《操作系統(tǒng)》第4章教材習(xí)題解答#優(yōu)選.

1、word. PAGE 5 / 5word.第 4 章 存儲(chǔ)管理“練習(xí)與思考”解答基本概念和術(shù)語(yǔ)邏輯地址、物理地址、邏輯地址空間、內(nèi)存空間、重定位、靜態(tài)重定位、動(dòng)態(tài)重定位、碎片、碎片緊縮、虛擬存儲(chǔ)器、快表、頁(yè)面抖動(dòng)用戶程序經(jīng)編譯之后的每個(gè)目標(biāo)模塊都以0為基地址順序編址，這種地址稱為相對(duì)地址或邏輯地址。內(nèi)存中各物理存儲(chǔ)單元的地址是從統(tǒng)一的基地址開(kāi)始順序編址的，這種地址稱為絕對(duì)地址或物理地址。由程序中邏輯地址組成的地址范圍叫做邏輯地址空間，或簡(jiǎn)稱為地址空間。由內(nèi)存中一系列存儲(chǔ)單元所限定的地址范圍稱作內(nèi)存空間，也稱物理空間或絕對(duì)空間。程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存時(shí)，需對(duì)目標(biāo)程序中的地址進(jìn)行修改。這種把邏輯地址轉(zhuǎn)

2、變?yōu)閮?nèi)存物理地址的過(guò)程稱作重定位。靜態(tài)重定位是在目標(biāo)程序裝入內(nèi)存時(shí)，由裝入程序?qū)δ繕?biāo)程序中的指令和數(shù)據(jù)的地址進(jìn)行修改，即把程序的邏輯地址都改成實(shí)際的內(nèi)存地址。動(dòng)態(tài)重定位是在程序執(zhí)行期間，每次訪問(wèn)內(nèi)存之前進(jìn)行重定位。這種變換是靠硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)存中這種容量太小、無(wú)法被利用的小分區(qū)稱作“碎片”或“零頭”。為解決碎片問(wèn)題，移動(dòng)某些已分配區(qū)的內(nèi)容，使所有進(jìn)程的分區(qū)緊挨在一起，而把空閑區(qū)留在另一端。這種技術(shù)稱為緊縮（或叫拼湊）。虛擬存儲(chǔ)器是用戶能作為可編址內(nèi)存對(duì)待的虛擬存儲(chǔ)空間，它使用戶邏輯存儲(chǔ)器與物理存儲(chǔ)器分離，是操作系統(tǒng)給用戶提供的一個(gè)比真實(shí)內(nèi)存空間大得多的地址空間。為了解決在內(nèi)存中放置頁(yè)

3、表帶來(lái)存取速度下降的矛盾，可以使用專用的、高速小容量的聯(lián)想存儲(chǔ)器，也稱作快表。若采用的置換算法不合適，可能出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：剛被換出的頁(yè)，很快又被訪問(wèn)，為把它調(diào)入而換出另一頁(yè)，之后又訪問(wèn)剛被換出的頁(yè)，如此頻繁地更換頁(yè)面，以致系統(tǒng)的大部分時(shí)間 花費(fèi)在頁(yè)面的調(diào)度和傳輸上。此時(shí)，系統(tǒng)好像很忙，但實(shí)際效率卻很低。這種現(xiàn)象稱為“抖動(dòng)”。基本原理和技術(shù)存儲(chǔ)器一般分為哪些層次？各有何特性？存儲(chǔ)器一般分為寄存器、高速緩存、內(nèi)存、磁盤(pán)和磁帶。CPU 內(nèi)部寄存器，其速度與CPU 一樣快，但它的成本高，容量小。高速緩存（Cache），它們大多由硬件控制。Cache 的速度很快，它們放在CPU 內(nèi)部或非常靠近 CPU

4、的地方。但Cache 的成本很高，容量較小。內(nèi)存（或稱主存），它是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的主力，也稱作 RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）。CPU 可以直接存取內(nèi)存及寄存器和 Cache 中的信息。然而，內(nèi)存中存放的信息是易變的，當(dāng)機(jī)器電源被關(guān)閉后，內(nèi)存中的信息就全部丟失了。磁盤(pán)（即硬盤(pán)），稱作輔助存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱輔存或外存），它是對(duì)內(nèi)存的擴(kuò)展，但是CPU 不能直接存取磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)。磁盤(pán)上可以永久保留數(shù)據(jù)，而且容量特別大。磁盤(pán)上數(shù)據(jù)的存取速度低于內(nèi)存存取速度。磁帶保存的數(shù)據(jù)更持久，容量更大，但它的存取速度很慢，而且不適宜進(jìn)行隨機(jī)存取。所以， 磁帶設(shè)備一般不能用做輔存。它的主要用途是作為文件系統(tǒng)的后備，存放不常用的信息或

