操作系統(tǒng) 習(xí)題及答案 第五章 存儲(chǔ)管理

第五章存儲(chǔ)管理習(xí)題1．存儲(chǔ)管理的主要功能有哪些？存儲(chǔ)管理的主要功能是管理內(nèi)存，協(xié)調(diào)內(nèi)存、外存的使用，主要功能包括：內(nèi)存管理方法、內(nèi)存的分配和釋放算法、虛擬存儲(chǔ)器的管理、控制內(nèi)存和外存之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)方法、地址變換技術(shù)和內(nèi)存數(shù)據(jù)保護(hù)與共享技術(shù)等。2．解釋下列術(shù)語(yǔ)：邏輯地址、絕對(duì)地址、地址重定位。邏輯地址：在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，內(nèi)存中同時(shí)存放了多個(gè)用戶程序。操作系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)存的使用情況為用戶分配內(nèi)存空間。因此，每個(gè)用戶不能預(yù)先知道他的程序?qū)⒈淮娣诺絻?nèi)存的什么位置。這樣，用戶程序中就不能使用內(nèi)存的絕對(duì)地址。為了方便用戶，每個(gè)用戶都可認(rèn)為自己的程序和數(shù)據(jù)存放在一塊“0”地址開(kāi)始的連續(xù)空間中。用戶程序中使用的地址稱為“邏輯地址”。絕對(duì)地址指硬件編址的地址，CPU能夠?qū)ぶ?，通常是?開(kāi)始連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的：存儲(chǔ)器以字節(jié)（每個(gè)字節(jié)為8個(gè)二進(jìn)制位）為編址單位，假定存儲(chǔ)器的容量為n個(gè)字節(jié)，其地址編號(hào)順序?yàn)?，1，2，…，n－1。這些地址稱為內(nèi)存的“絕對(duì)地址指硬件編址的地址，CPU能夠?qū)ぶ?，通常是?開(kāi)始連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的地址重定位：把邏輯地址轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址3．在可變分區(qū)管理方式下，什么是“碎片”？如何解決“碎片”問(wèn)題？在可變分區(qū)管理方式下，內(nèi)存分配鏈表中有記錄，可以分配但區(qū)域很小的空閑空間稱為碎片。解決碎片問(wèn)題的辦法是在適當(dāng)時(shí)刻進(jìn)行碎片整理，通過(guò)移動(dòng)內(nèi)存中的進(jìn)程，把所有空閑碎片合并成一個(gè)連續(xù)的大空閑區(qū)，這種方法稱之為“內(nèi)存緊縮”。4．采用緊縮技術(shù)有什么優(yōu)點(diǎn)？移動(dòng)一道程序時(shí)操作系統(tǒng)要做哪些工作？緊縮技術(shù)可以集中分散的空閑區(qū)，提高內(nèi)存的利用率，便于動(dòng)態(tài)擴(kuò)充內(nèi)存。移動(dòng)一道程序時(shí)操作系統(tǒng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)塊移動(dòng)，還要進(jìn)行地址重定位，修改內(nèi)存分配表和進(jìn)程控制塊。5．設(shè)在內(nèi)存中按地址遞增次序有三個(gè)不連續(xù)的空閑區(qū)F1、F2、F3，它們的容量分別是60K、130K、20K。請(qǐng)給出一個(gè)后備進(jìn)程序列，使得實(shí)施存儲(chǔ)分配時(shí)（1）采用最優(yōu)適應(yīng)算法將取得好的效果，而采用最壞適應(yīng)算法和最先適應(yīng)算法效果都不好；（2）采用最優(yōu)適應(yīng)算法效果不好，而采用最壞適應(yīng)算法和最先適應(yīng)算法都可取得好的效果；（3）采用最壞適應(yīng)算法將取得好的效果，而采用最先適應(yīng)算法和最優(yōu)適應(yīng)算法效果都不好；（4）采用這三種算法都可取得好效果；（5）采用這三種算法效果都不好。（1）20K，60K，130K（2）10K，50K，70K，60K，20K（3）50K，60K，20K，60K（4）10K，10個(gè)20K（5）50K，70K，50K，30K6．用可變分區(qū)方式管理內(nèi)存時(shí)，假定內(nèi)存中按地址順序依次有五個(gè)空閑區(qū)，空閑區(qū)的大小依次為32K，10K，5K，228K，100K。現(xiàn)有五個(gè)程序J1，J2，J3，J4和J5。它們各需內(nèi)存1K，10K，108K，28K和115K。若采用最先適應(yīng)分配算法能把這五個(gè)程序按J1～J5的次序全部裝入內(nèi)存嗎？你認(rèn)為按怎樣的次序裝入這五個(gè)程序可使內(nèi)存空間利用率最高。不能，最優(yōu)適應(yīng)算法7．