操作系统第五版答案第8章复习题及习题解答.docx

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1、虚拟内存8.1 简洁分页及虚拟分页有什么区分？简洁分页：一个程序中的全部的页都必需在主存储器中程序才能正常运行，除非运用覆盖技术。虚拟内存分页：不是程序的每一页都必需在主存储器的帧中来使程序运行，页在须要的时候进展读取。8.2 说明什么是抖动。虚拟内存构造的振动现象，在这个过程中处理器大部分的时间都用于交换块，而不是执行指令。8.3 为什么在运用虚拟内存时，部分性原理是至关重要的？可以依据部分性原理设计算法来防止抖动。总的来说，部分性原理允许算法意料哪一个当前页在最近的将来是最少可能被运用的，并由此就确定候选的交换出的页。8.4 哪些元素是页表项中可以找到的元素？简洁定义每个元素。帧号：用来表

2、示主存中的页来按依次排列的号码。存在位P：表示这一页是否当前在主存中。修改位M：表示这一页在放进主存后是否被修改正。8.5 转移后备缓冲器的目的是什么？转移后备缓冲器是一个包含最近常常被运用过的页表项的高速缓冲存储器。它的目的是为了削减从磁盘中复原一个页表项所需的时间。8.6 简洁定义两种可供选择的页读取策略。在恳求式分页中，只有当访问到某页中的一个单元时才将该页取入主存。在预约式分页中，读取的并不是页错误恳求的页。8.7 驻留集管理和页交换策略有什么区分？驻留集管理主要关注以下两个问题：1给每个活动进程支配多少个页帧。2被考虑交换的页集是仅限在引起页错误的进程的驻留集中选择还是在主存中全部的

3、页帧中选择。页交换策略关注的是以下问题：在考虑的页集中，哪一个特别的页应当被选择交换。8.8 和页交换算法有什么区分？时钟算法及算法很接近，除了在时钟算法中，任何一个运用位为一的页被无视。8.9 页缓冲实现的是什么？1被交换出驻留集的页不久又被访问到时，仍在主存中，削减了一次磁盘读写。2被修改的页以簇的方式被写回，而不是一次只写一个，这就大大削减了操作的数目，从而削减了磁盘访问的时间。8.10 为什么不行能把全局交换策略和固定支配策略组合起来？固定支配策略要求支配给一个进程的帧的数目是确定的，当一个进程中取入一个新的页时，这个进程的驻留页集中的一页必需被交换出来保持支配的帧的数目不变，这是一种

4、部分交换策略。8.11 驻留集和工作集有什么区分？一个进程的驻留集是指当前在主存中的这个进程的页的个数。一个进程的工作集是指这个进程最近被运用过的页的个数。8.12 恳求式去除和预约式去除有什么区分？在恳求式去除中，只有当一页被选择用于交换时才被写回辅存；在预约式去除中，将这些被修改的多个页在须要用到它们所占据的页帧之前成批的写回辅存。习题解答8.1 假设在处理器上执行的进程的也表如下所示。全部数字均为十进制数，每一项都是从0开始记数的，并且全部的地址都是内存字节地址。页尺寸为1024个字节。虚拟页号有效位访问位修改位页帧号0110411117200031002400051010a 描绘产生的

5、虚拟地址通常是如何转化成一个物理主存地址的。b 以下虚拟地址对应于哪个物理地址不用考略页错误？i1052 2221 5499解答a：由虚拟地址求得页号和偏移量，用虚拟页号作为索引页表，得到页帧号，联络偏移量得到物理地址b:(i)1052=1024+28查表对应的页帧号是7，因此物理地址为7*1024+28=7196()2221=2*1024+173 此时出现页错误()5499=5*1024+379 对应的页帧号为0 因此物理地址是3798.2 考虑一个运用32位的地址和1大小的页的分页虚拟内存系统。每个页表项须要32位。须要限制页表的大小为一个页。a页表一共须要运用几级？b每一级页表的大小是多

