《操作系统》习题集参考答案：第3章 存储管理

第 3 章 存储管理
32. B 33. D 34. B 35. C //无论用什么页面置换算法，每种页面第一次访问时不可能在内在中，必然发生缺 页，所以缺页次数大于等于 n（本注：也可能小于 n（此题有疑问！ ） ） 36. A 37. C 38. A 39. D 40. D 41. D //（本注）在缺页处理过程中，操作系统会修改页表（如页表项中“有效位” ） ，磁 盘 I/O（从磁盘交换区调入页面）并分配页框。 42. B //（本注）因为中断是由执行指令自己产生的，因不在物理内存中而无法执行，故 中断返回时，就重新执行被中断的那条指令。 43. D // //LRU 和 OPT 永远不会出现 Belady 现象
2.
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2012-11、2013-4、2014-6 北理珠“操作系统”课题组
《操作系统》习题集参考答案
第 3 章 存储管理
（引自《现代操作系统》P133）
3. 1) 2) 3) 4. 由于逻辑地址中低 10 位为页内偏移量，所以每页的大小=210 个字节 由于逻辑地址高 6 位为页号，所以共有 26 个页面 由于逻辑地址共有 16 位，所以一个作业最大的使用空间是 216 个字节 在页表中，逻辑页（0，1，2，3）对应物理帧（3，4、6，8） ，页面大小 L 为 1024 字节。 1) 逻辑地址 A1=2100 页号：P1=2100\1024=2，对应的物理帧号：6 页内偏移量：W1=2100%1024=52 A1 的物理地址 E1=6*1024+52=6196 2) 逻辑地址 A2=3100 页号：P2=3100\1024=3，对应的物理帧号：8 页内偏移量：W2=3100%1024=28 A2 的物理地址 E2=8*1024+28=8220
偏移量
页面
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第 3 章 存储管理
序进行处理、恢复 CPU 现场等步骤。但缺页中断又是一种特殊的中断，它与一般中断 的主要区别是： 1) 在指令执行期间产生和处理中断信号。通常， CPU 都是在一条指令执行完后去检查 是否有中断请求到达，若有便去响应中断；否则继续执行下一条指令。而缺页中断 是在指令执行期间，发现所要访问的指令或数据不在内存时产生和处理的。 2) 一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。 例如， 对于一条读取数据的多字节指 令， 指令本身可能跨越两个页面， 假定指令后一部分所在页面和数据所在页面均不 在内存，则该指令的执行至少产生 2 次缺页中断。 12. 页面大小=1K=210， 虚地址 0A5C(H)=（0000 1010 0101 1100）=(0000 10)(10 0101 1100)，页号=(10)(B)=2，对 应物理块号=4=(100)(B)，物理地址=(100)( 10 0101 1100)=(0001 0010 0101 1100)(B)=12C5(B) 虚地址 1A5C(H)=（0001 1010 0101 1100）=（0001 10） （10 0101 1100） ，页号=6，此时 内存中没有该页面，产生缺页中断。 13. 本注： 1) 页大小 1KB=210，则后 10 位“页内偏移量” ，前面为“页号” 。 0AC5(H)=（0000 1010 1100 0101）=（0000 10） （10 1100 0101） 页号：(10)(B)=2；页内偏移量： （10 1100 0101） 依据页表，页号 2 对应物理块号(帧号)4（二进制 100）. 则，0AC5(H)的物理地址(100)(10 1100 0101)=（1 0010 1100 0101）=12C5(H) 1AC5(H)=（0001 1010 1100 0101）=（0001 10） （10 1100 0101） 页号：(1 10)(B)=6；页内偏移量： （10 1100 0101） 依据页表，页号 6 对应物理块号(帧号)2（二进制 10） 则，1AC5(H)的物理地址（10） （10 1100 0101）=（1010 1100 0101）=0AC5(H) 0AC5(H)放在物理块 4 在 TLB 中，则需要两次内存访问（增加一次访问页表） ，而物 理块 2 在 TLB 中，只须访问一次内存。故两次访问耗费时间=1.5*3=4.5us。
二、
1.
综合应用题
采用首次适应算法时，空闲分区表中表项按地址递增排列，正好如题表所示，将分区号 为 4 的空闲分区分配给 96K 的作业，将分区号为 1 的空闲分配给 20K 的作业，而 200K 的作业无法分配。采用最佳适应算法时，空闲分区表中表项按分区大小递增排列，这样 的顺序为： （3，5K）(2，10K)(1，32K)(5，96K)(4，218K)，将分区号为 5 的空闲 分区分配给 96K 的作业，将分区号为 1 的空闲分区分配给 20K 的作业，将分区号为 4 的空闲分区分配给 200K 的作业。只有最佳适应算法可以满足该作业序列的请求。 在分段方式中，程序被分成大小不同的段。在分页方式中，程序被分成固定大小的页。 在分段方式中，用户（或编译器）负责把程序分成段。在分页方式中，操作系统完成分 页操作，该操作对于用户是透明的。
1.分配15MB
15MB
2.分配30MB
15MB
30MB
3.释放15MB
15MB
30MB
10MB
4.分配8MB
15MB
30MB
8Байду номын сангаасB
5.分配6MB
6MB
9MB
30MB
8MB
9.
A
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页号 帧号 0 010 1 100 2 110 3 111
(2)
010
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
输入逻辑地址（1023）
7.
