操作系统原理与实践教程(第四版)练习题及答案第6章习题答案.docx

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1、操作系统原理与实践教程(第四版)练习题及答案第6章习题答案第6章 虚拟存储器1 常规存储器管理方式具有哪两大特征?它对系统性能有何影响?答：特点：一次性和驻留性。影响：一次性及驻留性特征使得许多在程序中不用或暂时不用的程序（数据）占据了大量的内存空间，而一些需要运行的作业又无法装入运行，显然，这是在浪费宝贵的内存资源。2 什么是程序运行时的时间局限性和空间局限性？答：时间局限性：如果程序中的某条指令被执行，则不久之后该指令可能再次执行；如果某数据被访问过，则不久以后该数据可能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是在程序中存在着大量的循环操作。空间局限性：一旦程序访问了某个存储单元,在不久之后,

2、其附近的存储单元也将被访问,即程序在一段时间内所访问的地址可能集中在一定的范围之内，其典型情况便是程序的顺序执行。3 虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？多次性、对换性、虚拟性。最基本特征是虚拟性。4 实现虚拟存储器需要哪些硬件支持?答：分页请求系统：请求分页的页表机制、缺页中断机构、地址变换机构。请求分段系统：请求分段的段表机制、缺段中断机构、地址变换机构.5 实现虚拟存储器需要哪几个关键技术？答：(1）在分页请求系统中是在分页的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统.允许只装入少数页面的程序（及数据），便启动运行。（2)在请求分段系统中是在分段系统的基础

3、上，增加了请求调段及分段置换功能后形成的段式虚拟存储系统.允许只装入少数段(而非所有段）的用户程序和数据，即可启动运行。6 在请求分页系统中，页表应包括哪些数据项？每项的作用是什么?（1）状态位（存在位）P：它用于指示该页是否已调入内存,供程序访问时参考。(2）访问字段A：用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或记录本页最近已有多长时间未被访问，提供给置换算法（程序）在选择换出页面时参考.（3）修改位M：标识该页再调入内存后是否被修改过。（4）外存地址：用于指出该页在外存上的地址,通常是物理块号,供调入该页时参考。7 试比较缺页中断机构与一般的中断，它们之间有何明显的区别？答：（1）在指令执行

4、期间产生和处理中断信号。通常，CPU都是在一条指令执行完后，才检查是否有中断请求到达。然而，缺页中断是在指令执行期间，若发现所要访问的指令或数据不在内存时，便立即产生和处理缺页中断信号，一边能及时将所缺之页面调入内存。（2）一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。8 试说明在请求分页系统中的地址变换过程。答:在进行地址变换时，首先检索快表，试图从中找出所要访问的页。若找到,便修改页表项中的访问位，供置换算法选换出页面时参考。对于写指令，还需将修改位置成“1”，表示该页再调入内存后已被修改。然后利用页表项中给出的物理块号和页内地址形成物理地址。地址变换过程到此结束。9 何谓固定分配局部置换和可变

5、分配全局置换的内存分配策略？答：（1）固定分配局部置换。所谓固定分配，是指为每个进程分配一组固定数目的物理块，在进程运行期间不再改变.所谓局部置换，是指如果进程在运行中发现缺页，则只能从分配给该进程的n个页面中选出一页换出，然后再调入一页,以保证分配给该进程的内存空间不变。 （2）可变分配全局置换。所谓可变分配，是指先为每个进程分配一定数目的物理块，在进程运行期间，可根据情况做适当的增加或减少.所谓全局置换,是指如果进程在运行中发现缺页，则将OS所保留的空闲物理块（一般组织为一个空闲物理块队列）取出一块分配给该进程，或者以所有进程的全部物理快为标的，选择一块换出，然后将所缺之页调入。10 在请