解釋頁(yè)式存儲(chǔ)管理中為什么要設(shè)置頁(yè)表和TLB。頁(yè)式存儲(chǔ)管理中設(shè)置頁(yè)表和TLB的主要目的是加速地址轉(zhuǎn)換過(guò)程，并提高系統(tǒng)的性能和效率。頁(yè)表的作用是實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換，將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址，從而使程序能夠正常運(yùn)行。TLB是一種高速緩存，用于存儲(chǔ)最近使用的頁(yè)表項(xiàng)，可以加快頁(yè)表的訪問(wèn)速度。設(shè)置頁(yè)表和TLB的好處包括：通過(guò)TLB的緩存機(jī)制可以避免每次訪問(wèn)內(nèi)存都需要訪問(wèn)主存中的頁(yè)表，從而提高了地址轉(zhuǎn)換的速度；減少了CPU訪問(wèn)內(nèi)存的延遲時(shí)間，使得系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快，提高了整體的系統(tǒng)性能；通過(guò)修改頁(yè)表項(xiàng)或TLB的內(nèi)容，操作系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地改變邏輯地址和物理地址之間的映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)靈活的存儲(chǔ)管理策略。8．設(shè)計(jì)一個(gè)頁(yè)表應(yīng)考慮哪些因素？設(shè)計(jì)一個(gè)頁(yè)表時(shí)需要考慮以下因素：①頁(yè)表大?。喉?yè)表的大小取決于系統(tǒng)的地址空間大小和頁(yè)面大小。需要確保頁(yè)表足夠大以容納所有可能的頁(yè)表項(xiàng)，但又不能太大以至于消耗過(guò)多的內(nèi)存空間。②頁(yè)表項(xiàng)的結(jié)構(gòu)：每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)應(yīng)該包含哪些信息，例如物理頁(yè)框號(hào)、訪問(wèn)權(quán)限、臟位（用于標(biāo)記頁(yè)面是否被修改過(guò)）、有效位（表示該頁(yè)是否有效）、其他控制位等。③頁(yè)表的組織方式：頁(yè)表可以使用單級(jí)結(jié)構(gòu)、多級(jí)結(jié)構(gòu)或者倒排頁(yè)表等方式組織。不同的組織方式會(huì)影響頁(yè)表的訪問(wèn)效率和空間利用率。④頁(yè)表的訪問(wèn)速度：需要考慮如何快速地查找頁(yè)表中的頁(yè)表項(xiàng)?？梢酝ㄟ^(guò)使用TLB、多級(jí)頁(yè)表、哈希表等技術(shù)來(lái)提高頁(yè)表的訪問(wèn)速度。⑤頁(yè)面替換算法：如果內(nèi)存不足時(shí)需要進(jìn)行頁(yè)面替換，需要選擇合適的頁(yè)面替換算法，例如LRU（最近最少使用）、FIFO（先進(jìn)先出）、Clock等算法。⑥支持的特性：頁(yè)表是否支持虛擬內(nèi)存、內(nèi)存保護(hù)、共享內(nèi)存、寫(xiě)時(shí)復(fù)制等特性。⑦頁(yè)表的更新策略：頁(yè)表的更新策略包括頁(yè)面調(diào)入（頁(yè)面缺失時(shí)將頁(yè)面從磁盤(pán)調(diào)入內(nèi)存）、頁(yè)面替換（當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)選擇哪些頁(yè)面進(jìn)行替換）、頁(yè)面寫(xiě)回（當(dāng)頁(yè)面被修改時(shí)將頁(yè)面寫(xiě)回磁盤(pán)）等。⑧空閑頁(yè)框管理：需要考慮如何管理空閑的物理頁(yè)框，以便于在需要時(shí)分配給進(jìn)程使用。綜上所述，設(shè)計(jì)一個(gè)頁(yè)表需要考慮頁(yè)表大小、頁(yè)表項(xiàng)的結(jié)構(gòu)、頁(yè)表的組織方式、頁(yè)表的訪問(wèn)速度、頁(yè)面替換算法、支持的特性、頁(yè)表的更新策略以及空閑頁(yè)框管理等多個(gè)因素。9．請(qǐng)敘述頁(yè)式存儲(chǔ)管理中地址轉(zhuǎn)換的過(guò)程。頁(yè)式存儲(chǔ)管理中的地址轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：①生成邏輯地址：當(dāng)程序需要訪問(wèn)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)時(shí)，CPU會(huì)生成一個(gè)邏輯地址。邏輯地址由兩部分組成：頁(yè)號(hào)（PageNumber）和頁(yè)內(nèi)偏移量（Offset）。頁(yè)號(hào)指示所需數(shù)據(jù)所在的頁(yè)，頁(yè)內(nèi)偏移量指示數(shù)據(jù)在頁(yè)內(nèi)的具體位置。