《现代操作系统第四版》第三章答案

第三章内存管理习题

1.IBM360 有一个设计，为了对2KB 大小的块进行加锁，会对每个块分配一个

4bit 的密钥，这个密钥存在PSW(程序状态字)中，每次内存引用时，CPU 都会进行密钥比较。但该设计有诸多缺陷，除了描述中所言，请另外提出至少两条缺点。

A：密钥只有四位，故内存只能同时容纳最多十六个进程；需要用特殊硬件进行比较，同时保证操作迅速。

2. 在图3-3 中基址和界限寄存器含有相同的值16384 ，这是巧合，还是它们总是相等？如果这只是巧合，为什么在这个例子里它们是相等的？A：巧合。基地址寄存器的值是进程在内存上加载的地址；界限寄存器指示存储区的长度。

3. 交换系统通过紧缩来消除空闲区。假设有很多空闲区和数据段随机分布，并且读或写32 位长的字需要10ns 的时间，紧缩128MB 大概需要多长时间？为了简单起见，假设空闲区中含有字0，内存中最高地址处含有有效数据。

A：32bit=4Byte===> 每字节10/4=2.5ns 128MB=1282^20=2^27Byte 对每个

字节既要读又要写，22.5*2^27=671ms

4. 在一个交换系统中，按内存地址排列的空闲区大小是10MB ，4MB，20MB ，18MB，7MB，9MB，12MB，和15MB 。对于连续的段请求：

(a) 12MB

(b) 10MB

(c) 9MB 使用首次适配算法，将找出哪个空闲区？使用最佳适配、最差适配、

下次适配算法呢？

A：首次适配算法：20MB ，10MB ，18MB ；最佳适配算法：12MB ，10MB ，9MB；最差适配算法：20MB ；18MB ；15MB ；下次适配算法：20MB ；

18MB ；9MB；

5. 物理地址和虚拟地址有什么区别？

A：实际内存使用物理地址。这些是存储器芯片在总线上反应的数字。虚拟地址是指一个进程的地址空间的逻辑地址。因此，具有32 位字的机器可以生成高达4GB 的虚拟地址，而不管机器的内存是否多于或少于4GB。

6. 对下面的每个十进制虚拟地址，分別使用4KB 页面和8KB 页面计算虚拟页号

和偏移量：20000 ，32768 ，60000 。

A：转换为二进制分别为：0100111000100000 虚拟地址应该是16 位1000000000000000 1110101001100000 4KB 页面偏移量范围0～4027 ，需要12 位来存储偏移量，剩下 4 位作为页号；同理8KB 页面需要13 位来存储偏移

量，剩下 3 位作为页号；所以，4KB | 8KB 页号| 偏移量| 页号| 偏移量20000 | 0100 111000100000 | 010 0111000100000 32768 | 1000 000000000000 | 100 0000000000000 60000 | 1110 101001100000 | 111 0101001100000

7. 使用图3-9 的页表，给出下面每个虚拟地址对应的物理地址：

(a) 20

(b) 4100

(c) 8300

A： (a)20+40962=8212 (b) 4100=4096+ (4100-4096 ) =4100 (c)

8300=64096+ (8300-4096*2 )=24684

8. Inlel 8086 处理器不支持虚拟内存，然而一些公司曾经设计过包含未作任何改动的8086 CPU 的分页系统。猜想一下，他们是如何做到这一点的。 (提示：考虑MMU 的逻辑位置。)

A：他们制作了MMU ，并连接在CPU与地址总线之间，这样从处理器进入MMU 的地址全部被视为虚拟地址，并被转换为物理地址，然后被送到地址总线，映射到内存中。

9. 为了让分页虚拟内存工作，需要怎样的硬件支持？

A：需要一个MMU 能够将虚拟页面重新映射到物理页面。此外，当缺页中断时，需要对操作系统设置陷阱，以便可以获取页面。

10. 写时复制是使用在服务器系统上的好方法，它能否在手机上起作用。

A：“写时复制“技术，也就是只有进程空间的各段的内容要发生变化时，才会将父进程的内容复制一份给子进程。如果智能手机支持多重编程，iPhone 、Android 和Windows 手机都支持多重编程，那么支持多个进程。如果进程发出fork() 系统调用和页面在父进程和子进程之间共享，则复制对写是有意义的。智

能手机比服务器小，但从逻辑上讲，它并没有什么不同

11. 考虑下面的C 程序：

int X[N];

int step = M; //M 是某个预定义的常量

for (int i = 0; i < N; i += step) X[i] = X[i] + 1;

a)如果这个程序运行在一个页面大小为4KB 且有64 个TLB 表项的机器上时，M 和N 取什么值会使得内层循环的每次执行都会引起TLB 失效?

b)如果循环重复很多遍，结果会和a)的答案相同吗？请解释。

A: a)M 必须至少为1024 ，以确保对X元素的每一次访问都有一个TLB 缺失。因为N 只影响X 访问多少次，N 取大于M 的任何值都可以。b)M 应该至少是1024 ，以确保对X元素的每次访问都遗漏TLB。但是现在N 应该大于64K，以便处理TLB，也就是说，X 应该超过256KB。

12. 存储页面必须可用的磁盘空间和下列因素有关：最大进程数n ，虚拟地址空间的字节数v，RAM 的字节数r，给出最坏情况下磁盘空间需求的表达式。这个数量的真实性如何？

A：所有进程的整个虚拟地址空间为nv ，这就是页面存储所需的。不过，可以在RAM 中存储量为r，因此需要的磁盘存储量仅为nv-r 。该量比实际所需的要大得多，因为极少有n 个进程实际运行，而且这些进程也极少需要其最大允许的虚

拟内存