）才折返，LOOK 到当前方向上最远请求即折返 C. SCAN 不产生饥饿，LOOK 会产生饥饿 D. LOOK 采用最短寻道优先，SCAN 严格先来先服务

第 20 题 C-SCAN（循环扫描）算法中，磁头到达最大磁道后直接返回最小磁道。与 SCAN 相比其主要目的是（ ）。 A. 减少总的移动磁道数 B. 使各磁道请求的等待时间更均匀 C. 避免产生饥饿 D. 提高磁盘转速

第 21 题 下列功能中，属于 I/O 系统中"设备独立性软件"层次的是（ ）。 A. 将 read 请求翻译为对控制器寄存器的写操作 B. 实现假脱机（SPOOLing）打印管理进程 C. 逻辑设备名到物理设备的映射与缓冲区管理 D. I/O 完成后保存和恢复现场

第 22 题 用户程序使用逻辑设备名请求设备，运行时由系统映射到某台物理设备。这种特性称为（ ）。 A. 设备安全性　B. 设备独立性　C. 设备虚拟性　D. 设备独占性

第 23 题 关于设备分配的数据结构，下列说法错误的是（ ）。 A. DCT（设备控制表）每台设备一张，含设备等待队列指针 B. COCT（控制器控制表）记录与该控制器相连的通道指针 C. SDT（系统设备表）每台设备一张 D. 设备、控制器、通道三者都分配成功后才能启动 I/O

第 24 题 设备输入一块数据到缓冲区需 T=96T = 96 ms，缓冲区数据传送到工作区需 M=2M = 2 ms，CPU 处理一块需 C=90C = 90 ms。采用双缓冲时，连续处理一块数据的平均时间为（ ）ms。 A. 188　B. 98　C. 96　D. 92

第 25 题（综合大题） 某文件系统采用 Unix 混合索引，盘块大小 2 KB，每个地址项 4 B，索引结点含 4 个直接地址项、1 个一次间址项、1 个二次间址项。 (1) 计算每个索引块能存放的指针数； (2) 用"层级-每块指针数-本层新增可寻址块数-累计容量"递推表求单个文件最大容量； (3) 索引结点已在内存、间址块均未缓存时，访问二次间址所辖数据块需要访盘多少次？

第 26 题（综合大题） 某磁盘容量 8 GB，盘块大小 2 KB，采用位示图管理空闲盘块，字长 32 位。 (1) 位示图共需多少字？占多少存储空间？ (2) 块号、字号、位号均从 0 编号：块号 2050 对应哪个字哪一位？第 100 字的第 5 位对应哪一块？ (3) 若改为均从 1 编号，块号 2050 对应哪个字哪一位？

第 27 题（综合大题，磁盘调度手推） 磁道编号 0～199，磁头当前位于 100 号磁道，沿磁道号增大方向移动。等待服务的请求序列（按到达先后）为：

55, 58, 39, 18, 90, 160, 150, 38, 18455,\ 58,\ 39,\ 18,\ 90,\ 160,\ 150,\ 38,\ 184

分别用 FCFS、SSTF、SCAN、C-SCAN、LOOK、C-LOOK 六种算法给出磁头服务轨迹（逐表写出每步的下一磁道与移动磁道数），并求各自移动的总磁道数。规定：SCAN/C-SCAN 的端点为 0 与 199；C-SCAN/C-LOOK 的返回跳转不计入移动磁道数。

第 28 题（综合大题） 某设备每输入一块数据到缓冲区需 T=100T = 100 ms，缓冲区数据传送到用户工作区需 M=6M = 6 ms，CPU 处理一块数据需 C=60C = 60 ms。进程需连续读入并处理 20 块数据。 (1) 分别求单缓冲、双缓冲下处理每块数据的平均时间； (2) 分别求两种方案的总处理时间； (3) 指出双缓冲方案下的瓶颈环节。

答案与解析

第 1 题 答案：D

  • 考点标签：文件属性与元数据（文件管理·概念）
  • 难度：易
  • 解析：属性是"关于文件的数据"（权限、时间、位置等）；文件正文属于文件体，不是属性。注意 C 起始盘块号属于属性但用户不可见。
  • 错因提醒：误以为"位置信息用户看不到就不是属性"。

第 2 题 答案：C

  • 考点标签：文件分类（文件管理·概念）
  • 难度：易
  • 解析：I/O 设备抽象为文件是 Unix 的"特殊文件"，体现一切皆文件的设计；普通/目录文件不指代设备。
  • 错因提醒：把"设备文件"记成普通文件或临时文件。

