存储管理习题

• 一台机器有48位虚地址和32位物理地址， 页面是8K，问在页表中需要多少个页表项？ 一个倒置的页表需要多少页表项呢？
• 什么是虚拟存储器，它有哪些特征。 • 答：是用户能作为可编址内存对待的存储空间， 在这种计算机系统中虚地址被映象为实地址。简 单地说，虚拟存储器是由操作系统提供的一个假 想的特大存储器。 • 具有以下基本特征：
逻辑地址空间大小为216页，则表示整个逻辑 地址空间的页目录表中包含表项的个数至 少是（ ）。 A. 64 B. 128 C. 256 D. 512
•
• • • •
现有一分页虚拟存储管理系统，页表保存在快表中，可 忽略页表的访问时间。若有一个可用的空页或被置换的 页未被修改，则它处理一个缺页中断需要8ms；若被置 换的页已被修改，则处理一缺页中断因增加写回外存时 间而需要20ms，内存的存取时间为1μs。假定70%被置 换的页被修改过，为保证有效存取时间不超过2μs，可 接受的最大缺页中断率是多少？（1ms = 1000μs） 答：设最大缺页中断率为ρ，则有： （1-ρ）×1μs+0.3ρ×8ms+0.7ρ×20ms=2μs 即：-ρ+2400ρ+14000ρ=1 解得：ρ≈0.00006
2013OS复习
• 处理机管理具有哪些功能?它们的主 要任务是什么? • 内存管理有哪些主要功能?它们的主 要任务是什么? • 设备管理有哪些主要功能?其主要任 务是什么? • 文件管理有哪些主要功能?其主要任 务是什么?
• 从资源管理的角度出发，简述操作系统的功能。 • 操作系统的主要功能包括处理机管理、存储管理、设备管理、 文件管理和用户接口。
• 试比较进程与程序的异同。 • 答：进程和程序是紧密相关而又完全不同的概念。
1. 每个进程实体中包含了程序段、数据段这两个部分，因此说进程和程 序是紧密相关的。但从结构上看，进程实体中除了程序段和数据段外， 还必须包含一个数据结构，即进程控制块PCB。 2. 进程是程序的一次执行过程，因此是动态的；动态性还表现在进程由 创建产生、由调度而执行、由撤销而消亡，即它具有一定的生命周期。 而程序则只是一组指令的有序集合，并可永久地存放在某种介质上， 其本身不具有动态的含义，因此是静态的。 3. 多个进程实体可同时存放在内存中并发执行，其实这正是引入进程的 目的。而程序的并发执行具有不可再现性，因此程序不能正确地并发 执行。 4. 进程是一个能够独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。 而因程序不具有PCB，所以它是不可能在多道程序环境下独立运行 的。 5. 进程和程序不一一对应。同一个程序的多次运行，将形成多个不同的 进程；同一个程序的一次执行也可以产生多个进程；而一个进程也可 以执行多个程序。
• 某系统使用请求分页存储管理，如果页在内存中，满足一 个内存请求需要200ns。如果页不在内存，如有空闲的页 框或者没有修改的换出的页，则请求需要7ms。如果替换 出的页已经被修改，则需要15ms，如果缺页率是5％，并 且60％的时间用于修改要换出的页，问有效访问时间是多 长？假设系统只运行一个进程且页交换时CPU空闲 。 • 解：200ns内得到满足的访问占用全部访问的95％。5％的 访问造成缺页，其中40%的需要7ms。因此，5％×40％＝2 ％的访问需要7ms。 类似地，5％×60％＝3％的访问需要 15ms。把所有的时间转换为us， • 结果如下： • 有效访问时间＝0.95×0.2 ＋ 0.02×7000＋0.03×15000 • 有效访问时间＝590.19us ms是毫秒=0.001秒 us是微秒=0.000001秒 ns是纳秒=0.000000001秒
• 在某简单分页系统中，有224字节的物理内 存，256页的逻辑地址空间并且页的大小为 210字节，问逻辑地址为多少位？
– 答：18位
• 在某段页式系统中，虚地址空间包含了8个 段，段长为229字节。硬件把每个段分成大 小为256字节的页。问虚地址中有多少位可 以用于指定： （a）段号？（b）页号？ （c）页内偏移量 （d）整个虚地址
– 答：（a）3 （b）229/28＝221，因此为21位页 号（c）8 （d）3＋21＋8 ＝ 32
•
在简单页式管理系统中，主存为128KB，分成 32块，块号为0~31；某作业有5页，其页号为 0~4，被分别装入主存的3、12、5、6、9块中。 有一逻辑地址为[3，476] （其中方括号中的第 一个元素为页号，第二个元素为页内地址，按 十进制计算）。试求出相应的物理地址，并画 图说明地址变换过程。
– 用户接口
• 操作系统必须为用户或程序员提供相应的接口，使其通过这些接口达到方便使用 计算机的目的。操作系统为用户提供了命令接口和程序接口。
• 什么是进程控制块？试从进程管理、存储管理、设备管理 和文件管理的角度分析进程控制块应包含什么内容。 • 答：进程控制块（PCB）是为了使在多道程序环境下不能 独立运行的程序成为能独立运行的进程，而为每个程序所 配置的一个数据结构，其中存放了用于描述该进程情况和 控制进程运行所需的全部信息。系统根据PCB而感知相应 进程的存在，即PCB是进程存在的唯一标志。 • PCB中应该包含以下信息：