6、少？提示：一个页表的大小比较小。c在第一级运用的页较小及在最底下一级运用的页较小相比，那种策略运用最小个数的页？解答a：虚拟内存可以分为232/210= 222页，所以须要22个来区分虚拟内存中的一页，每一个页表可以包含210/4=28项，因此每个页表可以包含22中的8个，所以须要三级索引。b：第二级页表有28个页表项，第一级页表有26个页表项。c：假设顶层有26个页表项将会削减运用空间，在这种状况下，中间层页表有26个并且每个都有28个页表项，底层有214个页并且每个都有28个页表项，因此共有1+26+214页=16,449页。假设中间层有26个页表项，那么总的页数有1+28+214页=16

7、,641页。假设底层有26个页表项，那么总的页表数是1+28+216页=65,973页。8.3 a：图8.4中的用户表须要多少内存空间？ b：假设须要设计一个哈希反向页表来实现及图8.4中一样的寻址机制，运用一个哈希函数来将20位页号映射到6位哈希表。表项包含页号帧号和链指针。假设页表可以给每个哈希表项支配最多3个溢出项的空间，那么哈希反向页表须要占用多大的内存空间？解答a：4b：行数：26+2=128项。每项包含：20页号+20帧号+8链索引=486。总共：128*6=7688.4 一个进程支配给4个页帧下面的全部数字均为十进制数，每一项都是从0开始计数的。上一次把一页装入到一个页帧的时间，

8、上一次访问页帧中的页的时间，每个页帧中的虚拟页号以及每个页帧的访问位R和修改位M如下表所示时间均为从进程开始到该事务之间的时钟时间，而不是从事务发生到当前的时钟值。虚拟页号页帧加载时间访问时间R位M位2060161011113016010022616210332016311当虚拟页4发生错误时，运用以下内存管理策略，哪一个页帧将用于置换？说明缘由。先进先出算法最近最少运用算法算法d.最正确运用下面的访问串算法e.在页错误之前给定上述内存状态，考虑下面的虚拟页访问序列： 4,0,0,2,4,2,1,0,3,2 假设运用窗口大小为4的工作集策略来代替固定支配，会发生多少页错误？每个页错误何时发生？

9、解答a:页帧3，在时间20加载，时间最长。b:页帧1，在时间160访问距如今时间最长。c:去除页帧3的R位最早加载，去除页帧2的R位，次最早加载，换出的是页帧0因为它的R位为0。d:换出的是页帧3中的虚拟页3，因为它将最晚被访问到。e:一共有6个错误，如下8.5 一个进程访问5页：和E，访问依次如下： 假设置换算法为先进后出，该进程在主存中有三个页帧，开始时为空，请查找在这个访问依次中传送的页号。对于4个页帧的状况，请重复上面的过程。解答分别有9次和10次页错误，这被称之为“s现象 a , , , 1969.8.6 一个进程在磁盘上包含8个虚拟页，在主存中固定支配给4个页帧。发生如下依次的页访

10、问： 1,0,2,2,1,7,0,1,2,0,3,0,4,5,1,5,2,4,5,6,7,6,7,2,4,2,7,3,3,2,3a.假设运用交换策略，给出相继驻留在这4个页帧中的页。计算主存的命中率。假设这些帧最初是空的。b.假设运用策略，重复问题a。c.比较运用这两种策略的命中率。说明为什么这个特别的访问依次，运用的效率接近于。解答：命中率=16/33：命中率=16/33c:这两种策略对这个特别的页轨迹执行依次是等效的。8.7 在中，用户页表以系统空间的虚拟地址进展定位。让用户页表位于虚存而不是主存中有什么好处？有什么缺点？解答最主要的优点是在物理内存空间上的节约。这主要是两方面的缘由：1一

11、个用户页表可以仅当运用时才取入内存。2操作系统可以动态的支配用户页表，产生一个页表仅当程序被创立时。当然，也有一个缺点：地址转换须要多余的工作。8.8 假设在主存中执行以下程序语句： (1) aiii;页尺寸为1000个字。令1000。运用一台具有全部存放器指令并运用了索引存放器的机器，写出实现上述语句的一个假想程序，然后给出在执行过程中的页访问依次。解答由机器语言编写的程序，在主存中地址4000处开始运行。运行状况如下：4000 R11 建立索引记录i4001 R1n 在R2中建立n4002 比较R2，R1 检查in4003 假设大于那么跳转到40094004 R3BR1 运用索引记录R1到