第 3 题 答案：B

  • 考点标签：索引顺序文件平均查找次数（文件逻辑结构·计算）
  • 难度：中
  • 解析：1002+1002=100\frac{100}{2} + \frac{100}{2} = 100。索引表内平均查 50 次定组，组内平均查 50 次定记录。
  • 错因提醒：误算 10000=100\sqrt{10000} = 100 后又除以 2 得 50（丢掉了一半）；或仍按顺序文件 5000 算。

第 4 题 答案：B

  • 考点标签：FCB 与索引结点（文件目录）
  • 难度：易
  • 解析：目录瘦身的目的：检索时只需文件名，其余元数据移入索引结点，目录项只留"文件名 + inode 指针"。
  • 错因提醒：把 FCB 的其他字段误留目录项。

第 5 题 答案：B

  • 考点标签：无环图目录与引用计数（文件目录）
  • 难度：易
  • 解析：count 3→2，文件本体与数据不受影响；count 减到 0 才真正回收。
  • 错因提醒：把删除一个链接理解为删除文件。

第 6 题 答案：C

  • 考点标签：硬链接与符号链接（文件共享）
  • 难度：中
  • 解析：硬链接下删除"原文件"只是 count−1，只要有剩余名字仍可访问，不悬空；悬空的是符号链接。A、B、D 均正确。
  • 错因提醒：把符号链接的悬空特性错安到硬链接头上（本题选"错误"项，易审反）。

第 7 题 答案：B

  • 考点标签：顺序文件随机存取地址计算（文件逻辑结构·计算）
  • 难度：易
  • 解析：第 ii 条前有 i−1i-1 条定长记录，偏移 (i−1)L(i-1)L。变长记录或链式存储则无法直接计算。
  • 错因提醒：从 0/从 1 编号差 1；题目明确"从 1 编号"。

第 8 题 答案：C

  • 考点标签：FAT 显式链接（文件物理结构）
  • 难度：中
  • 解析：FAT 的本质就是记录文件各盘块前后关系的显式链接表，同时用特殊标记兼任空闲块管理，C 说反了。
  • 错因提醒：把 FAT 归为索引分配；忽略"FAT 常驻内存"这一支持随机访问的关键前提。

第 9 题 答案：C

  • 考点标签：隐式链接访盘次数（文件物理结构·计算）
  • 难度：中
  • 解析：需顺序读第 1、2、3、4 块各取块尾指针（4 次），再读第 5 块数据（1 次），共 5 次。一般式：读第 ii 块需 ii 次。
  • 错因提醒：漏掉"最后读数据块本身"，或忽略题目"从 1 编号"。

第 10 题 答案：C

  • 考点标签：物理结构特点对比（文件物理结构）
  • 难度：中
  • 解析：连续分配有外部碎片；隐式链接不支持随机存取；索引分配两者兼得（代价是索引块开销）。显式链接 FAT 也满足，但选项给的是 C。
  • 错因提醒：看到"随机存取"就选连续分配，忘了它的碎片问题。

第 11 题 答案：B

  • 考点标签：索引分配访盘次数（文件物理结构·计算）
  • 难度：易
  • 解析：单级索引：读索引块 1 次 + 读数据块 1 次 = 2 次；随机存取与块号无关，这正是与隐式链接的区别。
  • 错因提醒：误以为单级索引要逐级读 100 次（那是隐式链接的行为）。

第 12 题 答案：A

  • 考点标签：混合索引定位与访盘次数（文件物理结构·计算）
  • 难度：中
  • 解析：⌊15000/1024⌋=14\lfloor 15000/1024 \rfloor = 14（第 14 块，从 0 编号）。直接地址覆盖第 0～9 块，第 14 块落入一次间址：先读一次间址块（1 次）得到物理块号，再读数据块（1 次），共 2 次。
  • 错因提醒：块号偏移按 1024 进制换算出错；或把第 14 块误判入直接块范围（10 块只到第 9 块）。

第 13 题 答案：A

  • 考点标签：位示图字号位号计算（存储空间管理·计算）
  • 难度：中
  • 解析：字号 =⌊259/32⌋=8= \lfloor 259/32 \rfloor = 8，位号 =259 mod 32=3= 259 \bmod 32 = 3（8×32=2568 \times 32 = 256）。
  • 错因提醒：从 0/从 1 编号混淆；32×832 \times 8 心算成 264 之类的计算失误。

第 14 题 答案：B

  • 考点标签：成组链接分配流程（存储空间管理）
  • 难度：中
  • 解析：栈底最后一块是"组长块"，其内容是下一组的盘块号；必须先把它读入栈（载入下一组），再分配该块本身。
  • 错因提醒：直接出栈分配会导致下一组信息丢失（空闲块"失联"）。