• 分页和分段的主要区别是什么？
– 页是信息的物理单位，页的内容通常无完整意 义；而段是信息的逻辑单位，段的内容具有完 整的逻辑意义。分页是静态分区技术，而分段 是动态分区技术。 – 页的大小固定且由操作系统决定；而段的长度 不固定，决定于用户所写的程序；常由编译器 根据信息的性质来划分。分页为省内存，分段 为满足编程需要。 – 分页的作业地址空间是一维线性的；而分段的 作业地址空间是二维的。
•
在“按需调页”环境下，请分析顺序查找和二分 查找对缺页中断率的影响。
– “按需调页”环境里，页内地址是连续的，而页间地 址不连续。当页面不在内存时，会引起缺页中断，相 对消耗很多的时间。顺序查找一般在当前页进行，此 前已驻留内存。只有当跨页面搜索时，才会引起缺页 中断；二分查找是跳跃式的，可能会频繁缺页。
– 设备管理
• 计算机系统硬件除了CPU和主存，其余几乎都属于外部设备。外部设备种类 繁多，物理特性相差甚大，设备管理往往很复杂。设备管理主要包括缓冲管 理、设备分配、设备处理、设备独立性和虚拟设备。
– 文件管理
• 软件资源的管理称为文件管理，文件管理主要包括目录管理、文件读/写管理、 文件存区控制管理。
• 请求分页管理系统中，假设某进程的页表内容如问时间是100ns，一次块表（TLB）的访 问时间是10ns，处理一次缺页的平均时间为108ns（已含更新TLB和页 表的时间），进程的驻留集大小固定为2，采用最近最少使用置换算法 (LRU)和局部淘汰策略。假设①TLB初始为空；②地址转换时先访问 TLB，若TLB未命中再访问页表（忽略访问页表之后的TLB更新时间）； ③有效位为0表示页面不在内存，产生缺页中断，缺页中断处理后，返 回产生缺页中断的指令处重新执行。设又虚地址访问序列2362H、 1565H、25A5H，请问：
– 从进程管理的角度考虑，PCB中应该包含进程标识符、进程状态、 CPU状态信息（包括程序计数器、程序状态字、栈指针、通用寄存 器等）、进程调度信息（如进程的优先数等）、链接指针（用于 将PCB链入各种队列）等项信息。 – 从存储管理的角度考虑，应保存该进程的程序、数据、堆栈在内 存和外存的地址和各部分的长度等信息。 – 从设备管理角度考虑，应有该进程所需资源和已分配到的资源清 单。 – 从文件管理的角度考虑，PCB中应包含用户文件描述符表，用来登 记用户打开的各个文件，并可以通过它找到在内存的相应文件的 FCB（如UNIX中的内存索引结点）。
– 处理机管理（即进程管理）
• 在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为基本单位的，对处理 机的管理可归纳为对进程的管理，它包括进程控制、进程调度、进程同步和 进程通信。
– 存储管理
• 存储管理的功能是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器， 并提高存储器的利用率，它主要包括地址重定位、存储分配、存储保护和存 储扩充。
• 怎样看待操作系统的开销？ • 答：OS为了管理硬件等资源，必需付出必 要的“管理成本”—开销，比如进程调度。 有时用纯软件方案“成本”太高，不得不 加硬件，比如分页内存、虚拟内存、一些 CACHE技术等等。当软件和硬件“成本” 都太高时，不得不放弃一些好的方法，比 如银行家算法。操作系统内核程序本身也 是进程，本身就是开销。
– 虚拟扩充：不是物理上，而是逻辑上扩充了内存容量； – 部分装入：每个作业不是全部一次性而是一部分的装 入内存； – 离散分配：不必占用连续的内存空间，而是“见缝插 针”； – 多次对换：所需的全部程序和数据要分成多次调入内 存。
某计算机采用二级页表的分页存储管理方式， 按字节编制，页大小为210字节，页表项大 小为2字节，逻辑地址结构为：
– 块大小为128KB/32=4KB，因为块与页面大小相等， 所以每页为4KB。第3页被装入到主存第5块中，故 逻辑地址[3，476]对应的物理地址为 4KB×6+476=24576+70=25052。其地址变换过程 如下图。
• 某虚拟存储器的共有32个逻辑页面，每页1KB，主存 16KB. 假定某时刻为进程的第0，1，2，3逻辑页分配的 物理块号分别为5，10，4，7，试将虚拟地址0A5C和 093C变换为物理地址。 分页系统的 逻辑地址=页号+页内偏移量 本题存储器的共有32个逻辑页面，意味着需要5位2进制数。 每页1KB大小，意味着需要10位2进制数。 这样，该系统的 逻辑地址=5位页号+10位页内偏移量 a. 将0A5C变换为2进制为: 0000,1010,0101,1100, 后10位是 为内偏移量，故页号是10（十进制2），按题意，第2页 对应的物理块号为4，物理地址为二进制的000100， 1001011100。十六进制的125C; b. 同理，将093C变换为2进制为: 0000,1001,0011,1100， 页号也为2，对应的物理块号也为4，此时虚拟地址093C 的物理地址为113C.