5、用做系 統(tǒng)間傳送信息的介質(zhì)。裝入程序的功能是什么？常用的裝入方式有哪幾種？裝入程序的功能是根據(jù)內(nèi)存的使用情況和分配策略，將裝入模塊放入分配到的內(nèi)存區(qū)中。 程序裝入內(nèi)存的方式有三種，分別是絕對(duì)裝入方式、可重定位裝入方式和動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入方式。對(duì)程序進(jìn)行重定位的方式分為哪兩種？簡(jiǎn)述各自的實(shí)現(xiàn)方式。對(duì)程序進(jìn)行重定位的方式分為靜態(tài)重定位和動(dòng)態(tài)重定位。靜態(tài)重定位是在目標(biāo)程序裝入內(nèi)存時(shí)，由裝入程序?qū)δ繕?biāo)程序中的指令和數(shù)據(jù)的地址進(jìn)行修改，即把程序的邏輯地址都改成實(shí)際的內(nèi)存地址。對(duì)每個(gè)程序來(lái)說(shuō)，這種地址變換只是在裝入時(shí)一次完成，在程序運(yùn)行期間不再進(jìn)行重定位。動(dòng)態(tài)重定位是在程序執(zhí)行期間，每次訪問(wèn)內(nèi)存之前進(jìn)行重定位

6、。這種變換是靠硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。通常，采用一個(gè)重定位寄存器，其中放有當(dāng)前正在執(zhí)行的程序在內(nèi)存空間中的起始地址，而地址空間中的代碼在裝入過(guò)程中不發(fā)生變化。對(duì)換技術(shù)如何解決內(nèi)存不足的問(wèn)題？在多道程序環(huán)境中可以采用對(duì)換技術(shù)。此時(shí)，內(nèi)存中保留多個(gè)進(jìn)程。當(dāng)內(nèi)存空間不足以容納 要求進(jìn)入內(nèi)存的進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)就把內(nèi)存中暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程（包括程序和數(shù)據(jù)）換出到外存上， 騰出內(nèi)存空間，把具備運(yùn)行條件的進(jìn)程從外存換到內(nèi)存中。解釋固定分區(qū)法和動(dòng)態(tài)分區(qū)法的基本原理。固定分區(qū)法內(nèi)存中分區(qū)的個(gè)數(shù)固定不變，各個(gè)分區(qū)的大小也固定不變，但不同分區(qū)的大小可以不同。每個(gè)分區(qū)只可裝入一道作業(yè)。動(dòng)態(tài)分區(qū)法各個(gè)分區(qū)是在相應(yīng)作業(yè)要進(jìn)入

7、內(nèi)存時(shí)才建立的，使其大小恰好適應(yīng)作業(yè)的大小。動(dòng)態(tài)重定位分區(qū)管理方式中如何實(shí)現(xiàn)虛-實(shí)地址映射？進(jìn)程裝入內(nèi)存時(shí)，是將該其程序和數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地裝入到內(nèi)存中。當(dāng)調(diào)度該進(jìn)程在 CPU 上執(zhí)行時(shí)，操作系統(tǒng)就自動(dòng)將該進(jìn)程在內(nèi)存的起始地址裝入基址寄存器，將進(jìn)程的大小裝入限長(zhǎng)寄存器。當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)，如果地址合法，則將相對(duì)地址與基址寄存器中的地址相加，所得結(jié)果就是真正訪問(wèn)內(nèi)存的地址；如果地址越界，則發(fā)出相應(yīng)中斷，進(jìn)行處理。分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法是什么？分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法是：邏輯空間分頁(yè)，內(nèi)存空間分塊，塊與頁(yè)的大小相等。頁(yè)連續(xù)而塊離散，用頁(yè)號(hào)查頁(yè)表，由硬件作轉(zhuǎn)換。在分頁(yè)系統(tǒng)中頁(yè)面大小由誰(shuí)決定？頁(yè)表的作用是什么？如

8、何將邏輯地址轉(zhuǎn) 換成物理地址？在分頁(yè)系統(tǒng)中頁(yè)面大小由硬件決定。頁(yè)表的作用是實(shí)現(xiàn)從頁(yè)號(hào)到物理塊號(hào)的地址映射。邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址的過(guò)程是：用頁(yè)號(hào)p去檢索頁(yè)表，從頁(yè)表中得到該頁(yè)的物理塊號(hào)f， 把它裝入物理地址寄存器中。同時(shí)，將頁(yè)內(nèi)地址d直接送入物理地址寄存器的塊內(nèi)地址字段中。這 樣，物理地址寄存器中的內(nèi)容就是由二者拼接成的實(shí)際訪問(wèn)內(nèi)存的地址，從而完成了從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。虛擬存儲(chǔ)器有哪些基本特征？虛擬存儲(chǔ)器的基本特征是：虛擬擴(kuò)充不是物理上，而是邏輯上擴(kuò)充了內(nèi)存容量；部分裝入每個(gè)進(jìn)程不是全部一次性地裝入內(nèi)存，而是只裝入一部分； 離散分配不必占用連續(xù)的內(nèi)存空間，而是“見(jiàn)縫插針”；多次對(duì)換所需