第 15 题 答案：C

  • 考点标签：空闲表与分配方式配合（存储空间管理）
  • 难度：中
  • 解析：空闲表按"连续盘区"组织，与连续分配同构，配合最自然；链接/索引分配逐块分配，用空闲链或位示图即可。
  • 错因提醒：忽略"盘区=连续块"这一与连续分配的对应关系。

第 16 题 答案：A

  • 考点标签：磁盘结构与柱面（磁盘组织）
  • 难度：易
  • 解析：同一柱面各盘面磁道半径相同，磁臂到位后靠切换磁头读写，连续访问无需再寻道。
  • 错因提醒：误选 B——旋转延迟由转速与扇区位置决定，与柱面无关。

第 17 题 答案：B

  • 考点标签：旋转延迟计算（磁盘访问时间·计算）
  • 难度：易
  • 解析：每转 60000/10000=660000/10000 = 6 ms，平均转半圈 33 ms。公式 Tr=12×60rpmT_r = \frac{1}{2} \times \frac{60}{\text{rpm}}。
  • 错因提醒：忘记除以 2（选 A），或单位换算出错。

第 18 题 答案：B

  • 考点标签：SSTF 饥饿问题（磁盘调度）
  • 难度：易
  • 解析：SSTF 贪心选最近请求，远端磁道请求可能被源源不断的新近请求"插队"而饥饿；FCFS/SCAN/C-SCAN 都保证有界等待。
  • 错因提醒：以为 SSTF 局部最优就不会饥饿。

第 19 题 答案：B

  • 考点标签：SCAN 与 LOOK 区别（磁盘调度）
  • 难度：中
  • 解析：二者都双向服务；区别只在折返点：SCAN 到磁盘边缘，LOOK 到最远请求即回。两算法都不会饥饿。
  • 错因提醒：A 是 SCAN 与 C-SCAN 的区别（单向/双向），张冠李戴。

第 20 题 答案：B

  • 考点标签：C-SCAN 的动机（磁盘调度）
  • 难度：中
  • 解析：SCAN 折返后刚扫过的区域要等最久，中间磁道占便宜；C-SCAN 单向扫描使各磁道等待时间分布均匀。总移动道数通常反而更多（跳转段）。
  • 错因提醒：误选 A——C-SCAN 的移动总量一般比 SCAN 大，换的是公平性。

第 21 题 答案：C

  • 考点标签：I/O 层次结构各层职责（I/O 软件）
  • 难度：中
  • 解析：A 是设备驱动程序；B 的 SPOOLing 属用户层软件；D 是中断处理程序；逻辑名映射与缓冲管理是设备独立性软件的核心职责。
  • 错因提醒：SPOOLing 与缓冲是"归属判断"两大陷阱：SPOOLing 在用户层，缓冲管理在设备独立性软件层。

第 22 题 答案：B

  • 考点标签：设备独立性概念（设备独立性软件）
  • 难度：易
  • 解析：逻辑设备名与物理设备解耦即设备独立性（设备无关性）；设备虚拟性指 SPOOLing 把独占设备改造为共享设备，注意区分。
  • 错因提醒：把设备独立性与设备虚拟性两个名词混淆。

第 23 题 答案：C

  • 考点标签：设备分配四表结构（设备分配）
  • 难度：中
  • 解析：SDT 是全系统一张，每个设备一个表项（设备类型、标识符、指向 DCT 的指针、驱动入口）；其余 A、B、D 均正确。
  • 错因提醒："每台设备一张"的是 DCT/COCT/CHCT，SDT 是系统级一张。

第 24 题 答案：C

  • 考点标签：双缓冲时间计算（缓冲区·计算）
  • 难度：中
  • 解析：双缓冲每块平均时间 =max⁡(C+M, T)=max⁡(90+2, 96)=96= \max(C+M,\ T) = \max(90+2,\ 96) = 96 ms（瓶颈为设备输入 TT）。单缓冲为 max⁡(90,96)+2=98\max(90,96)+2=98 ms。
  • 错因提醒：套成 max⁡(C, T+M)=max⁡(90,98)=98\max(C,\ T+M)=\max(90,98)=98 错选 B；公式必须用 max⁡(C+M, T)\max(C+M,\ T)。

第 25 题 答案与解析（考点：混合索引最大容量计算；难度：中）

  • (1) 每个索引块容纳指针数 =2KB4B=512= \dfrac{2\text{KB}}{4\text{B}} = 512 个。
  • (2) 递推表：
层级每块指针数本层新增可寻址块数累计可寻址块数累计容量
直接地址—448 KB
一次间址5125125125161032 KB
二次间址5125122=262 144512^2 = 262\,144262 660525 320 KB ≈ 512.8 MB

单个文件最大容量 =262 660×2 KB=525 320 KB=512.8 MB= 262\,660 \times 2\,\text{KB} = 525\,320\,\text{KB} = 512.8\,\text{MB}。

