操作系統(tǒng)作業(yè)答案

1、趙盈盈 2011210593 第五章作業(yè)1. 存儲管理的功能及目的是什么？答：存儲管理功能： 內(nèi)存分配與管理。（1）記住每個存儲區(qū)域的狀態(tài)。（2）實施分配。分配方式有兩種：靜態(tài)分配與動態(tài)分配（3）回收。 內(nèi)存共享。共享的信息包括：代碼共享（純代碼），數(shù)據(jù)共享 存儲保護。存儲保護內(nèi)容有：保護系統(tǒng)程序區(qū)不受用戶有意無意的侵犯；不允許用戶程序?qū)懖粚儆谧约旱刂房臻g的數(shù)據(jù)。（1）以防止地址越界；（2）以防止操作越權(quán) “擴充”內(nèi)存容量。具體實現(xiàn)是在硬件支持下，軟件硬件相互協(xié)作，將內(nèi)存與外存結(jié)合起來統(tǒng)一使用。 地址映射。也稱作重定位。將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址。有兩種方法：靜態(tài)地址映射，動態(tài)地址映射。存儲管理

2、目的：充分利用內(nèi)存，為多道程序并發(fā)執(zhí)行提供存儲基礎(chǔ)；盡可能方便用戶使用；解決程序空間比實際內(nèi)存空間大的問題；程序在執(zhí)行時可以動態(tài)伸縮；內(nèi)存存取速度快；存儲保護與安全；共享與通信；了解有關(guān)資源的使用狀況；實現(xiàn)的性能和代價；2. 什么是邏輯地址？什么是物理地址？為什么要進行二者的轉(zhuǎn)換工作？ 答：邏輯地址：就是cpu邏輯段管理內(nèi)存而形成的地址。 物理地址：就是程序或數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的實際地址，即內(nèi)存單元的地址，也就是被裝入內(nèi)存的內(nèi)存地址寄存器的地址。 轉(zhuǎn)換原因：當(dāng)程序裝入內(nèi)存時，操作系統(tǒng)要為之分配一個合適的內(nèi)存空間，由于程序邏輯地址與所分配到的內(nèi)存物理地址編號不一致，而cpu執(zhí)行指令時是按物理地址進行的

3、，所以要進行地址轉(zhuǎn)換。3. 什么是動態(tài)地址重定位？試用圖畫出動態(tài)地址重定位的過程。0有效地址 答：動態(tài)地址重定位就是指動態(tài)地址映射。是地址映射的一種方式。它是在程序執(zhí)行過程中要訪問數(shù)據(jù)時在進行地址映射，即逐條指令執(zhí)行時完成地址映射。LOAD 1500 33331000LOAD 1500150033331800100 0 1000 500 500 800 + 內(nèi)存空間4. 在分區(qū)分配方案中，回收一個分區(qū)時有幾種不同的鄰接情況，在各種情況下應(yīng)如何處理？答：有四種：上鄰，下鄰，上下相鄰，上下不相鄰。（1） 回收分區(qū)的上鄰分區(qū)是空閑的，需要將兩個相鄰的空閑區(qū)合并成一個更大的空閑區(qū)，然后修改空閑區(qū)表。（

4、2） 回收分區(qū)的下鄰分區(qū)是空閑的，需要將兩個相鄰的空閑區(qū)合并成一個更大的空閑區(qū)，然后修改空閑區(qū)表。（3） 回收分區(qū)的上、下鄰分區(qū)都是空閑的，需要將三個空閑區(qū)合并成一個更大的空閑區(qū)，然后修改空閑區(qū)表、（4） 回收分區(qū)的上、下鄰分區(qū)都不是空閑的，則直接將空閑區(qū)記錄在空閑區(qū)表中。5. 如圖1所示，主存中有兩個空白區(qū)。現(xiàn)有這樣一個作業(yè)序列：作業(yè)1 要求 50KB；作業(yè)2 要求 60KB；作業(yè)3 要求 70KB。00mov r1, 35001KB120KB2KB250KB123453KB78KB4KB-1圖2圖1若用首次適應(yīng)算法和最佳適應(yīng)算法和最差適應(yīng)算法分別來處理這個作業(yè)序列，試問哪一種算法可以分配得

