操作系统第5章习题带答案

第五章
一、问答题
1、简述页式虚拟存储管理的基本原理。

2、交换扩充了内存，因此，交换也实现了虚拟存储器。

这句话对吗？
不对。

交换是把各个进程完整地调入内存，运行一段时间，再放回磁盘上。

虚拟存储器是使进程在只有一部分在内存的情况下也能运行。

交换是把整个进程换入换出主存。

而虚拟存储器的基本思想是程序的大小可以超过物理内存的大小，操作系统把程序的一部分调入主存来运行，而把其他部分保留在磁盘上。

故交换并未实现虚拟存储器。

3、简述虚拟存储器的实现原理。

4、简述快表的作用。

5、什么是紧凑？什么时候紧凑？
6、比较存储管理中的连续分配和离散分配方式。

7、当系统中的地址空间非常大时（例如32位），会给页表的设计带来什么问题？请给出一个方案并分析其优缺点。

答：会导致页表过长从而很难找到一块连续的存储空间存放页表，此外如果页表中的行不连续也会加大访问页表的查找时间。

可以用多级页表解决这个问题，将页表分页，离散地存储在不同区域，同时建立另一张页表映射原来页表的每一页。

优点是不需要大块的连续空间，但并没有减少页表的空间，同时也增加了访存次数。

8、缺页中断和一般中断有什么区别？
9、简述分页存储管理的基本思想和页表的作用。

10、交换扩充了内存，因此，交换也实现了虚拟存储器。

这句话对吗？
11、叙述简单Clock置换算法的实现方案。

12、解释静态重定位与动态重定位。

13、什么叫紧凑，什么时候紧凑？
14、为了实现虚拟页式存储管理，页表应该包含哪些内容？
15、页和段有哪些区别？
16、覆盖技术和交换技术的特点是什么？
17、简述分页和分段的区别。

18、什么是紧凑？什么时候紧凑？
19、简述虚拟存储器的定义。

20、简述分页和分段的区别
21什么叫可重入代码？
22、局部性原理可以体现在哪两个方面，其具体含义是什么？
23、分页和分段的主要区别是什么？
二、计算题
1、现有一分页虚拟存取管理系统，其页表保存在寄存器中。

若有一个可用的空页或被替换的页未被修改，则它处理一个缺页中断需要8ms。

如果被替换的页已被修改，则处理一个缺页中断需要20ms。

内存存取时间为1μs。

假定70％被替换的页被修改过，为保证有效存取时间不超过2μs，可接受的最大缺页率是多少？
【分析】因为页表放在寄存器中，所以访问页表的时间可以忽略不计。

则存取时间就包括内存存取时间和处理缺页中断的时间。

【答案】如果用P表示缺页率，则有效访问时间不超过2μs可表示为：
(1-p)×1＋p×(0.7×20＋0.3×8＋1)≤2
因此可计算出：
p≤1/16 400≈0.000 06
2、某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，内存16KB。

假定某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分别分配的物理块号为5、10、4、7，给定虚拟地址093CH，请将其变换为物埋地址。

由题目所给条件可知，分页存储管理系统的逻辑地址结构为：
15 10 9 0
逻辑地址093CH的二进制表示如下：
000010 010*******
页号页内位移
由此可知逻辑地址093CH的页号为2，小于页表长度4，没有越界，该页存放在第4个物理块中，所以物理地址为113CH。

3、在一分页存储管理系统中，逻辑地址长度为16位，页面大小为4096字节，现有一逻辑地址为2F6AH，且第0、1、2页依次存放在物理块5、10、11中，问相应的物理地址为多少？
答：
由题目所给条件可知，分页存储管理系统的逻辑地址结构为：
逻辑地址2F6AH的二进制表示如下：
0010 111101101010
页号页内位移
由此可知逻辑地址2F6AH的页号为2，小于页表长度3，没有越界，该页存放在第11个物理块中，用十六进制表示块号为B，所以物理地址为BF6AH。

4、在一个段式存储管理系统中，其段表为：
试求下列逻辑地址对应的物理地址是什么？
⑴逻辑地址[0，430]合法，物理地址为：210+430=640。

⑵逻辑地址[1，10]合法，物理地址为：2350+10=2360。

⑶逻辑地址[2，500]非法，不存在物理地址。

⑷逻辑地址[3，400]合法，物理地址为：1350+400=1750。

5、在一个具有快表的虚拟页式内存系统中，快表的命中率为95%，指令和数据的缓存命中率为75%；访问快表和缓存的时间为10ns，更新一次快表的时间为10μs，更新一个缓存块的时间为20μs。