  • (3) 二次间址数据块：读二次间址块（1 次）→ 读一次间址块（1 次）→ 读数据块（1 次），共 3 次。
  • 错因提醒：漏加直接块；5122512^2 算错；间址块读取顺序与层数对应关系写反（kk 次间址共 k+1k+1 次访盘）。

第 26 题 答案与解析（考点：位示图计算；难度：中）

  • (1) 盘块数 =8GB2KB=233211=222=4 194 304= \dfrac{8\text{GB}}{2\text{KB}} = \dfrac{2^{33}}{2^{11}} = 2^{22} = 4\,194\,304 块；需字数 =22232=217=131 072= \dfrac{2^{22}}{32} = 2^{17} = 131\,072 字，占 131 072×4 B=512 KB131\,072 \times 4\,\text{B} = 512\,\text{KB}。
  • (2) 块号 2050：字号 =⌊2050/32⌋=64= \lfloor 2050/32 \rfloor = 64，位号 =2050 mod 32=2= 2050 \bmod 32 = 2（64×32=204864 \times 32 = 2048）。第 100 字第 5 位：块号 =32×100+5=3205= 32 \times 100 + 5 = 3205。
  • (3) 从 1 编号：先化归为从 0（各减 1）再套公式。字号 =⌈2050/32⌉=65= \left\lceil 2050/32 \right\rceil = 65，位号 =(2050−1) mod 32+1=2049 mod 32+1=1+1=2= (2050-1) \bmod 32 + 1 = 2049 \bmod 32 + 1 = 1 + 1 = 2。
  • 错因提醒：单位换算（GB→B 是 2302^{30}）出错；(3) 与 (2) 套同一公式直接差 1；反向（字号位号→块号）忘记乘字长。

第 27 题 答案与解析（考点：磁盘调度六算法手推；难度：中偏难；单步动画见交互演示 · 磁盘调度）

  • FCFS：按到达顺序。
序123456789
磁道555839189016015038184
移动4531921727010112146

总计 45+3+19+21+72+70+10+112+146=49845+3+19+21+72+70+10+112+146 = \mathbf{498} 道。

  • SSTF：100→90(10)→58(32)→55(3)→39(16)→38(1)→18(20)→150(132)→160(10)→184(24)。总计 10+32+3+16+1+20+132+10+24=24810+32+3+16+1+20+132+10+24 = \mathbf{248} 道。
  • SCAN（增大方向，到 199 折返）：上行 100→150(50)→160(10)→184(24)→199(15) 共 99；下行 199→90(109)→58(32)→55(3)→39(16)→38(1)→18(20) 共 181。总计 280\mathbf{280} 道。
  • C-SCAN（增大方向，跳回不计）：上行同到 199 共 99；跳到 0；0→18(18)→38(20)→39(1)→55(16)→58(3) 共 58。总计 157\mathbf{157} 道（若计跳转则 +199 = 356）。
  • LOOK（到最远请求 184 即折返）：上行 100→150→160→184 共 84；下行 184→90(94)→58(32)→55(3)→39(16)→38(1)→18(20) 共 166。总计 250\mathbf{250} 道。
  • C-LOOK（到 184，跳到最小请求 18 不计，再同向）：上行共 84；18→38(20)→39(1)→55(16)→58(3)→90(32) 共 72。总计 156\mathbf{156} 道。
  • 错因提醒：SSTF 每步必须重新比较所有未服务请求的距离（本题 90→58 而非 160）；SCAN/C-SCAN 折返点写 184 是 LOOK/C-LOOK 的行为；忘写轨迹表直接给总数，中间步骤分全丢。

第 28 题 答案与解析（考点：单/双缓冲时间计算；难度：中）

  • (1) 单缓冲：max⁡(C,T)+M=max⁡(60,100)+6=106\max(C, T) + M = \max(60, 100) + 6 = 106 ms/块；双缓冲：max⁡(C+M, T)=max⁡(66, 100)=100\max(C+M,\ T) = \max(66,\ 100) = 100 ms/块。
  • (2) 单缓冲总时间 =106×20=2120= 106 \times 20 = \mathbf{2120} ms；双缓冲总时间 =100×20=2000= 100 \times 20 = \mathbf{2000} ms。
  • (3) 双缓冲下瓶颈是设备输入 T=100T = 100 ms：CPU 每块只忙 C+M=66C + M = 66 ms，设备全程不停，再增加缓冲区数量也无法缩短总时间。
  • 错因提醒：双缓冲误用 max⁡(C,T+M)\max(C, T+M)；第 (3) 问答成"CPU"——算一下 66<10066 < 100，瓶颈显然在设备侧。