5、下，為什么？答：（1）首次適應(yīng)算法：原狀態(tài)作業(yè)1加入作業(yè)2作業(yè)3首先把12050KB,分出50給作業(yè)1.出現(xiàn)空閑區(qū)70KB其次，給作業(yè)二找空閑區(qū)剛出來的空閑區(qū)70KB60KB,給作業(yè)二60KB，新出現(xiàn)10KB空閑區(qū)最后給作業(yè)三找空閑區(qū)，10KB58KB，分出50KB給作業(yè)一；出現(xiàn)新空閑區(qū)28KB。其次，為作業(yè)二找空閑區(qū)，28KB60KB,分出60KB給作業(yè)二，出現(xiàn)新空閑區(qū)60KB。最后，為作業(yè)三找空閑區(qū)，此時兩個空閑區(qū)28KB70KB,60KB50KB,分割出50KB給作業(yè)一，產(chǎn)生新的空閑區(qū)70KB；其次，作業(yè)二找空閑區(qū)，此時78KB70KB，為最大的空心區(qū)，從78KB中分割出60KB給作業(yè)二

6、，產(chǎn)生新的空閑區(qū)18KB；最后，為作業(yè)三找空閑區(qū)，此時最大空閑區(qū)70KB正好等于作業(yè)三大小。分配給作業(yè)三。最終剩下一個空閑區(qū)18KB。該算法分配得下。最總狀態(tài)如圖（3） 作業(yè)二（60KB）空閑區(qū)60KB作業(yè)一（50KB空閑區(qū)28KB作業(yè)一（50KB）作業(yè)三（70KB）作業(yè)二（60KB）空閑區(qū)18KB作業(yè)一（50KB）作業(yè)二（60KB）空閑區(qū)10KB作業(yè)三70KB空閑區(qū)8KB圖（1）首次適應(yīng)算法 圖（2）最佳適應(yīng)算法 圖（3）最差適應(yīng)算法6. 已知主存有256KB容量，其中OS占用低紙20GB，可以有這樣的一作業(yè)序列：作業(yè)1 要求 80KB；作業(yè)2 要求 16KB；作業(yè)3 要求 140KB；作業(yè)

7、1 完成；作業(yè)3 完成；作業(yè)4 要求 80KB；作業(yè)5 要求 120KB。試用首次適應(yīng)算法和最佳適應(yīng)算法和最差適應(yīng)算法分別處理上述作業(yè)序列（在序儲分配時，從空白區(qū)高址處分割作為已分配區(qū)），并完成以下各步：（1） 畫出作業(yè)1、2、3進入主存后，主存的分配情況。0KB0KB 答：（1） 首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法、最差適應(yīng)算法的分配方式都如下圖（1）所示OS（20KB）作業(yè)三（80KB）作業(yè)二（16KB）225KB作業(yè)一（140KB）19KB19KBOS（20KB）160KB176KB160KB176KB作業(yè)二（16KB）225KB 圖（1） 圖（2） （2） 作業(yè)1、3完成后，畫出主存分配情況。

8、 答：分配情況如上圖（2）所示。（3） 畫出兩種算法中空白區(qū)的分區(qū)描述器信息（假定分區(qū)描述器所需占用的字節(jié)數(shù)已包含在作業(yè)所要求的主存容量中）及空白鏈接情況。答：1.首次適應(yīng)算法空白描述信息和空白區(qū)鏈接情況：（4） 哪種算法對該作業(yè)序列而言是適合的？ 答：作業(yè)一和作業(yè)三完成之后按三種適應(yīng)算法分配內(nèi)存情況如下： 1、首次適應(yīng)算法：作業(yè)三釋放的空白區(qū)80KB，作業(yè)一釋放空白區(qū)140KB。 為作業(yè)四找空白區(qū)，從140KB分割出80KB給作業(yè)四，產(chǎn)生新的空白區(qū)60KB， 為作業(yè)五找空白區(qū)，剩下兩個空白區(qū)都小于120KB，所以無法滿足作業(yè)五要求，所以該算 法分配不下。 2、最佳適應(yīng)算法： 作業(yè)三釋放的空白

9、區(qū)80KB，作業(yè)一釋放空白區(qū)140KB。 為作業(yè)四找空白區(qū)，從80KB分割出60KB給作業(yè)四，產(chǎn)生新的空白區(qū)20KB， 為作業(yè)五找空白區(qū)，20KB120KB，140KB可以，從中分割出120KB給作業(yè)五，產(chǎn)生新的 空白區(qū)20KB。所以該算法是合適的。 3、最差適應(yīng)算法：作業(yè)三釋放的空白區(qū)80KB，作業(yè)一釋放空白區(qū)140KB。 為作業(yè)四找空白區(qū)，從最大的空白區(qū)140KB分割出80KB給作業(yè)四，產(chǎn)生新的空白區(qū)60KB， 為作業(yè)五找空白區(qū)，剩下兩個空白區(qū)都小于120KB，所以無法滿足作業(yè)五要求，所以該算 法分配不下。 所以對該體而言，最好的算法是最佳適應(yīng)算法 7. 已知主存容量為64K，某一作業(yè)A的

