操作系统教程与实验 胡明庆 高巍 钟梅 课后习题答案

答：
为了提高内存的利用率，Unix在系统盘上开辟了一个外存区域用以虚拟内存，称为“对换区”。
对换区在物理本质上是外存磁盘，但是在逻辑上属于内存的扩充，存放的不是普通磁盘上应该存放的文件，而是本该存放在内存的进程映像。
当空闲内存块数低于阈值时，Unix在内存中选择一部分非运行态的进程，将其映像中除了proc结构和共享的正文段以外的部分转移到交换区。
动态分页管理方法的实现建立在局部性理论的基础上。局部性理论基于以下事实：
在一段时间内，进程总是访问它所拥有的所有页面中的一个子集，并且这些页面往往在程序的虚地址空间中是相互邻接的。这就意味着程序对于内存的访问是不均匀的、高度局部化的。
局部性理论由两个部分组成：
1．时间局部性
时间局部性指最近被访问过的页，在不久的将来再次被访问的可能性极大。支持这种理论的程序结构为：
分区管理中碎片的产生其根本原因是程序要求连续的内存空间造成的，分页管理将程序空间切开分别存放到不连续的内存块中，以适应内存的不连续，然后通过页表将不连续的块与其相应的页对应起来，从而从根本上解决了碎片问题。
4．分页管理如何实现虚拟内存？其理论依据是什么？
答：
分页管理采用动态分页算法实现虚拟内存，即只将部分页面调入内存就可以运行，在运行过程中需要哪一页时再将该页调入，从而利用有限的内存空间运行无限的程序空间，达到虚拟的效果。
循环、过程调用、栈、以及用于记数和总计的变量等等。
2．空间局部性
空间局部性指进程倾向于访问一组邻接的页面，当某个页被访问，则与其相邻的页也可能被访问。支持这种理论的程序结构是：
数组遍历、代码程序的执行、程序员习惯于将相关的变量定义集中存放等等。
5．什么是“页表”？其作用是什么？如果操作系统内存管理中规定：
答：
Unix内存管理中存在两种页面错中断：
有效性错和保护错。因缺页产生的错称为有效性错，否则称为保护错。
当进程需要访问的页面不在内存时将会产生有效性错中断。有效性错不是指程序执行中真的出错，而是页不在内存，所以它将引发缺页中断。
保护错包含两种情况：
一种是进程试图访问一个许可位被标志为禁止使用的有效页面，从而引起出错，这属于真的错，称之为“段违例”；
习题
1．什么是地址映射？地址映射由计算机系统中的哪一部分实现？
地址映射也称为地址重定位、地址转换，是指将用户程序中的逻辑地址转换为内存中的物理地址的过程。
地址映射由计算机系统中的硬件CPU所提供的寄存器来实现。
2．设某时刻系统中有三个空闲区，其大小和首址分别为：
(35KB，100KB)、(12KB，156KB)、(28KB，200KB)，设作业序列及其内存请求分别为：
JOB3，15KB分配后的空闲队列：
(13KB，200KB)、(12KB，156KB)
JOB4，13KB分配后的空闲队列：
(12KB，156KB)
分配结果：
全部分配。⑵．答：
根据分配结果，针对该作业序列而言，首次适应算法和最坏适应算法比较好，4个作业都能分配；而最佳适应算法作业4不能分配。
3．什么是“碎片”？分区管理中如何解决“碎片”问题？分页管理中如何解决“碎片”问
0#进程中负责实现处理机分配的进程是swtch，而负责实现交换的进程正是sched。交换2
6162
635
进程sched的任务是实现对交换区的管理，并将进程的映像从内存换出到交换区或者将进程映像从交换区换入内存。当没有可以换入或换出的任务时，交换进程则睡眠，直到需要换入或换出进程映像时才被唤醒。
10．Unix的页面错包括哪情况？操作系统如何处理它们？
6．设进程的页面访问序列为：
1、2、
3、1、
6、5、
1、6、
4、1，画出当驻留集M大小为3时，分别使用FIFO和LRU置换算法的置换过程并计算缺页率。解：
FIFO算法
设M＝3
411
f’＝f／a＝7／10＝70%
LRU算法
设M＝3
411f’＝f／a＝6／10＝60%
7．操作系统采用分段管理的目的是什么？分段管理中内存共享与保护是如何实现的？
答：
操作系统采用分段管理的主要目的是解决段的共享和保护。在分段管理中，由于段在逻辑上和物理上都是连续的，因此操作系统只需要针对各段的共享权限在其段表中加以设置就可以很方便地实现共享和保护了。
8．什么是Unix的对换区？其物理介质是什么？其作用是什么？其中存放的信息是什么？这些信息何时换入、何时换出？