②TLB查找：CPU首先會(huì)在TLB中查找邏輯地址對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)。如果在TLB中找到了對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)，則說(shuō)明該頁(yè)表項(xiàng)已經(jīng)緩存了最近的地址映射信息，CPU可以直接使用TLB中存儲(chǔ)的物理地址頁(yè)框號(hào)，完成物理地址轉(zhuǎn)換。③TLB未命中：如果在TLB中未找到對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)（TLB未命中），則需要訪問(wèn)頁(yè)表。CPU將邏輯地址的頁(yè)號(hào)發(fā)送給內(nèi)存管理單元（MMU），MMU將該頁(yè)號(hào)發(fā)送給內(nèi)存中的頁(yè)表。④頁(yè)表查找：內(nèi)存中的頁(yè)表是操作系統(tǒng)維護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)邏輯頁(yè)號(hào)到物理頁(yè)框號(hào)的映射關(guān)系。根據(jù)邏輯頁(yè)號(hào)在頁(yè)表中查找對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)。如果找到了，就得到了對(duì)應(yīng)的物理頁(yè)框號(hào)。⑤生成物理地址：根據(jù)頁(yè)表項(xiàng)中存儲(chǔ)的物理頁(yè)框號(hào)和邏輯地址中的頁(yè)內(nèi)偏移量，CPU可以計(jì)算出所需數(shù)據(jù)在物理內(nèi)存中的確切地址。物理地址由兩部分組成：物理頁(yè)框號(hào)和頁(yè)內(nèi)偏移量。物理頁(yè)框號(hào)指示數(shù)據(jù)所在的物理頁(yè)框，頁(yè)內(nèi)偏移量指示數(shù)據(jù)在頁(yè)內(nèi)的具體位置。10．某采用頁(yè)式存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)地址結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為16位，頁(yè)面大小為210。當(dāng)前進(jìn)程的頁(yè)表如下：0618210312414519圖5-22習(xí)題10圖假設(shè)虛擬地址為0000110010101100，試畫(huà)出地址轉(zhuǎn)換圖并計(jì)算相應(yīng)的物理地址。物理地址：001100001010110011.考慮一個(gè)使用單級(jí)頁(yè)表的分頁(yè)系統(tǒng)。假設(shè)所需的頁(yè)表總在內(nèi)存中。（1）如果一次物理內(nèi)存訪問(wèn)耗時(shí)200ns，那么一次邏輯內(nèi)存訪問(wèn)耗時(shí)多少？400ns200ns×2（2）現(xiàn)添加一個(gè)MMU，對(duì)每次命中或缺頁(yè)MMU造成20ns開(kāi)銷。假設(shè)85%的內(nèi)存訪問(wèn)都命中MMUTLB。有效訪問(wèn)時(shí)間（EMAT）是多少？250ns20ns×100%+200ns×0.15+200ns（3）解釋TLB命中率是如何影響EMAT的。TLB命中率越高，表示越多的邏輯地址轉(zhuǎn)換可以直接通過(guò)TLB完成，減少了訪問(wèn)頁(yè)表的需要，從而減少了內(nèi)存訪問(wèn)次數(shù)和總體訪問(wèn)時(shí)間。相反，TLB命中率低意味著更多的地址轉(zhuǎn)換需要訪問(wèn)頁(yè)表，增加了內(nèi)存訪問(wèn)次數(shù)和總體訪問(wèn)時(shí)間，從而增加了EMAT。假設(shè)頁(yè)面大小為4KB，頁(yè)表項(xiàng)大小4B。要映射64位的地址空間，如果頂級(jí)頁(yè)表能在一頁(yè)中存儲(chǔ)，需要多少級(jí)頁(yè)表？畫(huà)出地址轉(zhuǎn)換圖，并詳細(xì)描述從虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換過(guò)程。對(duì)于一個(gè)64位地址空間，如果頁(yè)面大小為4KB（即2^12字節(jié)），頁(yè)表項(xiàng)大小為4B，則每個(gè)頁(yè)面可以存儲(chǔ)2^12/2^2=2^10（也就是1024）個(gè)頁(yè)表項(xiàng)。