10、地址空間如圖2所示，它的4個頁面（頁面大小為1）0、1、2、3被分配到主存的2、4、6、7塊中，要求并回答。（1）畫出作業(yè)A的頁映像表。內(nèi)存塊號 2 4 6 7邏輯頁號答： 0 1 2 3（2） 當(dāng)200號單元處有一條指令“mov r1,3500”執(zhí)行時，如何進行正確的地址變換以使3500處的內(nèi)容12345裝入r1中？ 答：3500/1024=3 所以在邏輯第三頁。3500%1024=428，所以頁內(nèi)偏移地址為428。 查看頁表，第三頁對應(yīng)內(nèi)存塊號為7.所以對應(yīng)內(nèi)存首地址即物理地址為7*1024+428=75968. 什么是虛擬存儲器？在頁式系統(tǒng)中如何實現(xiàn)虛擬存儲？答：虛擬存儲器是指：把內(nèi)存與

11、外存結(jié)合起來使用，從而得到一個容量很大的、速度足夠快的“內(nèi)存”，這就是虛擬存儲器，簡稱虛存。頁式系統(tǒng)實現(xiàn)虛存的工作原理：在進程開始之前，不是裝入全部頁面，二十裝入一個或零個界面，之后根據(jù)進程運行的需要，動態(tài)裝入其他頁面；當(dāng)內(nèi)存空間已滿，而有需要裝入新的頁面時，則根據(jù)某種算法淘汰某個頁面，以便裝入新的頁面。9. 如果主存中的某頁正在與外部設(shè)備交換信息，缺頁中斷時可以將這一頁淘汰嗎？為了實現(xiàn)正確的頁面調(diào)度，應(yīng)如何擴充頁表的功能？答：不可以。在使用虛擬頁式存儲管理時需要在頁表中增加一些內(nèi)容，得到頁表內(nèi)容為：頁號、駐留位、內(nèi)存塊號、外存地址、訪問位、修改位。其中駐留位，又稱中斷位，表示該頁是在內(nèi)存還是

12、在外存；訪問位表示該頁在內(nèi)存期間是否被訪問過，稱為R位；修改為表示該頁在內(nèi)存中是否被修改過，稱為M位。訪問位與修改位可以用來決定置換哪個頁面，具體由頁面算法來決定。10. 什么是置換算法？在頁式系統(tǒng)中最常用的置換算法是什么？如何實現(xiàn)之？答：在地址映射過程中，若在頁表中發(fā)現(xiàn)所要訪問的頁面不在內(nèi)存，則發(fā)生缺頁中斷。當(dāng)發(fā)生缺頁中斷時，操作系統(tǒng)必須在內(nèi)存中選擇一個頁面將其移除內(nèi)存，以便為即將調(diào)入的頁面讓出空間。而，實現(xiàn)清除頁面，調(diào)入新頁面的算法就是頁面置換算法。頁式系統(tǒng)中最常用的置換算法有：理想頁面置換算法、先進先出頁面置換算法、最近最少使用頁面置換算法。（1）理想頁面置換算法（OPT），這是一個理想

13、情況下的算法，實際上不可能實現(xiàn)。（2）先進先出頁面置換算法（FIFO），該算法很容易實現(xiàn)。以把裝入內(nèi)存的那些頁面的頁號按進入的先后次序排好隊列，每次總是調(diào)出隊首的頁，當(dāng)裝入新的頁面后，把新頁的頁號排到隊尾。由操作系統(tǒng)維護一個所有當(dāng)前在內(nèi)存中的頁面的鏈表，坐牢的鏈表在頭上，最新的在表尾。當(dāng)發(fā)生缺頁時，淘汰表頭的頁面并把新調(diào)入的頁面加到表尾。（3）最近最少使用頁面置換算法（LRU），該算法可以實現(xiàn)，在發(fā)生缺頁時，淘汰最久未使用的頁面?？梢栽陧摫碇袨槊恳豁摷右粋€“計時”標(biāo)志，記錄該頁面自上次被訪問以來經(jīng)歷的時間，每次訪問一次都應(yīng)從“0”，重新計時。當(dāng)要裝入新頁時，檢查頁表中各頁的計時標(biāo)志，從中選出計