(JOB1，20KB)、(JOB2，15KB)、(JOB3，15KB)、（JOB4，13KB），设操作系统分配空闲区时，从空闲区的高地址开始分配。
⑴．分别使用首次适应、最佳适应和最坏适应3种算法对该作业序列进行分配。分别画出空闲区队列的初始状态和每次分配后的状态。
⑵．根据分配的情况进行算法比较。
⑴．解：
正在进行I/O交换的页不能被淘汰，操作系统应该如何描述页是否正在进行I/O的状态？
答：
页表是操作系统实现分页管理的数据结构，每个进程一张。其作用是建立进程的逻辑页与其所分配的内存物理块的对应关系，并且记录与页有关的状态和管理信息。
如果管理中操作系统需要根据某页是否正在进行I/O交换来决定是否能够淘汰该页，则可以在页表中增加一个表项，比如“交换位”，该位为1时表示正在进行I/O交换，不能被淘汰；该位为0时表示没有I/O交换，则可以被淘汰。
题？
答：
动态分区管理中，每个进程所释放的内存空间作为一个空闲区加以再分配，而再分配时只能小于于当前空闲区的进程，所以每个空闲区再分配时会变为两个区：
一个区分给当前请求内存空间的进程，剩下的空间依然作为空闲区等待分配。这样，分配后剩余的空闲区将会越分越小，从而导致内存中存在大量的分散的小空闲区，这种小得不能再利用的空闲区称之为“碎片”。
(8KB，200KB)、(12KB，156KB)、(35KB，100KB)JOB2，15KB分配后的空闲队列：
(8KB，200KB)、(12KB，156KB)、(20KB，100KB)JOB3，15KB分配后的空闲队列：
(5KB，100KB)、(8KB，200KB)、(12KB，156KB)、JOB4，13KB不能分配。
另一种是进程试图写一个页面，而该页面在系统调用fork时被置为“写时拷贝”，从而引发一个保护性错，而这个错属于正常范围。
11．Unix的页面淘汰采用的是什么算法？如何实现？
答：
Unix采用偷页算法淘汰页面，实现偷页的系统进程是偷页进程。
偷页进程的工作方式是：
当系统中可用的空闲页面少于下限阈值时，唤醒偷页进程，该进程首先检查每个活动的、没有被封锁的区，增加所有有效页（在内存）的年龄值。当某页的年龄大于阈值时，就将其换出。在页面的动态访问过程中，系统每访问一页，将该页的年龄置0，重新开始年龄记数。这样，页年龄值越大表示越久未使用过，最终被换出的页即为当前最久未用的页。
当内存中的就绪队列为空时，Unix将交换区中处于就绪状态的进程换入到内存。
9．Unix的0#进程的由哪几个部分组成？各部分的主要任务是什么？
答：0#进程是Unix系统初启时第一个创建的进程，也是永远处于核心态的唯一进程。其任务是：
⑴．在初启时创建1#进程；
⑵．启动成功后，实现处理机的分配以及进程映像在内外存之间的交换。
首次适应算法：
分配前的空闲队列：
(35KB，100KB)、(12KB，156KB)、(28KB，200KB)
JOB1，20KB分配后的空闲队列：
(15KB，100KB)、(12KB，156KB)、(28KB，200KB)JOB2，15KB分配后的空闲队列：
(12KB，156KB)、(28KB，200KB)
12．什么是“抖动”？Unix采用什么措施来避免抖动的发生？
答：
导致系统效率急剧下降的主存和辅存之间的频繁的页面置换现象称为抖动，也称为颠簸。产生抖动的原因是因为系统的淘汰算法不合理，导致刚被淘汰的页面马上又要访问的一种频繁的页面置换状态。
Unix采用偷页技术淘汰页面，并使用两个阈值控制系统中空闲页面的数量，使空闲页面数保持在两个阈值之间，以避免抖动。
JOB3，15KB分配后的空闲队列：
(12KB，156KB)、(13KB，200KB)
JOB4，13KB分配后的空闲队列：
(12KB，156KB)
分配结果：
全部分配。
最佳适应算法：
分配前的空闲队列：
(12KB，156KB)、(28KB，200KB)、(35KB，100KB)JOB1，20KB分配后的空闲队列：
分配结果：
JOB4不能分配。
最坏适应算法：
分配前的空闲队列：
(35KB，100KB)、(28KB，200KB)、(12KB，156KB)JOB1，20KB分配后的空闲队列：
(15KB，100KB)、(28KB，200KB)、(12KB，156KB)JOB2，15KB分配后的空闲队列：
(28KB，200KB)、(12KB，156Kห้องสมุดไป่ตู้)