操作系統(tǒng)教材習(xí)題解答

1、第4章 存儲管理“練習(xí)與思考”解答1 基本概念和術(shù)語邏輯地址、物理地址、邏輯地址空間、內(nèi)存空間、重定位、靜態(tài)重定位、動態(tài)重定位、碎片、碎片緊縮、虛擬存儲器、快表、頁面抖動用戶程序經(jīng)編譯之后的每個目標(biāo)模塊都以0為基地址順序編址，這種地址稱為相對地址或邏輯地址。內(nèi)存中各物理存儲單元的地址是從統(tǒng)一的基地址開始順序編址的，這種地址稱為絕對地址或物理地址。由程序中邏輯地址組成的地址范圍叫做邏輯地址空間，或簡稱為地址空間。由內(nèi)存中一系列存儲單元所限定的地址范圍稱作內(nèi)存空間，也稱物理空間或絕對空間。程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存時，需對目標(biāo)程序中的地址進(jìn)行修改。這種把邏輯地址轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)存物理地址的過程稱作重定位。靜態(tài)重定

2、位是在目標(biāo)程序裝入內(nèi)存時，由裝入程序?qū)δ繕?biāo)程序中的指令和數(shù)據(jù)的地址進(jìn)行修改，即把程序的邏輯地址都改成實(shí)際的內(nèi)存地址。動態(tài)重定位是在程序執(zhí)行期間，每次訪問內(nèi)存之前進(jìn)行重定位。這種變換是靠硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)存中這種容量太小、無法被利用的小分區(qū)稱作“碎片”或“零頭”。為解決碎片問題，移動某些已分配區(qū)的內(nèi)容，使所有進(jìn)程的分區(qū)緊挨在一起，而把空閑區(qū)留在另一端。這種技術(shù)稱為緊縮（或叫拼湊）。虛擬存儲器是用戶能作為可編址內(nèi)存對待的虛擬存儲空間，它使用戶邏輯存儲器與物理存儲器分離，是操作系統(tǒng)給用戶提供的一個比真實(shí)內(nèi)存空間大得多的地址空間。為了解決在內(nèi)存中放置頁表帶來存取速度下降的矛盾，可以使用專用的、

3、高速小容量的聯(lián)想存儲器，也稱作快表。若采用的置換算法不合適，可能出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：剛被換出的頁，很快又被訪問，為把它調(diào)入而換出另一頁，之后又訪問剛被換出的頁，如此頻繁地更換頁面，以致系統(tǒng)的大部分時間花費(fèi)在頁面的調(diào)度和傳輸上。此時，系統(tǒng)好像很忙，但實(shí)際效率卻很低。這種現(xiàn)象稱為“抖動”。2 基本原理和技術(shù)（1） 存儲器一般分為哪些層次？各有何特性？存儲器一般分為寄存器、高速緩存、內(nèi)存、磁盤和磁帶。CPU內(nèi)部寄存器，其速度與CPU一樣快，但它的成本高，容量小。高速緩存（Cache），它們大多由硬件控制。Cache的速度很快，它們放在CPU內(nèi)部或非?？拷麮PU的地方。但Cache的成本很高，容量較小。內(nèi)

4、存（或稱主存），它是存儲器系統(tǒng)的主力，也稱作RAM（隨機(jī)存取存儲器）。CPU可以直接存取內(nèi)存及寄存器和Cache中的信息。然而，內(nèi)存中存放的信息是易變的，當(dāng)機(jī)器電源被關(guān)閉后，內(nèi)存中的信息就全部丟失了。磁盤（即硬盤），稱作輔助存儲器（簡稱輔存或外存），它是對內(nèi)存的擴(kuò)展，但是CPU不能直接存取磁盤上的數(shù)據(jù)。磁盤上可以永久保留數(shù)據(jù)，而且容量特別大。磁盤上數(shù)據(jù)的存取速度低于內(nèi)存存取速度。磁帶保存的數(shù)據(jù)更持久，容量更大，但它的存取速度很慢，而且不適宜進(jìn)行隨機(jī)存取。所以，磁帶設(shè)備一般不能用做輔存。它的主要用途是作為文件系統(tǒng)的后備，存放不常用的信息或用做系統(tǒng)間傳送信息的介質(zhì)。（2） 裝入程序的功能是什么？常