12、达Bi4005 R3R3R1运用索引记录R1加上Ci4006 AR1R3运用索引记录R1将总和存入Ai中4007 R1R1+1 i加一4008 跳到400260006999 存储A70007999 存储B80008999 存储C9000 存储19001 存储n由这个循环产生的参考串为494944474846494441000包括11.000个参考，但仅包括5个不寻常的页8.9 370体系构造运用两级存储器构造，并且分别把这两级称为段和页，这里的分段方法缺少本章所描绘的关于段的很多特征。对于这个根本的370体系构造，页尺寸可以是2或4，段大小固定为64或1。这种方案缺少一般分段系统的那些优点？3

13、70的分段方法有什么好处？解答370分段系统是固定的且对程序员是不行见的，因此没有一个分段系统的优点在370中实现无疼惜状况下每一个段表项的P位供应整个段表的疼惜。8.10 假设页尺寸为4，页表项大小位4字节。假设要映射一个64位地址空间，并且最顶层的页表对应于一页，那么须要几级页表？解答因为每个页表项有4，每个页表有4，所以每个页表可以映射1024=210个页，标识出210212=222的地址空间。然而，地址空间是264。增加一个二层页表，顶层页表指向210个页表，标识出232个页表，将这个过程接着下去就得到：深度地址空间122222323242425252626272264我们可以看到5层

14、是不够表示64位的地址空间，但是6层到达了要求。但是6层中只有2位被运用，而不是全部的10位。所以不是运用72位的虚拟地址空间，而是将除了最低两位外的其他位全部屏蔽无视。这样将会得到一个64位地址空间，顶层页只有4个页表项。另外一种方法是修改规那么将顶层页做成一个单独的物理页并且让它相宜4个页。这样将会节约一个页。8.11 考虑一个系统该系统承受基于页的内存映射，并运用一级页表。假设页表总是在主存中。a.假设一次存储器访问须要200，那么一次须要调页的存储器访问要多长时间？b.如今增加一个，在命中或未命中时有20的开销。假设假设有85%的存储器访问命中都在 中，那么哪些是有效的存储器访问时间？

15、c.说明命中率如何影响有效的存储器访问时间。解答a.400。200用来得到页表项，200用来到达存储位置b.这是一个常见的有效时间计算公式： 2200.85+4200.15=250两种状况：第一种，中包含所需的页表项。在这种状况下在200外多了20的存储访问时间。第二种，中不包含所需的页表项。这时我们会再多花200来把所需的页表项取入。命中率越高有效存储器访问时间就越短，因为额外的200来得到页表项的时间被节约了。8.12 考虑一个进程的页访问序列，工作集为M帧，最初都是空的。页访问串的长度为P，包含N个不同的页号。对任何一种页交换算法，a.页错误次数的下限是多少？b.页错误次数的上限是多少？

16、解答8.13 在阐述一种页交换算法时，一位作者用一个在循环轨道上来回挪动的雪犁机来模拟说明：雪匀整地落在轨道上，雪犁机一恒定的速度在轨道上不断的循环，轨道上被扫落的雪从系统中消逝。a.8.2节探讨的哪一种页交换算法可以用它来模拟？b.这个模拟说明了页交换算法的那些行为？解答a.这是一个很好的时钟算法的类似。雪落在轨道上类似于页到达循环页缓存中。时钟算法时钟算法指针的挪动类似于雪犁机的挪动。b.留意到在时钟指针最近的前面可交换页的密度是最高的，就好像在雪犁机最近的前面的雪是最厚的一样。因此我们可以认为时钟算法在找寻交换页时是特别有效的。事实上可以看到雪犁机前雪的厚度是轨道上雪平均厚度的两倍。通过