请计算，每条指令的有效访问时间是多少？第一次查找页表：
要访问的页表在快表中，访问时间为：10ns。

要访问的页表不在快表中，访问时间为：10ns+10μs =10.01μs。

第二次访问缓存（取指或取数）：
要访问的指令或数据在缓存中，访问时间为：10ns。

要访问的指令或数据不在缓存中，访问时间为10ns+20μs +10ns=20.02μs。

因此，有效的访问时间为：
10ns*95%+10.01μs *5%+10ns*75%+20.02*25%=5.5225μs
6、对一个将页表放在内存中的分页系统：
①如果访问内存需要0.2μs，有效访问时间为多少？
②如果增加一个快表，且假定在快表中找到页表项的几率高达90％，则有效访问时间又是多少（假定查找快表需花的时间为0）？
【分析】每次访问数据时，若不使用快表，则需要两次访问内存，即先从内存的页表中读出页对应的块号，然后再根据形成的物理地址去存取数据；使用快表时，若能从快表中直接找到对应的页表项，则可立即形成物理地址去访问相应的数据，否则，仍需两次访问内存。

【答案】
（1）有效访问时间为：2×0.2=0.4μs
（2）有效访问时间为：0.9×0.2+（1-0.9）×2×0.2=0.22μs
7、在一个采用页式虚拟存储管理的系统中，有一用户作业，它依次要访问的指令地址序列为：110,215,128,86,456,119,301,445,266,337。

若该作业的第0页已经装入内存，现分配给该作业的内存共300字，页的大小为100字，请回答下列问题：
①按FIFO调度算法将产生多少次缺页中断？缺页中断率为多少？
②按LRU调度算法将产生多少次缺页中断？缺页中断率为多少？
采用FIFO调度算法时，发生缺页4次，缺页中断率为4//10=40%。

采用LRU调度算法时，发生缺页5次，缺页中断率为5/10=20%。

9、假定分页虚拟存储系统中，某进程的页面访问踪迹为：4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5，分配给它的内存物理块数为3。

⑴按LRU页面置换算法，计算缺页率。

⑵按最佳页面置换算法，计算缺页率。

若按照请求页式计算，则
⑴缺页率83% ⑵缺页率58%
10、在分页存储管理方式中，地址空间共32位。

问：可访问的内存空间的大小是多少？如果用12位表示页内地址，则系统的一个物理块有多大？一个进程最多能分多少个页？
可访问的内存空间大小为232=4GB
物理块的大小等于页的大小，（2分），则大小为：212=4KB
最多能分的页数为：232-12=1M个
11、在某虚拟页式系统中，假定访问一次内存的平均时间是10ms，平均缺页中断处理时间为250ms。

系统发生缺页中断率为5%。

试计算，在该虚拟存储系统中，平均有效访问时间是多少？
要访问的页面在内存中，访问一次的时间：10ms+10ms=20ms。

要访问的页面不在内存中，访问一次的时间：10ms+250ms+10ms+10ms=280ms。

根据两种情况出现的概率可知，平均有效访问时间是：
20ms*（1-5%）+280ms*5%=33ms
12、设有一分页存储管理系统，向用户提供的逻辑地址空间最大为16页，每页2048字节，内存总共有8个存储块，试问逻辑地址至少应为多少位？内存空间多大？
分析：逻辑地址空间最大为16页，页号4位；每页2048字节，页内地址11位；主存块大小等于页大小，2048字节；
答：逻辑地址15位，内存主存块大小*存储块数量，16KB
13、在请求分页式存储管理方式中，假定系统为某进程分配了四个物理块，页的引用顺序为：7，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1，且采用固定分配局部算法，则若采用最佳置换算法、先进先出页面置换算法、LRU置换算法时分别产生多少次缺页中断？
最佳置换算法：
7 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1
7 1 4 3
* * * * * * * *
LRU置换算法：
7 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1
7 1 4 3
* * * * * * * *
14、一台计算机有一个Cache、内存储器和用作虚拟存储器的磁盘，假设访问Cache中的字需要20ns的定位时间；如果该字在内存储器中而不在Cache中，则需要60ns的时间载入Cache，然后在重新开始定位；如果该字不在内存储器中，则需要12ms的时间从磁盘中提取，然后需要60ns复制到Cache中，然后在
定位。

Cahce的命中率为0.9，内存储器的命中率为0.6，在该系统中访问一个被定位的字需要的平均时间是多少ns？
平均访问时间=
0.9×20+(1-0.9)×0.6×(60+20)+(1-0.9)×(1-0.6)×(12×1000+60+20)≈4.8×105ns
三、应用题
(解题参考课本中方案)
1、试设计在虚拟存储环境下实现简单的clock页面置换的可行方案。

2．某系统要求采用能够支持内存不连续分配的存管理方式，请设计相应的内存分配回收方案（包括数据结构和分配、回收内存空间的基本方法）。

3、某系统采用空闲分区表结构对内存的空闲区和内存的占用情况进行说明，试设计回收进程名为J的进程所占内存空间的方案。

4、在页面调度算法中，有种常用的算法——最近最久未使用（LRU）算法，但该算法的实现需要硬件支持，请设计一种不需要硬件支持的该算法的近似算法。

5、某系统采用可变分区存储管理方式对内存进行分配回收操作，为了减少内存碎片的产生，规定当空闲分区分配后剩余部分小于size时，把整个空闲分区分配给进程，请写出按照首次适应算法的内存分配算法。