每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)頁(yè)面，所以一個(gè)單級(jí)頁(yè)表可以映射2^10×2^12字節(jié)（即4MB）的地址不是地址空間，是次級(jí)頁(yè)表個(gè)數(shù)這個(gè)題有點(diǎn)問(wèn)題，64不是地址空間，是次級(jí)頁(yè)表個(gè)數(shù)這個(gè)題有點(diǎn)問(wèn)題，64位系統(tǒng)，頁(yè)表項(xiàng)4B是不足的，次級(jí)頁(yè)表只能存放在內(nèi)存低段，且最末級(jí)頁(yè)表項(xiàng)4B不夠計(jì)算所需的頁(yè)表級(jí)數(shù)：要映射整個(gè)64位地址空間，我們需要確定足夠的頁(yè)表級(jí)數(shù)n以便滿足以下條件：(2^10)^n×2^12≥2^64。我們之前已經(jīng)計(jì)算過(guò)這個(gè)問(wèn)題，得出所需的頁(yè)表級(jí)數(shù)為6級(jí)。地址轉(zhuǎn)換圖：對(duì)于具有6級(jí)頁(yè)表的地址轉(zhuǎn)換，64位虛擬地址被分為7部分：6個(gè)部分用于頁(yè)表級(jí)別的索引（每部分10位），最后部分用于頁(yè)內(nèi)偏移（12位）。虛擬地址的最高10位用于索引頂級(jí)頁(yè)表，接下來(lái)的10位用于索引第二級(jí)頁(yè)表，隨后的10位用于索引第三級(jí)頁(yè)表，以此類推，第51~60位用于索引第六級(jí)頁(yè)表。虛擬地址的最低12位表示頁(yè)內(nèi)偏移，這部分在所有級(jí)別的頁(yè)表中是相同的，用于在找到的物理頁(yè)面中定位具體的數(shù)據(jù)。虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換過(guò)程：使用虛擬地址的最高10位在頂級(jí)頁(yè)表中找到第二級(jí)頁(yè)表的地址。使用虛擬地址的接下來(lái)的10位在第二級(jí)頁(yè)表中找到第三級(jí)頁(yè)表的地址。這個(gè)過(guò)程一直繼續(xù)，直到第六級(jí)頁(yè)表。在第六級(jí)頁(yè)表中，使用虛擬地址的倒數(shù)第二個(gè)10位段找到物理頁(yè)框號(hào)。最后，將物理頁(yè)框號(hào)與虛擬地址的最后12位（頁(yè)內(nèi)偏移）結(jié)合，形成完整的物理地址。13．考慮一個(gè)分頁(yè)式的虛擬地址空間（由32個(gè)2KB的頁(yè)組成），將它映射到一個(gè)1MB的物理內(nèi)存空間。（1）該處理器的虛擬地址格式是什么？虛擬地址由5位的頁(yè)號(hào)和11位的頁(yè)內(nèi)地址組成（2）頁(yè)表的長(zhǎng)度和寬度是多少？（忽略“訪問(wèn)權(quán)限”位）頁(yè)表長(zhǎng)度為32，寬度為9（3）若物理內(nèi)存空間減少一半，則會(huì)對(duì)頁(yè)表有何影響？物理地址空間大小減半：由于物理內(nèi)存空間減少到512KB，即2^19字節(jié)，所以物理地址空間的大小變?yōu)榱?9位。每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)寬度變化：每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)仍然需要能夠表示物理地址的偏移量，這個(gè)偏移量需要19-11=8位，因?yàn)轫?yè)面大小仍然是2KB。頁(yè)表長(zhǎng)度不變：虛擬地址空間大小并未改變，因此虛擬地址空間仍然需要32個(gè)頁(yè)表項(xiàng)。14．頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中程序的地址空間是一維的還是二維的？請(qǐng)說(shuō)明理由?！?？】頁(yè)式是一維的。理由：在頁(yè)式存儲(chǔ)管理中，程序的地址空間被劃分為固定大小的頁(yè)，同時(shí)物理內(nèi)存也被劃分為相同大小的物理頁(yè)框。程序的邏輯地址由頁(yè)號(hào)（PageNumber）和頁(yè)內(nèi)偏移量（Offset）組成，頁(yè)號(hào)用于指示程序中的哪一頁(yè)，頁(yè)內(nèi)偏移量用于指示頁(yè)內(nèi)的具體位置。當(dāng)程序訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)將頁(yè)號(hào)映射到物理內(nèi)存中相應(yīng)的頁(yè)框上，然后使用頁(yè)內(nèi)偏移量來(lái)確定具體的地址。由于頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，頁(yè)號(hào)對(duì)應(yīng)于物理內(nèi)存中的頁(yè)框號(hào)，因此程序的地址空間在邏輯上是一維的，即通過(guò)頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)偏移量來(lái)唯一確定內(nèi)存中的地址。15．FIFO和時(shí)鐘頁(yè)面置換算法有何聯(lián)系？時(shí)鐘頁(yè)面置換算法是對(duì)FIFO算法的改進(jìn)，它引入了一個(gè)“時(shí)鐘指針”，并根據(jù)頁(yè)面的訪問(wèn)情況來(lái)決定是否置換頁(yè)面。