《现代操作系统第四版》第三章

第三章内存管理习题有一个设计，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。

但该设计有诸多弊端，除了描述中所言，请其他提出最少两条弊端。

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

2.在图 3-3 中基址和界线存放器含有相同的值 16384 ，这是巧合，还是它们总是相等？若是这可是巧合，为什么在这个例子里它们是相等的？A：巧合。

基地址存放器的值是进度在内存上加载的地址；界线存放器指示储藏区的长度。

3.交换系统经过缩短来除掉悠闲区。

假设有很多悠闲区和数据段随机分布，而且读或写 32 位长的字需要 10ns 的时间，缩短 128MB 大概需要多长时间？为了简单起见，假设悠闲区中含有字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=671ms4.在一个交换系统中，按内存地址排列的悠闲区大小是10MB ，4MB ，20MB ，18MB ，7MB ，9MB ，12MB ，和 15MB 。

对于连续的段央求：(a)12MB(b)10MB(c) 9MB使用首次适配算法，将找出哪个悠闲区？使用最正确适配、最差适配、下次适配算法呢？A：首次适配算法： 20MB ，10MB ，18MB ；最正确适配算法： 12MB ， 10MB ，9MB ；最差适配算法： 20MB ；18MB ；15MB ；下次适配算法： 20MB ；18MB ；9MB ；5.物理地址和虚假地址有什么差异？A：实质内存使用物理地址。

这些是储藏器芯片在总线上反响的数字。

虚假地址是指一个进度的地址空间的逻辑地址。

因此，拥有32 位字的机器能够生成高达4GB 的虚假地址，而无论机器的内存可否多于或少于4GB。

6.对下面的每个十进制虚假地址，分別使用4KB 页面和 8KB 页面计算虚假页号和偏移量： 20000 ，32768 ， 60000 。

A：变换为二进制分别为：虚假地址应该是16位页面偏移量范围0～4027 ，需要12 位来储藏偏移量，剩下 4 位作为页号；同理8KB页面需要13位来储藏偏移量，剩下 3 位作为页号；因此，4KB | 8KB 页号 | 偏移量 | 页号 | 偏移量10007. 使用图 3-9 的页表，给出下面每个虚假地址对应的物理地址：(a)20(b)4100(c)8300A：〔 a〕 20+40962=8212〔b〕4100=4096+〔4100-4096〕=4100〔c〕8300=64096+ 〔8300-4096*2 〕=246848.Inlel 8086 办理器不支持虚假内存，但是一些公司从前设计过包括未作任何改动的 8086 CPU 的分页系统。

猜想一下，他们是怎样做到这一点的。

〔提示：考虑MMU 的逻辑地址。

〕A：他们制作了 MMU ，并连接在 CPU 与地址总线之间，这样从办理器进入MMU的地址全部被视为虚假地址，并被变换为物理地址，尔后被送到地址总线，照射到内存中。

9.为了让分页虚假内存工作，需要怎样的硬件支持？A：需要一个 MMU 能够将虚假页面重新照射到物理页面。

其他，当缺页中断时，需要对操作系统设置骗局，以便能够获取页面。

10.写时复制是使用在效劳器系统上的好方法，它可否在上起作用。

A：“写时复制“技术，也就是只有进度空间的各段的内容要发生变化时，才会将父进度的内容复制一份给子进度。

若是智能支持多重编程，iPhone 、Android 和 Windows 都支持多重编程，那么支持多个进度。

若是进度发出fork() 系统调用和页面在父进度和子进度之间共享，那么复制对写是有意义的。

智能比效劳器小，但从逻辑上讲，它并没有什么不相同。

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)若是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 无效 ?b)若是循环重复很多遍，结果会和a)的答案相同吗？请讲解。

A: a)M 必定最少为 1024 ，以保证对 X 元素的每一次接见都有一个TLB 缺失。

因为 N 只影响 X 接见多少次， N 取大于 M 的任何值都能够。

b)M 应该最少是1024 ，以保证对 X 元素的每次接见都遗漏TLB。

但是现在 N 应该大于 64K，以便办理 TLB，也就是说， X 应该高出 256KB 。

12.储藏页面必定可用的磁盘空间和以下因素有关：最大进度数n，虚假地址空间的字节数 v，RAM 的字节数 r，给出最坏状况下磁盘空间需求的表达式。

这个数量的真实性怎样？A：全部进度的整个虚假地址空间为nv ，这就是页面储藏所需的。

但是，能够在RAM 中储藏量为 r，因此需要的磁盘储藏量仅为nv-r 。

该量比实质所需的要大得多，因为很稀有 n 个进度实质运行，而且这些进度也极少需要其最大赞同的虚拟内存。

13.若是一条指令执行1ns，缺页中断执行额外的 Nns ，且每条 k 指令产生一个缺页，请给出一个公式，计算有效指令时间。

A： (1*(k-1)+(1+N))/k = 1+N/k ns14.一个机器有 32 位地址空间和8KB 页面，页表完好用硬件实现，页表的每一表项为一个 32 位字。