页/块的大小为：4KB页内偏移量占位数：12 位 虚地址空间 16 页页号位数：4，所以虚地址寄存器位数：4+12=16 物理内存 512 块块号位数：9，所以物理地址寄存器位数：9+12=21
19. B //分页与操作系统和 MMU（内存管理单元，硬件） ，地址转换也由 MMU 和操 作系统完成。 20. B //二级页表结构见图：
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第 3 章 存储管理
二级页表 （页号）
第 3 章 存储管理
10. C 11. B 12. B //段页式采用二维地址（段号，页号） ，纯分段仍还是二维的（段号，段内地址） 。 分页属一维，因为从相对地址可获得（页号和页内偏移） 13. B 14. C //取一次数据时先从内存查找段表，再拼成物理地址后访问内存，共需要 2 次内存 访问。 15. C //分页管理方式中没有外部碎片，内在利用率高，而分段管理方式中难以找到连续 的空闲区放入整段，相对内存利用率不高。 16. B 17. B，D //逻辑地址：8 页共有字节数 8*1024=213B，需要 13 位地址；物理地址：32 块 共有字节数 32*1024=215B，需要 15 位地址。 18. A //页号=逻辑地址\块大小=0，页内偏移=逻辑地址%块大小=0 //物理块号=2(依据页表中页号对应块号)， 则物理地址=块号*块大小+页内偏移 //物理地址=2*4096+0=8192
... 6 5 4 3 2 1 0
一级页表 （页目录）
... 6 5 4 3 2 1 0
10位 页目录号 页号 Offset
... 6 5 4 3 2 1 0
... 6 5 4 3 2 1 0
至多为页 的大小： 210字节
页表项： 2字节
//1. 页大小为 210 字节页内偏移(Offset)占 10 位 //2. 页表项大小 2 字节在一页内最多放的页表项数为 210/2=29，即二级页表每块最多 放 29 个页表项，即“页号”最多占 9 位 //3. 逻辑地址空间大小为 216 页（页目录号+页号）是 16 位 //4. 页目录号=16-9=7，即一级页表至少可编址 2^7=128 个 21. B 22. C 23. B 24. A 25. C 26. B 27. A 28. B 29. A 30. A 31. B
4)
10. 覆盖技术中，覆盖段由用户设计，用户对内存的划分要参与操作（覆盖描述语言） ；虚 拟存储技术是由系统提供空间给用户使用， 用户并不需要了解内存情况， 物理空间的划 分和管理均由系统来完成。 11. 缺页中断作为中断，同样需要经历保护 CPU 现场、分析中断原因、转缺页中断处理程
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8. 1) 2) 3) 4) 9. 1) 2) 3) 分页：第 1 次访问内存页表，生成物理地址；第 2 次依据物理地址访问内存存取数 据。需访问内存 2 次。 分段：第 1 次访问内存段表，生成物理地址；第 2 次依据物理地址访问内存存取数 据。需访问内存 2 次。 段页式：第 1 次访问内存段表，生成对应页表的起始地址；第 2 次访问内存查找对 应页表，生成物理地址；第 3 次依据物理地址访问内存存取数据。需访问内存 3 次。 因为访问内存时间由两部分组成：访问页表或快表+依据物理地址访问内存；若页 表在快表中，则时间=0.2+1；若页表不在快表中，则时间=(0.2+1)+1。前者发生的 概率为 85%，后则为 15%，综合两者的时间=0.2*85%+(0.2+1)*15%+1=1.35μs （0，137） ，137<10K，物理地址=50K+137=1337B （1，4000） ，4000>3K，产生越界中断 （2，3600） ，3600<5K，物理地址=70K+3600=75280B （5，230） ，5>4，段号不合法，产生越界中断
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2)
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第 3 章 存储管理
物理帧号
0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
偏移量
输出物理地址（3071）
(3)
(4) 直接从输入复制到 输出的10位偏移量
页 表
(1) 页面=0被 用作页表索引
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//用于段内的地址位数=24-8=16，对应的长度为：216 字节
//可变分区管理和分段式存储管理没有内部碎片，其它几类典型的管理均有
//没有扩充“物理内存和外存” 。
//也称“交换技术”
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操作系统习题集参考答案2012112013420146北理珠操作系统课题组引自现代操作系统p133由于逻辑地址中低10位为页内偏移量所以每页的大小210个字节由于逻辑地址高6位为页号所以共有2由于逻辑地址共有16位所以一个作业最大的使用空间是216个字节在页表中逻辑页0123对应物理帧3468页面大小l为1024字节
5. 1) 2) 分页系统中，访问一个数据需要 2 次内存访问（本注：页表和物理内存） ，所以有 效访问时间为：2*0.2=0.4μs 第一次访问内存查“页表”时间：0*90%+0.2*10%=0.02μs 第二次访问内存（物理内存）时间：0.2μs 总访问时间：0.02+0.2=0.22μs
6. 1) 1023、2500、3500、4500 转物理地址 a) 1023 页号=1023\1024=0，对应物理块：2；页内偏移量=1023%1024=1023 物理地址：2*1024+1023=3071 b) 2500 页号=2500\1024=2，对应物理块：6；页面偏移量=2500%1024=452 物理地址：6*1024+452=6596 c) 3500 页号=3500\1024=3，对应物理块：7；页面偏移量=3500%1024=428 物理地址：7*1024+428=7596 d) 4500 页号=4500\1024=4，产生越界中断 逻辑地址 1023 的地址变换过程如图所示
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第 3 章 存储管理
第3章 存储管理-习题集参考答案
一、
1. 2. 3. B B A //在分区分配内存管理方式中，主要用上、下界寄存器保护分获，也称为界地址保 护。 A C A A B
初始
55MB
选择题
//也称“地址重定位”
4. 5. 6. 7. 8.
//拼接是指通过移动将多个分散的小分区合并成一个大分区。