當(dāng)需要進(jìn)行頁(yè)面置換時(shí)，時(shí)鐘算法檢查指針?biāo)赶虻捻?yè)面是否被訪問(wèn)過(guò)。如果該頁(yè)面已經(jīng)被訪問(wèn)過(guò)，就將其訪問(wèn)位清零，并將指針指向下一個(gè)頁(yè)面；如果該頁(yè)面未被訪問(wèn)過(guò)，則選擇該頁(yè)面進(jìn)行替換，并將指針指向下一個(gè)頁(yè)面。這樣時(shí)鐘算法能夠更好地反映頁(yè)面的實(shí)際使用情況，從而減少"“Belady異常"”的發(fā)生。16．簡(jiǎn)述什么是覆蓋技術(shù)，什么是交換技術(shù)？它們之間的區(qū)別是什么？覆蓋技術(shù)：是指把程序劃分為若干個(gè)功能上相對(duì)獨(dú)立的程序段，按照其自身的邏輯結(jié)構(gòu)使那些不會(huì)同時(shí)執(zhí)行的程序段共享同一塊內(nèi)存區(qū)域，未執(zhí)行的程序段先保存在磁盤(pán)上，當(dāng)有關(guān)程序段的前一部分執(zhí)行結(jié)束后，把后續(xù)程序段調(diào)入內(nèi)存，覆蓋前面的程序段。覆蓋技術(shù)可以完全由用戶實(shí)現(xiàn)，也可以由編譯程序提供支持。交換技術(shù)：由操作系統(tǒng)控制，將那些不在運(yùn)行中的進(jìn)程或其一部分調(diào)出內(nèi)存，暫時(shí)存放在外存上的磁盤(pán)交換區(qū)中，以騰出內(nèi)存空間給現(xiàn)在需要內(nèi)存空間的進(jìn)程，后者可能需要從外存換入內(nèi)存，以后再將換出的進(jìn)程調(diào)入內(nèi)存繼續(xù)執(zhí)行。主要區(qū)別：①內(nèi)存管理的粒度和方式：覆蓋技術(shù)是基于模塊或段的內(nèi)存管理方式，而交換技術(shù)是基于進(jìn)程的內(nèi)存管理方式。②覆蓋技術(shù)通常用于解決單一連續(xù)分配內(nèi)存管理方式下的內(nèi)存不足問(wèn)題，而交換技術(shù)通常用于解決分頁(yè)式和分段式內(nèi)存管理方式下的內(nèi)存不足問(wèn)題。17．何謂程序局部性原理，請(qǐng)舉出三個(gè)例子。程序局部性原理是指在計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行過(guò)程中，訪問(wèn)數(shù)據(jù)和指令的趨勢(shì)會(huì)表現(xiàn)出一定的集中性，即在一段時(shí)間內(nèi)，程序傾向于重復(fù)訪問(wèn)相同的數(shù)據(jù)或者執(zhí)行相鄰的指令。舉例：①時(shí)間局部性：指程序在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)同一數(shù)據(jù)的反復(fù)訪問(wèn)。例如循環(huán)結(jié)構(gòu)中的變量，每次迭代都會(huì)重復(fù)使用，因此具有時(shí)間局部性。②空間局部性：指程序在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)相鄰內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。例如數(shù)組或者矩陣的訪問(wèn)。③緩存局部性：指程序訪問(wèn)的數(shù)據(jù)往往會(huì)被緩存在高速緩存中，從而提高數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度。例如，如果一個(gè)循環(huán)中的數(shù)據(jù)可以被緩存到CPU的緩存中，那么循環(huán)的執(zhí)行速度將會(huì)更快。18．虛擬存儲(chǔ)器是什么？為什么要引入虛擬存儲(chǔ)器？虛擬存儲(chǔ)器是一種計(jì)算機(jī)內(nèi)存管理技術(shù)，它通過(guò)將部分存儲(chǔ)器內(nèi)容暫時(shí)保存在磁盤(pán)上，以擴(kuò)展可用的物理內(nèi)存空間。這種技術(shù)使得程序能夠使用比物理內(nèi)存更大的地址空間。虛擬存儲(chǔ)器的主要目標(biāo)是允許程序在有限的物理內(nèi)存下運(yùn)行，同時(shí)提供了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，更大的地址空間。虛擬存儲(chǔ)器使得每個(gè)進(jìn)程擁有一個(gè)巨大的地址空間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的物理內(nèi)存大小。這樣，即使物理內(nèi)存有限，也能夠運(yùn)行大型程序。第二，更好的內(nèi)存管理。虛擬存儲(chǔ)器提供了更靈活的內(nèi)存管理機(jī)制，使得操作系統(tǒng)能夠更好地管理內(nèi)存，包括內(nèi)存分配、回收和保護(hù)等方面。