9、的全部程序和數(shù)據(jù)要分成多次調(diào)入內(nèi)存。頁(yè)面抖動(dòng)與什么有關(guān)？好的頁(yè)面置換算法能夠適當(dāng)降低頁(yè)面更換頻率，減少缺頁(yè)率，盡量避免系統(tǒng)“抖動(dòng)”。此外， 一般來(lái)說(shuō)，隨著可用內(nèi)存塊數(shù)的增加，缺頁(yè)數(shù)也將減少。思考題（1）為了提高內(nèi)存的利用率，在可重定位分區(qū)分配方式中可通過(guò)什么技術(shù)來(lái)減少內(nèi)存碎片？ 在可重定位分區(qū)分配方式中采用緊縮技術(shù)來(lái)減少內(nèi)存碎片。（11） 請(qǐng)求分頁(yè)技術(shù)與簡(jiǎn)單分頁(yè)技術(shù)之間的根本區(qū)別是什么？請(qǐng)求分頁(yè)技術(shù)與簡(jiǎn)單分頁(yè)技術(shù)之間的根本區(qū)別是：請(qǐng)求分頁(yè)提供虛擬存儲(chǔ)器，而簡(jiǎn)單分頁(yè)系統(tǒng)并未提供虛擬存儲(chǔ)器。頁(yè)號(hào)0123物理塊號(hào)51047（2）某虛擬存儲(chǔ)器的用戶編程空間共32個(gè)頁(yè)面，每頁(yè)為1KB，內(nèi)存為16KB。假

10、定某時(shí)刻一用戶頁(yè)表中已調(diào)入內(nèi)存的頁(yè)面的頁(yè)號(hào)和物理塊號(hào)的對(duì)照表如下：計(jì)算邏輯地址0A5C(H)所對(duì)應(yīng)的物理地址。解：頁(yè)式存儲(chǔ)管理的邏輯地址分為兩部分：頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址。由已知條件“用戶編程空間共 32 個(gè)頁(yè)面”，可知頁(yè)號(hào)部分占5 位；由“每頁(yè)為1KB”，1K=210，可知內(nèi)頁(yè)地址占10 位。由“內(nèi)存為 16KB”，可知有 16 塊，塊號(hào)為 4 位。邏輯地址 0A5C（H）所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制表示形式是：000 1010 0101 1100 ，根據(jù)上面的分析， 下劃線部分為頁(yè)內(nèi)地址，編碼“000 10”為頁(yè)號(hào)，表示該邏輯地址對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)為2。查頁(yè)表，得到物理塊號(hào)是 4（十進(jìn)制），即物理塊地址為：01 00

11、，拼接塊內(nèi)地址 10 0101 1100，得 01 0010 0101 1100，即 125C（H）?？紤]下述頁(yè)面走向：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6當(dāng)內(nèi)存塊數(shù)量分別為3，5時(shí)，試問(wèn)LRU、FIFO、OPT這三種置換算法的缺頁(yè)次數(shù)各是多少？（注意，所有內(nèi)存塊最初都是空的，所以，凡第一次用到的頁(yè)面都產(chǎn)生一次缺頁(yè)。）內(nèi)存塊數(shù)淘 汰 算法35LRU 158FIFO 1610OPT 117考慮下面存儲(chǔ)訪問(wèn)序列，該程序大小為460字：10，11，104，170，73，309，185，245，246，434，458，364設(shè)頁(yè)面大小是 100 字，請(qǐng)給出該訪問(wèn)序列的頁(yè)面走向。又設(shè)該程序基本可用內(nèi)存是200 字， 采用 FIFO 置換算法，求出其缺頁(yè)率。如果采用LRU 置換算法，缺頁(yè)率是多少？如果采用最優(yōu)淘汰算法，其缺頁(yè)率又是多少？（注：缺頁(yè)率缺頁(yè)次數(shù)/訪問(wèn)頁(yè)面總數(shù)）解：根據(jù)已知條件頁(yè)面大小是 100 字，將頁(yè)面訪問(wèn)序列簡(jiǎn)化為：0，0，1，1，0，3，1，2，2，4，4，3又因?yàn)樵摮绦蚧究捎脙?nèi)存是 200 字，可知內(nèi)存塊數(shù)為 2。采用先進(jìn)先出置換算法（FIFO），總共有 6 次缺頁(yè)，缺頁(yè)率為 6/12=50%，具體算法如下：頁(yè)面走向001103122443塊 1003344塊 211223缺頁(yè)缺缺缺缺缺缺采用最近最少使用置換算法