6、求分页系统中，应从何处将所需页面调入内存？答：（1）系统拥有足够的对换区空间，这时可以全部从对换区调入所需页面，以提高调页速度。（2)系统缺少足够的对换区空间，这时凡是不会被修改的文件，都直接从文件区调入;而当换出这些页面时，由于他们未被修改，则不必再将它们重写到磁盘（换出），以后再调入时，仍从文件区直接调入。但对于那些可能被修改的部分，在将它们换出时便须调到对换区，以后需要时再从对换区调入。（3）UNIX方式。由于与进程有关的文件都放在文件区，故凡是未运行过的页面,都应从文件区调入.而对于曾经运行过但又被换出的页面，由于是被放在对换区，因此在下次调入时应从对换区调入。11 试说明在请求分页系

7、统中页面的调入过程.答:每当程序所要访问的页面未在内存时（存在位为“0），便向CPU发出一缺页中断，中断处理程序首先保留CPU环境,分析中断原因后，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页表在外存的物理块后：如果此时内存能容纳新页，则启动磁盘I/O，将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须先按照某种置换算法，从内存中选出一页准备换出；如果该页未被修改过(修改位为“0”），可不必将该页写回磁盘；但如果此页已被修改(修改位为“1），则必须将它写回磁盘，然后再把所缺的页调入内存，并修改页表中的相应表项，置其存在位为“1”，并将此页表项写入快表中。在缺页调入内存后，利用修改后的页

8、表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。12 在请求分页系统中，常采用哪几种页面置换算法?答：采用的页面置换算法有：最佳置换算法和先进先出置换算法，最近最久未使用（LRU）置换算法，Clock置换算法,最少使用置换算法,页面缓冲算法等。13 实现LRU算法所需要的硬件支持是什么？答：需要寄存器和栈等硬件支持。寄存器用于记录某进程在内存中各页的使用情况,栈用于保存当前使用的各个页面的页面号.14 试着说明改进型CLOCK置换算法的基本原理.答：因为修改过的页面在换出时付出的开销比未被修改过的页面大,在改进型Clock算法中，既考虑页面的使用情况,还要

9、增加置换代价的因素；在选择页面作为淘汰页面时，把同时满足未使用过和未被修改过作为首选淘汰页面。15 影响页面换进换出效率的若干因素是什么？答：(1）页面置换算法：影响页面换进换出效率最重要的因素，直接影响进程在运行过程中的缺页率，影响页面换进换出的开销。（2）写回磁盘的频率：如果是采取每个页面换出时，就将它写回磁盘的策略，这意味着每换出一个页面，便需要启动一次磁盘。但如果在系统中建立了一个已修好换出页面链表，对每一个要被换出的页面（已修改）,系统可暂不把它们写回磁盘,而是将它们挂在已修改换出页面链表上，仅当被换出页面数目达到一定值时，再将它们一起写回到磁盘上，这样就显著地减少了磁盘I/O的操作

10、次数。（3）读入内存的频率：在设置了已修改换出页面链表后,在该链表上就暂时有一批装有数据的页面,如果需要再次访问这些页面时,就不需从外存上调入，而直接从已修改换出页面链表获取，这样也可以减少将页面从磁盘读入内存的频率,减少页面换进的开销。或者说，只需花费很小的开销，便可使这些页面，又回到该进程的驻留集中.16 页面缓冲算法的主要特点是什么?它是如何降低页面换进、换出的频率的？答：特点：显著地降低了页面换进、换出的频率，使磁盘I/O的操作次数大为减少，因而减少了页面换进换出的开销；由于换入还出的开销大幅度减小，才能使其采用一种较简单的置换策略，如先进先出算法,它不需要特殊硬件的支持，实现起来非常

11、简单。在该系统中，内存分配策略上采用了可变分配和局部置换方式.为了能显著地降低页面换进换出的频率,在内存中设置了如下两个链表:(1）空闲页面链表：是一个空闲物理块链表,用于分配给频繁发生缺页的进程，以降低该进程的缺页率.当有一个未被修改的页要换出时，实际上并不将它换出到外存，而是把它们所在的物理块，挂在空闲链表的末尾。(2）修改页面链表：由已修改的页面所形成的链表。设置该链表的目的，是为了减少已修改页面换出的次数。降低将已修改页面写回磁盘的频率，以及降低将磁盘内容读入内存的频率.17 在请求分页系统中、产生“抖动”的原因是什么？答：特点:显著地降低了页面换进、换出的频率,使磁盘I/O的操作次数