第三，更高的性能。虛擬存儲(chǔ)器通過(guò)將不常用的數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在磁盤(pán)上，釋放物理內(nèi)存空間供其他程序使用，從而提高了系統(tǒng)的整體性能。19．?dāng)⑹鎏摂M頁(yè)式存儲(chǔ)管理方案的基本思想。為了實(shí)現(xiàn)虛擬頁(yè)式存儲(chǔ)管理，系統(tǒng)必須提供的硬件支持有哪些？虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的基本思想是利用大容量的外存來(lái)擴(kuò)充內(nèi)存，產(chǎn)生一個(gè)比有限的實(shí)際內(nèi)存空間大得多的、邏輯的虛擬內(nèi)存空間，簡(jiǎn)稱虛存，以便能夠有效地支持多道程序系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和大型程序運(yùn)行的需要，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力。虛擬存儲(chǔ)管理是由操作系統(tǒng)在硬件支持下把兩級(jí)存儲(chǔ)器（內(nèi)存和外存）統(tǒng)一實(shí)施管理，達(dá)到“擴(kuò)充”內(nèi)存的目的，呈現(xiàn)給用戶的是一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物理內(nèi)存容量的編程空間，即虛存。程序、數(shù)據(jù)、堆棧的大小可以超過(guò)物理內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)把程序當(dāng)前使用的部分保留在物理內(nèi)存，而把其他部分保存在磁盤(pán)上，并在需要時(shí)在內(nèi)存和磁盤(pán)之間動(dòng)態(tài)交換。虛擬存儲(chǔ)管理支持多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器需要以下的硬件支持：①系統(tǒng)有容量足夠大的外存；②系統(tǒng)有一定容量的內(nèi)存；③硬件提供實(shí)現(xiàn)虛-實(shí)地址映射的機(jī)制。20．某采用頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)，接收了一個(gè)共7頁(yè)的程序，程序執(zhí)行時(shí)依次訪問(wèn)的頁(yè)為1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6。若采用最近最少用（LRU）調(diào)度算法，程序在得到兩塊內(nèi)存空間和四塊內(nèi)存空間時(shí)各會(huì)產(chǎn)生多少次缺頁(yè)異常？如果采用先進(jìn)先出（FIFO）調(diào)度算法又會(huì)有怎樣的結(jié)果？采用LRU：2塊內(nèi)存空間：18次；4塊內(nèi)存空間：10次1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，61，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6#，1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，o，x，x，x，x，x，x，o，x，x1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，61，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6#，1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3#，#，1，2，3，4，2，1，5，6，6，1，2，3，7，6，3，3，1，2#，#，#，1，1，3，4，2，1，5，5，6，1，2，2，7，6，6，6，1x，x，x，x，o，o，x，x，o，o，o，x，x，x，o，o，x，o，o，o采用FIFO：2塊內(nèi)存空間：18次；4塊內(nèi)存空間：14次1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，61，2，3，4，2，1，5，6，2，1，1，3，7，6，3，2，1，1，3，6#，1，2，3，4，2，1，5，6，2，2，1，3，7，6，3，2，2，1，3x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，o，x，x，x，x，x，x，o，x，x1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，61，2，3，4，4，4，5，6，2，1，1，3，7，6，6，2，1，1，3，3#，1，2，3，3，3，4，5，6，2，2，1，3，7，7，6，2，2，1，1#，#，1，2，2，2，3，4，5，6，6，2，1，3，3，7，6，6，2，2#，#，#，1，1，1，2，3，4，5，5，6，2，1，1，3，7，7，6，6x，x，x，x，o，o，x，x，x，x，o，x，x，x，o，x，x，o，x，o21．