17、这种类似，在单循环中被时钟策略交换的页的号码是被随机交换的页的号码的两倍。这个近似不是最完备的，因为时钟指针并不是以一个确定的速率挪动，但是直观意义还是有的。8.14 在370体系构造中，存储关键字是及实存中每个页帧相关联的限制字段。这个关键字中及页交换有关的有两位：访问位和修改位。当在帧中的任何单元执行写操作时，修改位被置为1；当一个新页被装入到该帧中时，访问位被置为1。请给出一种方法，仅仅运用访问位来确定哪个页帧是最近最少运用的。解答处理器硬件置访问位为0当一个新页被参与到帧时，置为1当这个页帧的位置被访问到时。操作系统可以维护几个页帧表队列，一个页帧表项从一个队列挪动到另一个队列取决于这

18、个页帧的访问位被值为零的时间长短。当必需有页被交换时，被交换的页将从具有最长未被访问时间的页帧队列中选取。8.15 考虑如下的页访问序列序列中的每一个元素都是页号： 123452325定义经过k次访问后平均工作集大小为=1Wt，1k，并且定义经过k次访问后错过页的概率为=1Ft，1k，其中假设页错误发生在虚拟时间t，那么Ft，=1，否那么Ft，=0。=1，2，3，4，5，6时，绘制及图8.19类似的图标来说明刚定义的页访问序列的工作集。S20关于的表达式。M20关于的表达式。解答a.S20是一个的增函数，M20是一个的非增函数。8.16 驻留集管理策略的性能关键是Q的值。阅历说明，假设对于一个

19、进程运用固定的的Q值，那么在不同的执行阶段，页错误发生的频率有很大的差异。此外对不同的进程运用一样的Q值，那么发生页错误的频率会完全不同。这些差异说明，假设有一种机制可以在一个进程的生命周期中动态的调整Q得知，那么会进步算法的性能。请基于这种目的设计一种简洁的机制。解答89举荐运用如下策略。在窗口中运用一个机构在窗口时间调整Q的值作为实际页错误率的函数，页错误率被计算出并且同作为系统值的作业志向页错误率比较。Q的值被上调下调当实际的页错误率比志向值高低。运用这种调整机制的试验证明可以动态调整Q值的测试作业在每次运行时产生较少的页错误和减小的驻留集，相比于固定Q值的作业的运行在很大程度上。存储时

20、间在相对于Q值运用可调整机制时也会产生一个固定且可观的改进，比较于运用固定的Q值。8.17 假设一个任务被划分为4个大小相等的段，并且系统为每个段建立了一个有8项的页描绘符表。因此，该系统是分段及分页的组合。假设页尺寸为2。a.每段的最大尺寸为多少？b.该任务的逻辑地址空间最大为多少？c.假设该任务访问到物理单元00021中的一个元素，那么为它产生的逻辑地址的格式是什么？该系统的物理地址最大为多少？解答216k4=64K32=48.18 考虑一个分页式的逻辑地址空间由32个2的页组成，将它映射到一个1的物理内存空间。a.该处理器的逻辑地址空间格式是什么？b.页表的长度和宽度是多少无视“访问权限

21、位？c.假设物理内存空间削减了一半，那么会对页表有什么影响？解答a.页码5偏移量11b.32个页表项长，每个页表项9个宽c.假设页表项还是32个且页大小不变，那么每个页表项变为8宽8.19 内核可以在须要时动态地在虚存中增加一个进程的栈，但却从不缩小这个栈。考虑下面的例子：一个程序调用一个C语言程序，这个子程序在栈中支配一个本地数组，一共须要10大小，内核扩展这个栈段来适应它。当这个子程序返回时，内核应当调整栈指针并释放空间，但它却未被释放。说明为什么可以缩小栈以及内核为什么没有缩小栈。解答可以通过释放再支配不运用的页来缩减栈的大小。依据惯例，在超出当前栈顶范围内内存中的值没有定义。在全部的体系构造中，标记栈顶部的指针在一个定义完好的记录中。因此可以读取栈的内容且按要求释放不运用的页。不缩小栈的缘由是这样做的效果很小。假设用户程序重复调用子程序须要附加的空间来支配给部分变量一个很可能的状况，然后很多时间会被奢侈在释放重支配栈空间