5、用的裝入方式有哪幾種？裝入程序的功能是根據(jù)內(nèi)存的使用情況和分配策略，將裝入模塊放入分配到的內(nèi)存區(qū)中。程序裝入內(nèi)存的方式有三種，分別是絕對裝入方式、可重定位裝入方式和動態(tài)運(yùn)行時裝入方式。（3） 對程序進(jìn)行重定位的方式分為哪兩種？簡述各自的實(shí)現(xiàn)方式。對程序進(jìn)行重定位的方式分為靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位。靜態(tài)重定位是在目標(biāo)程序裝入內(nèi)存時，由裝入程序?qū)δ繕?biāo)程序中的指令和數(shù)據(jù)的地址進(jìn)行修改，即把程序的邏輯地址都改成實(shí)際的內(nèi)存地址。對每個程序來說，這種地址變換只是在裝入時一次完成，在程序運(yùn)行期間不再進(jìn)行重定位。動態(tài)重定位是在程序執(zhí)行期間，每次訪問內(nèi)存之前進(jìn)行重定位。這種變換是靠硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。通常，采

6、用一個重定位寄存器，其中放有當(dāng)前正在執(zhí)行的程序在內(nèi)存空間中的起始地址，而地址空間中的代碼在裝入過程中不發(fā)生變化。（4） 對換技術(shù)如何解決內(nèi)存不足的問題？在多道程序環(huán)境中可以采用對換技術(shù)。此時，內(nèi)存中保留多個進(jìn)程。當(dāng)內(nèi)存空間不足以容納要求進(jìn)入內(nèi)存的進(jìn)程時，系統(tǒng)就把內(nèi)存中暫時不能運(yùn)行的進(jìn)程（包括程序和數(shù)據(jù)）換出到外存上，騰出內(nèi)存空間，把具備運(yùn)行條件的進(jìn)程從外存換到內(nèi)存中。（5） 解釋固定分區(qū)法和動態(tài)分區(qū)法的基本原理。固定分區(qū)法內(nèi)存中分區(qū)的個數(shù)固定不變，各個分區(qū)的大小也固定不變，但不同分區(qū)的大小可以不同。每個分區(qū)只可裝入一道作業(yè)。動態(tài)分區(qū)法各個分區(qū)是在相應(yīng)作業(yè)要進(jìn)入內(nèi)存時才建立的，使其大小恰好適應(yīng)作

7、業(yè)的大小。（6） 動態(tài)重定位分區(qū)管理方式中如何實(shí)現(xiàn)虛-實(shí)地址映射？進(jìn)程裝入內(nèi)存時，是將該其程序和數(shù)據(jù)原封不動地裝入到內(nèi)存中。當(dāng)調(diào)度該進(jìn)程在CPU上執(zhí)行時，操作系統(tǒng)就自動將該進(jìn)程在內(nèi)存的起始地址裝入基址寄存器，將進(jìn)程的大小裝入限長寄存器。當(dāng)執(zhí)行指令時，如果地址合法，則將相對地址與基址寄存器中的地址相加，所得結(jié)果就是真正訪問內(nèi)存的地址；如果地址越界，則發(fā)出相應(yīng)中斷，進(jìn)行處理。（7） 分頁存儲管理的基本方法是什么？ 分頁存儲管理的基本方法是：邏輯空間分頁，內(nèi)存空間分塊，塊與頁的大小相等。頁連續(xù)而塊離散，用頁號查頁表，由硬件作轉(zhuǎn)換。（8） 在分頁系統(tǒng)中頁面大小由誰決定？頁表的作用是什么？如何將邏輯地址