有一個(gè)虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。分配給某進(jìn)程3頁(yè)內(nèi)存，開(kāi)始時(shí)內(nèi)存為空，頁(yè)面訪問(wèn)序列如下：6，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1，6，5（1）若采用先進(jìn)先出頁(yè)面置換算法(FIFO)，缺頁(yè)次數(shù)為多少？176，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1，6，56，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1，6，5#，6，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1，6#，#，6，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x（2）若采用最近最少使用頁(yè)面置換算法(LRU)，缺頁(yè)次數(shù)為多少？176，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1，6，56，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1，6，5#，6，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1，6#，#，6，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x（3）若采用理想頁(yè)面置換算法呢？126，5，4，3，2，1，5，4，3，6，5，4，3，2，1，6，56，5，4，3，2，1，5，5，5，6，5，5，5，5，5，5，5#，6，5，4，3，3，3，3，3，3，3，3，3，2，2，6，6#，#，6，5，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，1，2，2x，x，x，x，x，x，x，o，o，x，x，o，o，x，x，x，o22．有一個(gè)虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)采用最近最少使用（LRU）頁(yè)面置換算法，每個(gè)程序占3頁(yè)內(nèi)存，其中一頁(yè)用來(lái)存放程序和變量i,j（不作他用）。每一頁(yè)可存放150個(gè)整數(shù)變量。程序A和程序B如下： 程序A： VARC:ARRAY[1..150,1..100]OFinteger； i,j:integer； FORi:=1to150DO FORj:=1to100DO C[i,j]:=0；程序B： VARC:ARRAY[1..150,1..100]OFinteger； i,j:integer； FORj:=1to100DO FORi:=1to150DO C[i,j]:=0； 設(shè)變量i,j放在程序頁(yè)中，初始時(shí)，程序及變量i,j已在內(nèi)存，其余兩頁(yè)為空。矩陣C按行序存放。（1）試問(wèn)當(dāng)程序A和程序B執(zhí)行完后，分別缺頁(yè)多少次？程序A執(zhí)行完后，缺頁(yè)50次。程序B執(zhí)行完后，缺頁(yè)5000次。（2）最后留在內(nèi)存中的各是矩陣C的哪一部分？程序A、B執(zhí)行完后，留在內(nèi)存中的是C的最后三行；23．什么是異?，F(xiàn)象(或稱Belady現(xiàn)象)？你能找出一個(gè)異?，F(xiàn)象的例子嗎？例子：某程序在內(nèi)存中分配m頁(yè)，初始為空，頁(yè)面走向?yàn)?，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5，采用FIFO算法替換策略，通過(guò)計(jì)算得到當(dāng)m=3時(shí)，缺頁(yè)異常9次；m=4時(shí)，缺頁(yè)異常10次。在這個(gè)例子中，當(dāng)分配給進(jìn)程的物理頁(yè)面數(shù)增加時(shí)，缺頁(yè)次數(shù)不僅不減少，反而增加。這一現(xiàn)象稱為異?，F(xiàn)象（Belady異常現(xiàn)象），而FIFO頁(yè)面置換算法會(huì)產(chǎn)生這一異常現(xiàn)象。24．虛擬頁(yè)式存儲(chǔ)管理中，頁(yè)面置換算法所花的時(shí)間屬于系統(tǒng)開(kāi)銷，這種說(shuō)法對(duì)嗎？【？】這種說(shuō)法是對(duì)的，在虛擬頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，頁(yè)面置換算法的執(zhí)行屬于系統(tǒng)開(kāi)銷的一部分。