12、大为减少，因而减少了页面换进换出的开销;由于换入还出的开销大幅度减小，才能使其采用一种较简单的置换策略,如先进先出算法，它不需要特殊硬件的支持，实现起来非常简单。在该系统中，内存分配策略上采用了可变分配和局部置换方式。为了能显著地降低页面换进换出的频率，在内存中设置了如下两个链表：（1）空闲页面链表：是一个空闲物理块链表,用于分配给频繁发生缺页的进程,以降低该进程的缺页率。当有一个未被修改的页要换出时，实际上并不将它换出到外存，而是把它们所在的物理块，挂在空闲链表的末尾。（2）修改页面链表：由已修改的页面所形成的链表。设置该链表的目的,是为了减少已修改页面换出的次数。降低将已修改页面写回磁盘的

13、频率，以及降低将磁盘内容读入内存的频率.18 何谓工作集？它是基于什么原理确定的？答：工作集（或驻留集)是指在某时间间隔内，进程要访问的页面集合。经常被使用的页面需要在工作集中，而长期不被使用的页面要从工作集中被丢弃。为了防止系统出现抖动现象，需要选择合适的工作集大小.工作集模型的原理是：让操作系统跟踪每个进程的工作集，并为进程分配大于其工作集的物理块。如果还有空闲物理块，则可以再调一个进程到内存以增加多道程序数。如果所有工作集之和增加以至于超过了可用物理块的总数，那么操作系统会暂停一个进程，将其页面调出并且将其物理块分配给其他进程，防止出现抖动现象。正确选择工作集大小，对存储器的利用率和系统

14、吞吐量的提高，都将产生重要影响.19 什么是虚拟存储器？列举采用虚拟存储器的必要性和可能性.答:虚拟存储器是指在具有层次结构存储器的计算机系统中，具有请求调入和交换功能，为用户提供一个比实际物理内存容量大得多的可寻址的一种存储器系统，它能从逻辑上对内存容量进行扩充。 采用虚拟存储器的必要性：传统存储管理方式要求将作业全部装入内存之后才能运行，这一特征导致大作业和多个作业要求运行时系统无法满足；另外，传统存储管理方式具有驻留性,即作业装入内存直到运行结束，便一直驻留在内存中.尽管进程在运行中会因I/O等原因而长期处于阻塞状态，或有的程序模块在运行过一次后就不再需要，但它们都仍将继续占用宝贵的内存

15、资源. 采用虚拟存储器的可能性：根据程序的局部性定理，应用程序在执行之前,没有必要全部装入内存,而只需要将那些当前要运行的部分页或段先装入内存即可运行,其余部分可以仍然留在外存。程序在执行时，如果它所访问的页(段）已经调入内存，便可继续执行下去.但如果程序所要访问的页（段）不在内存中(称为缺页或缺段）,此时程序可以利用操作系统提供的请求调页（段）功能，将它们调入内存，以便程序能够继续执行下去。如果内存已满,无法装入新调入的页（段)，则必须利用一定的页（段)置换功能，将内存中暂时不用的页(段)换到外存中，以腾出足够的空间来存放新调入的页(段),从而保证程序的顺利执行。这样，一个大的程序就可以在较小的内存空间中执行。从用户的角度来看，该系统所具有的内存容量比实际内存容量大了很多。但实际上,用户所看到的大容量存储器是不存在的，只是虚拟的，故把这样的存储器称为虚拟存储器.20 一个计算机系统的虚拟存储器,其最大容量和实际容量分别由什么决定？答：虚拟存储器的最大容量由主存和辅存的容量之和确定。 虚拟存储器的实际容量由指令中表示地址的字长决定，也就是计算机的地址结构决定的。8 / 8