8、轉(zhuǎn)換成物理地址？在分頁系統(tǒng)中頁面大小由硬件決定。頁表的作用是實(shí)現(xiàn)從頁號到物理塊號的地址映射。 邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址的過程是：用頁號p去檢索頁表，從頁表中得到該頁的物理塊號f，把它裝入物理地址寄存器中。同時，將頁內(nèi)地址d直接送入物理地址寄存器的塊內(nèi)地址字段中。這樣，物理地址寄存器中的內(nèi)容就是由二者拼接成的實(shí)際訪問內(nèi)存的地址，從而完成了從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。（9） 虛擬存儲器有哪些基本特征？虛擬存儲器的基本特征是：虛擬擴(kuò)充不是物理上，而是邏輯上擴(kuò)充了內(nèi)存容量；部分裝入每個進(jìn)程不是全部一次性地裝入內(nèi)存，而是只裝入一部分；離散分配不必占用連續(xù)的內(nèi)存空間，而是“見縫插針”；多次對換所需的全部程序

9、和數(shù)據(jù)要分成多次調(diào)入內(nèi)存。（10） 頁面抖動與什么有關(guān)？好的頁面置換算法能夠適當(dāng)降低頁面更換頻率，減少缺頁率，盡量避免系統(tǒng)“抖動”。此外，一般來說，隨著可用內(nèi)存塊數(shù)的增加，缺頁數(shù)也將減少。3 思考題（1） 為了提高內(nèi)存的利用率，在可重定位分區(qū)分配方式中可通過什么技術(shù)來減少內(nèi)存碎片？ 在可重定位分區(qū)分配方式中采用緊縮技術(shù)來減少內(nèi)存碎片。（11） 請求分頁技術(shù)與簡單分頁技術(shù)之間的根本區(qū)別是什么？請求分頁技術(shù)與簡單分頁技術(shù)之間的根本區(qū)別是：請求分頁提供虛擬存儲器，而簡單分頁系統(tǒng)并未提供虛擬存儲器。（2） 某虛擬存儲器的用戶編程空間共32個頁面，每頁為1KB，內(nèi)存為16KB。假定某時刻一用戶頁表中已調(diào)

10、入內(nèi)存的頁面的頁號和物理塊號的對照表如下：頁號物理塊號051102437計(jì)算邏輯地址0A5C(H)所對應(yīng)的物理地址。解：頁式存儲管理的邏輯地址分為兩部分：頁號和頁內(nèi)地址。由已知條件“用戶編程空間共32個頁面”，可知頁號部分占5位；由“每頁為1KB”，1K=210，可知內(nèi)頁地址占10位。由“內(nèi)存為16KB”，可知有16塊，塊號為4位。邏輯地址0A5C（H）所對應(yīng)的二進(jìn)制表示形式是：000 1010 0101 1100 ，根據(jù)上面的分析，下劃線部分為頁內(nèi)地址，編碼“000 10”為頁號，表示該邏輯地址對應(yīng)的頁號為2。查頁表，得到物理塊號是4（十進(jìn)制），即物理塊地址為：01 00 ，拼接塊內(nèi)地址10

11、 0101 1100，得01 0010 0101 1100，即125C（H）。（12） 考慮下述頁面走向： 1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6當(dāng)內(nèi)存塊數(shù)量分別為3，5時，試問LRU、FIFO、OPT這三種置換算法的缺頁次數(shù)各是多少？（注意，所有內(nèi)存塊最初都是空的，所以，凡第一次用到的頁面都產(chǎn)生一次缺頁。）內(nèi)存塊數(shù)淘 汰 算 法LRUFIFOOPT315161158107（13） 考慮下面存儲訪問序列，該程序大小為460字： 10，11，104，170，73，309，185，245，246，434，458，364設(shè)頁面大小是100字，請給出該訪問序列的頁面走向。又設(shè)該程序基本可用內(nèi)存是200字，采用FIFO置換算法，求出其缺頁率。如果采用LRU置換算法，缺頁率是多少？如果采用最優(yōu)淘汰算法，其缺頁率又是多少？（注：缺頁率缺頁次數(shù)/訪問頁面總數(shù)）解：根據(jù)已知條件頁面大小是100字，將頁面訪問序列簡化為：0，0，1，1，0，3，1，2，2，4，4，3又因?yàn)樵摮绦蚧究捎脙?nèi)存是200字，可知內(nèi)存塊數(shù)為2。采用先進(jìn)先出置換算法（FIFO），總共有6次缺頁，缺頁率為6/12=50%，具體算法如下：頁面走向001103122443塊1003