（書(shū)上暫時(shí)沒(méi)找到相關(guān)內(nèi)容）25．缺頁(yè)異常的處理過(guò)程是軟硬件配合完成的，請(qǐng)敘述缺頁(yè)異常處理過(guò)程。整個(gè)缺頁(yè)異常處理過(guò)程簡(jiǎn)單闡述如下：1）根據(jù)當(dāng)前執(zhí)行指令中的邏輯地址查頁(yè)表的有效位，判斷該頁(yè)是否在內(nèi)存。2）該頁(yè)標(biāo)志為“0”，形成缺頁(yè)異常。保留現(xiàn)場(chǎng)。中斷裝置通過(guò)交換PSW讓操作系統(tǒng)的缺頁(yè)中斷處理程序占用處理器。3）操作系統(tǒng)處理缺頁(yè)異常，尋找一個(gè)空閑的物理頁(yè)面。4）若有空閑頁(yè)，則把磁盤(pán)上讀出的信息裝入該頁(yè)面中。5）修改頁(yè)表及內(nèi)存分配表，表示該頁(yè)已在內(nèi)存。6）如果內(nèi)存中無(wú)空閑頁(yè)，則按某種算法選擇一個(gè)已在內(nèi)存的頁(yè)面，把它暫時(shí)調(diào)出內(nèi)存。若在執(zhí)行中該頁(yè)面已被修改過(guò)，則要把該頁(yè)信息重新寫(xiě)回到磁盤(pán)上（否則不必重新寫(xiě)回磁盤(pán)）。當(dāng)一頁(yè)被暫時(shí)調(diào)出內(nèi)存后，讓出的內(nèi)存空間用來(lái)存放當(dāng)前需要使用的頁(yè)面。頁(yè)面被調(diào)出或裝入之后都要對(duì)頁(yè)表及內(nèi)存分配表作修改。7）恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，重新執(zhí)行被中斷的指令。當(dāng)重新執(zhí)行該指令時(shí)，由于要訪問(wèn)的頁(yè)面已被裝入內(nèi)存，所以可正常執(zhí)行下去。26．試述缺頁(yè)與一般中斷的主要區(qū)別。處理缺頁(yè)的主要目的是將缺失的頁(yè)面從外部存儲(chǔ)加載到物理內(nèi)存中，然后恢復(fù)程序的執(zhí)行。處理一般中斷的目的是響應(yīng)和處理中斷請(qǐng)求，完成請(qǐng)求后再繼續(xù)之前被中斷的任務(wù)。此外，缺頁(yè)異常引起的中斷與普通中斷不同，它可以在指令中間發(fā)生，而普通中斷只能在指令之間發(fā)生。27．何謂系統(tǒng)的“顛簸”現(xiàn)象？為什么會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象？當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生“顛簸”時(shí)，應(yīng)該采取什么措施來(lái)加以克服？如果頁(yè)面置換算法設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致剛被調(diào)出的頁(yè)面又立即要用，因而又要把它裝入，而裝入不久又被選中調(diào)出，調(diào)出不久又被裝入，如此反復(fù)，使調(diào)度非常頻繁。這種現(xiàn)象稱為“抖動(dòng)”或稱“顛簸”。所以選擇不常使用的頁(yè)面置換出去會(huì)使系統(tǒng)性能好得多。措施：減少并發(fā)進(jìn)程數(shù)量；增加可用內(nèi)存容量；改變頁(yè)面置換算法。28．什么是工作集？它的作用是什么？顛簸是由缺頁(yè)率高引起的，對(duì)于給定的進(jìn)程訪頁(yè)序列，在時(shí)刻（t-Δ）到時(shí)刻t之間所訪問(wèn)頁(yè)面的集合，稱為該進(jìn)程的工作集。操作系統(tǒng)采用工作集模型，為每個(gè)進(jìn)程保持一個(gè)工作集，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整，使該進(jìn)程獲得與工作集相等的物理頁(yè)面數(shù)，可以解決顛簸問(wèn)題。29．比較各種存儲(chǔ)管理方式的特征（包括內(nèi)存空間的分配方式、是否要有硬件的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)作支撐、適合單道或多道系統(tǒng)等）、重定位方式、地址轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)（操作系統(tǒng)和硬件怎樣配合）、存儲(chǔ)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)（操作系統(tǒng)和硬件各自做些什么工作）。【？】?jī)?nèi)存空間的分配方式：連續(xù)內(nèi)存分配：將內(nèi)存空間分為若干連續(xù)的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可以被分配給一個(gè)進(jìn)程。主要有單一連續(xù)分配和多道連續(xù)分配兩種方式。非連續(xù)內(nèi)存