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# 2026年操作系统期末预测卷
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## 考试信息
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- **满分**：100分
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- **时间**：120分钟
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- **题型**：7道大题（与历年试卷格式一致）
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## 题目一：进程控制与进程树分析（15分）
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### 题目
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阅读以下程序代码，回答问题：
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```c
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#include <stdio.h>
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#include <unistd.h>
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#include <sys/wait.h>
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int main() {
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pid_t pid;
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int status;
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printf("A: pid=%d\n", getpid());
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pid = fork();
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if (pid == 0) {
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printf("B: pid=%d, ppid=%d\n", getpid(), getppid());
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pid = fork();
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if (pid == 0) {
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printf("C: pid=%d, ppid=%d\n", getpid(), getppid());
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} else {
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wait(&status);
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printf("D: pid=%d\n", getpid());
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}
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} else {
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printf("E: pid=%d\n", getpid());
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pid = fork();
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if (pid == 0) {
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printf("F: pid=%d, ppid=%d\n", getpid(), getppid());
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} else {
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wait(&status);
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wait(&status);
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printf("G: pid=%d\n", getpid());
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}
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}
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return 0;
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}
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```
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**问题**：
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1. （6分）画出完整的进程树，标注每个进程执行的输出语句（用字母A-G表示）
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2. （4分）该程序共有多少个进程（包括初始进程）？请列出所有进程的创建顺序
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3. （3分）输出语句D和G的执行顺序是否一定？为什么？
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4. （2分）如果将所有`wait(&status)`调用删除，进程输出结果会发生什么变化？
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## 题目二：磁盘调度算法计算（15分）
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### 题目
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某磁盘有200个磁道（编号0-199），磁盘请求队列中的磁道号依次为：
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**98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67**
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当前磁头位于磁道**53**，向磁道号**增大**的方向移动。
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**问题**：
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1. （8分）分别使用以下磁盘调度算法，计算磁头移动的总磁道数：
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- FCFS（先来先服务）
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- SSTF（最短寻道时间优先）
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- SCAN（电梯算法）
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- C-SCAN（循环扫描算法）
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2. （4分）在上述四种算法中，哪种算法的磁头移动总磁道数最少？哪种最多？简要说明原因。
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3. （3分）如果磁头初始方向改为向磁道号减小的方向移动，SCAN算法的结果会如何变化？请计算新的磁头移动总磁道数。
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## 题目三：虚拟内存与页面置换（15分）
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### 题目
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某系统采用请求分页存储管理，页面大小为4KB，分配给某进程的物理页框数为**4**。该进程的页面访问序列为：
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**1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5**
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**问题**：
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1. （9分）分别使用以下页面置换算法，计算缺页次数和缺页率：
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- OPT（最优算法）
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- FIFO（先进先出算法）
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- LRU（最近最久未使用算法）
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2. （3分）如果将分配的物理页框数增加到5，使用FIFO算法，缺页次数是否会减少？请验证并解释是否出现了Belady异常。
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3. （3分）假设页面大小改为8KB（其他条件不变），该进程的虚拟地址空间大小为32KB，请问：
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- 进程共有多少个虚拟页？
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- 页表需要多少个页表项？
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- 虚拟地址`0x3A5F`对应的页号和页内偏移分别是多少？
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## 题目四：文件系统与inode计算（15分）
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### 题目
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某Unix文件系统采用Ext2结构，文件系统的块大小为**4KB**，磁盘块号占**4字节**，inode中包含**15个地址项**（12个直接索引、1个一次间接、1个二次间接、1个三次间接）。
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**问题**：
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1. （6分）计算：
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- 每个磁盘块可以存放多少个磁盘块号？
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- 一个inode支持的最大文件大小是多少？（请列出计算过程）
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2. （4分）假设某文件大小为260KB，请问：
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- 该文件占用多少个数据块？
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- inode中的哪些地址项会被使用？
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- 是否需要使用间接索引块？如果需要，使用几个？
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3. （5分）假设要读取该文件偏移量为100KB处开始的4KB数据，请描述完整的地址转换过程：
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- 如何确定使用inode中的哪个地址项？
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- 如何计算数据在磁盘上的具体位置？
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- 需要访问几次磁盘？
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## 题目五：CPU调度算法计算（15分）
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### 题目
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某单处理器系统中有以下进程，按到达时间排序：
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| 进程 | 到达时间 | 运行时间 |