14、時值最大的那一頁調(diào)出（即最近一段時間里最長時間沒有被使用過的頁），并且把各頁的計時標(biāo)志全部記為“0”，重新計時。當(dāng)再一次產(chǎn)生缺頁中斷時，又可找到最近最少使用的頁，將其調(diào)出。這種實現(xiàn)方法必須對每一頁的訪問情況時時刻刻地加以記錄和更新，實現(xiàn)起來比較麻煩并且開銷大。 還有一種簡單的方法實現(xiàn)LRU，用一些特殊的硬件實現(xiàn)，這要求有一個64位的計數(shù)器C，它在每一條指令執(zhí)行完后自動增加1，每個頁表項必須有一個足夠容納這個計數(shù)器值的域。在每次訪問內(nèi)存后，當(dāng)前的C值被保存到被訪問頁面的頁表項中。一旦發(fā)生缺頁，操作系統(tǒng)檢查所有的計數(shù)器的值找到最小的一個，這一頁就是最久未使用的頁。 11. 什么是進程在某時刻t的工

15、作集？工作集與頁面的調(diào)入和淘汰策略有什么關(guān)系？ 答： 是指一個進程在t時刻訪問頁面的集合。利用工作集模式可以防止抖動，也可以進行頁面置換。 工作集對存儲器的有效利用和系統(tǒng)吞吐量的提高都有重要影響。對于給定的訪問序列選取定長的區(qū)間，稱為工作集窗口，落在工作集窗口中的頁面集合就是工作集。如果分配給一個進程的工作集較少，進程過程中將頻繁發(fā)生缺頁中斷；如果能為進程提供合適的工作集，則可以減少缺頁中斷次數(shù)；如果系統(tǒng)分配給進程的工作集較大，也不能顯著減少交換次數(shù)，因而存儲器的利用率會相對降低。12. 說明頁面和段的區(qū)別。答：（1）頁是信息的物理單位，段是信息的邏輯單位。（2）頁面的大小有系統(tǒng)決定，而且每頁

16、的大小都相同；各段的長度因段而異，由用戶決定。（3）分頁的作業(yè)地址空間是一維的，分段的作業(yè)地址空間是二維的。（4）分頁的活動對用戶是透明的，分段對用戶是不透明的。13. 頁式系統(tǒng)和段式系統(tǒng)的地址變換過程十分相似，但二者之間又有本質(zhì)的區(qū)別，請說明二者的區(qū)別是什么？為什么會有這個區(qū)別？答：（1）請求分頁存儲管理的作業(yè)地址空間是一個單一的線性地址空間，二分段存儲管理的地址空間是一個二維的地址空間。 （2）請求分頁存儲管理中，頁的大小是固定的，分頁活動用戶是不可見的；分段存儲管理中，段的大小是不定的，是信息的邏輯單位，用戶是可見的。（3）請求分頁存儲管理中，把程序地址分成頁號p和頁內(nèi)偏移量w是硬件完成

17、的功能；分段存儲管理中，把程序地址分成段號s和段內(nèi)偏移量d是軟件的功能。主要是作業(yè)地址的存儲結(jié)構(gòu)不同，所以地址映射方式也會不同。14. 共享有什么好處？在段式系統(tǒng)中如何實現(xiàn)段的共享？答：共享好處：信息化的時代，資源的共享更容易使得人們以及團隊成員之間優(yōu)勢互補，互通有無，更容易實現(xiàn)共贏。共享提高了資源利用率，可以創(chuàng)造更多的財富。段模式是以段為單位劃分和連續(xù)完整存放。段間是不一定連續(xù)編址的，即為二維編址。進程邏輯空間（二維的）最接近用戶觀點，就像是高級程序設(shè)計語言更接近自然語言一樣，這樣就克服了頁式的非邏輯劃分給共享和保護與動態(tài)伸縮帶來的不自然性。段模式提供的二維地址最符合用戶觀點和程序邏輯。段式最大的優(yōu)點就是實現(xiàn)共享和保護。15. 如何實現(xiàn)段式系統(tǒng)中的存取控制？答：首先建立段表，段表包括邏輯段號，物理段起始地址和物理段長度三項內(nèi)容。其次建立內(nèi)存分配表。內(nèi)存分配表包括已分配區(qū)表和空閑區(qū)表。段式存儲管理為程序的每一個分段分配一個連續(xù)的內(nèi)存空間?？臻e區(qū)的分配也可以采用首先適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算法。進行內(nèi)存分配的時候根據(jù)段長照出一個可以容納該段的一個空閑區(qū)，分割這個