进度启动时，以每个字100ns 的速度将页表从内存复制到硬件中。

若是每个进度运行100ms〔包括装入页表的时间〕用来装人页表的 CPU 时间的比率是多少？A:32 位地址空间构成 4GB 内存空间， 4GB/8KB=512 个页面，页表项 512 项，页表大小 512 · 32=2^14 bit,复制页表的时间 =2^14/2^5*10ns = 5120 ns,时间比率 5120ns/100ms=5120· -10^(9)/ 100·-3)10^(=51.2% 8KB页面大小，需要13 位偏移量，故页号有19 位，页面有 2^19 个，页表项也是 2^19 个，每项 32位字。

2^19 · 100ns/100ms=52.4288%15.假设一个机器有48 位的虚假地址和32 位的物理地址。

a)假设页面大小是4KB，若是只有一级页表，那么在页表里有多少页表项？请讲解。

b)假设同一系统有32 个 TLB 表项，而且假设一个程序的指令正好能放入一个页，而且该程序次序地从有数千个页的数组中读取长整型元素。

在这种状况下TLB的收效怎样？A： a〕页面大小 4KB，偏移量有 12 位，那么页号有 36 位，有 2^36 项页表项；b〕TLB 接见的命中率达 100%。

在指令接见下一个页面从前读取数据的命中率是100%，一个 4KB 大小的页面包括 1024 个长整型数据，每接见 1024 个数据就会有一次 TLB 无效。

16.给定一个虚假内存系统的以下数据：（a〕 TLB 有 1024 项，能够在 1 个时钟周期〔 1ns〕内接见。

（b〕页表项能够在 100 时钟周期〔 100ns 〕内接见。

（c〕平均页面取代时间是 6ms。

若是 TLB 办理的页面接见占99%，而且 0.01%的页面接见会发生缺页中断，那么有效地址变换时间是多少？A ： 99%·1ns+1%·99.99%·100ns+1%·0.01%·6ms=7.99%899·1ns+0.99%·100ns+0 .01%·17.假设一个机器有 38 位的虚假地址和 32 位的物理地址。

a)与一级页表比较，多级页表的主要优点是什么？b)假设采用二级页表，页面大小为 16KB，每个页表项为 4 字节，应该对第一级页表域分配多少位 ,对第二级页表域分配多少位？请讲解原因A： a〕防范把全部页表素来保存在内存中。

b 〕〞16KB个页“估计是指这个二级页表的大小是16KB，故页表项有 16KB/4B=4K 个，二级页表域需要12 位，四字节表项说明页面大小是12 页面大小 16KB，那么偏移量需要 14 位，每个条目4字节18.在3.3.4 节的陈述中，奔跑Pro将多级页表中的每个页表项扩展到64 位，但仍只能对 4GB 的内存进行寻址。

请讲解页表项为A ：诚然页表项扩展了，但是虚假内存地址仍旧只有64 位时，为什么这个陈述正确。

32 位。

19.个 32 位地址的计算机使用两级页表。

虚假地址被分成 9 位的顶级页表域、11 位的二级页表域和一个偏移量，页面大小是多少？在地址空间中一共有多少个页面？A ： 页面大小与偏移量位数有关 =2^12Byte=4KB, 每个地址对应内存一个字节，地址空间的页面数量 =2^20 个。

20.一个计算机使用 32 位的虚假地址， 4KB 大小的页面。

程序和数据都位于最低的页面〔 0~4095 〕，栈位于最高的页面。

若是使用传统〔一级〕分页，页表中需要多少个表项？若是使用两级分页，每局部有10 位，需要多少个页表项？A ：32 位地址对应 4GB 内存，有 4GB/4KB=2^20个页面 ,若是使用传统〔一级〕分页：需要 2^20 个页表项；若是使用两级分页，顶级页表有 2^10 个页表项，其中三项指向二级页表 〔程序段、 数据段、货仓段〕，二级页表每个也有有2^10个页表项，总合 2^12 个页表项。

21.以下是在页大小为 512 字节的计算机上，一个程序片段的执行轨迹。

这个程序在 1020 地址，其栈指针在 8192 〔栈向 0 生长〕。

请给出该程序产生的页面访问串。

每个指令〔包括马上常数〕占 4 个字节〔 1 个字〕。

指令和数据的接见都要在接见串受骗数。

将字 6144 载入存放器 0存放器 0 压栈调用 5120 处的程序，将返回地址压栈栈指针减去马上数16比较实参和马上数4若是相等，跳转到5152 处A：程序地址范围1020 ～ 1532 。

页面接见串： 6144-8191 —— 5120 —— 8190 ——— 8184 ——— 5152. A ：每个页面 512B ，1020 地址属于 512 ～ 1023 ，即页面1；栈指针 8192 属于 8192 ～8704 ，即页面 16，但是栈向 0 生长，故存放器压栈到 8191 ～ 8188 ，属于页面 15 ；5152 地址属于 5120 ～5631 ，即页面 10. 每条指令 4 个字节，故第一条指令在地址范围1020 ～1023 ，属于页面 1；第二条指令在地址范围1024 ～1027 ，属于页面 2；第三条指令地址也在页面2，但是将数据压栈到页面15 了。