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|------|----------|----------|
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| P1 | 0 | 8 |
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| P2 | 1 | 4 |
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| P3 | 2 | 9 |
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| P4 | 3 | 5 |
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| P5 | 4 | 2 |
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**问题**：
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1. （9分）分别使用以下调度算法，计算各进程的完成时间、周转时间和带权周转时间，并求平均周转时间和平均带权周转时间：
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- FCFS（先来先服务）
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- SJF（非抢占最短作业优先）
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- HRRF（最高响应比优先）
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2. （3分）在上述三种算法中：
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- 哪种算法的平均周转时间最短？
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- 哪种算法可能产生"饥饿"现象？为什么？
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3. （3分）如果采用时间片轮转调度（RR），时间片大小为3，请画出甘特图并计算P1和P2的周转时间。
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## 题目六：I/O控制方式与磁盘访问（15分）
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### 题目
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1. （6分）比较以下四种I/O控制方式的特点，填写下表：
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| 特性 | 程序直接控制 | 中断驱动I/O | DMA | 通道 |
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|------|-------------|-------------|-----|------|
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| CPU介入频率 | | | | |
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| 数据传输单位 | | | | |
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| CPU与I/O并行性 | | | | |
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| 硬件复杂度 | | | | |
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2. （4分）某磁盘转速为7200 RPM，平均寻道时间为8ms，每个磁道500个扇区，每个扇区512字节。
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- 计算平均旋转延迟
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- 计算读取一个扇区的平均访问时间
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- 如果要连续读取100个扇区（在同一磁道上），总访问时间是多少？
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3. （5分）某系统使用SPOOLing技术管理打印机：
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- 画出SPOOLing系统的组成结构图
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- 解释SPOOLing如何将独占设备改造为共享设备
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- 说明SPOOLing与缓冲技术的区别
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## 题目七：段页式存储管理与地址转换（10分）
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### 题目
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某系统采用段页式存储管理，地址结构如下：
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- 段号：8位
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- 页号：8位
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- 页内偏移：16位
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系统参数：
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- 页大小：64KB
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- 段表基址寄存器指向的段表如下：
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| 段号 | 段长（页数） | 页表始址 |
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|------|-------------|----------|
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| 0 | 4 | 1000 |
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| 1 | 6 | 2000 |
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| 2 | 2 | 3000 |
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页表（部分）如下：
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| 页号 | 物理块号 |
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|------|----------|
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| 0 | 50 |
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| 1 | 51 |
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| 2 | 52 |
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| 3 | 53 |
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**问题**：
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1. （4分）逻辑地址`0x00018000`对应的段号、页号、页内偏移分别是多少？该地址对应的物理地址是多少？（写出计算过程）
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2. （3分）逻辑地址`0x01028000`是否合法？为什么？如果合法，计算其物理地址。
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3. （3分）与纯分页和纯分段相比，段页式存储管理有哪些优点和缺点？
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## 参考答案要点
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### 题目一参考答案
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1. 进程树：A→(B, E)，B→(C, D)，E→(F, G)
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2. 共7个进程，创建顺序：A→B→E→C→F→D→G
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3. D和G的执行顺序不一定，取决于哪个子进程先完成
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4. 删除wait后，输出顺序不确定，可能出现孤儿进程
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### 题目二参考答案
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1. FCFS: 640道，SSTF: 236道，SCAN: 299道，C-SCAN: 356道
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2. SSTF最少（贪心选择最近），FCFS最多（无优化）
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3. 反向SCAN：53→37→14→0→65→67→98→122→124→183，总移动：359道
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### 题目三参考答案
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1. OPT: 8次(66.7%)，FIFO: 10次(83.3%)，LRU: 10次(83.3%)
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2. 页框数=5时FIFO缺页仍为10次，未出现Belady异常
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3. 虚拟页数=4，页表项=4，地址0x3A5F：页号=3，偏移=0x2A5F
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### 题目四参考答案
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1. 每块1024个块号，最大文件约16GB+
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2. 65个数据块，使用直接索引12个+一次间接索引1个，不需要二次间接
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3. 偏移100KB=第25块，使用直接索引项2，需2次磁盘访问
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### 题目五参考答案
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1. FCFS平均周转7.8，SJF平均周转6.2，HRRF平均周转7.0
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2. SJF最短，SJF可能饥饿（长作业持续等待）
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3. RR甘特图：0-3(P1),3-6(P2),6-8(P5),8-11(P1),11-14(P3),14-17(P4),17-20(P1),20-23(P3),23-25(P3)
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P1周转=23，P2周转=6
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### 题目六参考答案
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1. 表格填写（见知识点总结）
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2. 旋转延迟4.17ms，扇区访问12.21ms，连续100扇区约12.5ms
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3. SPOOLing由输入/输出井和预输入/缓输出程序组成
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### 题目七参考答案
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1. 段号=0，页号=1，偏移=0x8000，物理地址=51×64KB+0x8000
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2. 合法，段号1页号2，物理地址=52×64KB+0x8000
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3. 优点：分段便于共享/保护+分页解决外部碎片；缺点：地址转换复杂，需3次访存
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