操作系统习题及答案.docx

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操作系统习题及答案

CH4应用题参考答案

1在一个请求分页虚拟存储管理系统中，一个程序运行的页面走向是：

1、2、3、4、2、1、5、6、2、1、2、3、7、6、3、2、1、2、3、6。

分别用FIFO、OPT和LRU算法，对分配给程序3个页框、4个页框、5个页框和6个页框的情况下，分别求出缺页中断次数和缺页中断率。

答：

页框数

FIFO

LRU

OPT

3

4

5

6

16

14

12

9

15

10

8

7

11

8

7

7

只要把表中缺页中断次数除以20，便得到缺页中断率。

2在一个请求分页虚拟存储管理系统中，一个作业共有5页，执行时其访问页面次序

为：

（1）1、4、3、1、2、5、1、4、2、1、4、5

（2）3、2、1、4、4、5、5、3、4、3、2、1、5

若分配给该作业三个页框，分别采用FIFO和LRU面替换算法，求出各自的缺页中断次数和缺页中断率。

答：

（1）采用FIFO为9次，9/12=75％。

采用LRU为8次，8/12=67％。

（2）采用FIFO和LRU均为9次，9/13=69％。

3一个页式存储管理系统使用FIFO、OPT和LRU页面替换算法，如果一个作业的页面走向为：

（l）2、3、2、l、5、2、4、5、3、2、5、2。

（2）4、3、2、l、4、3、5、4、3、2、l、5。

（3）1、2、3、4、1、2、5、l、2、3、4、5。

当分配给该作业的物理块数分别为3和4时，试计算访问过程中发生的缺页中断次数和缺页中断率。

答：

（l）作业的物理块数为3块，使用FIFO为9次，9/12=75％。

使用LRU为7次，7/12=58％。

使用OPT为6次，6/12==50％。

作业的物理块数为4块，使用FIFO为6次，6/12=50％。

使用LRU为6次，6/12=50％。

使用OPT为5次，5/12=42％。

（2）作业的物理块数为3块，使用FIFO为9次，9/12=75％。

使用LRU为10次，10/12=83％。

使用OPT为7次，7/12=58％。

作业的物理块数为4块，使用FIFO为10次，10/12=83％。

使用LRU为8次，8/12＝66％。

使用OPT为6次，6/12＝50%.

其中，出现了Belady现象，增加分给作业的内存块数，反使缺页中断率上升。

4、在可变分区存储管理下，按地址排列的内存空闲区为：

10K、4K、20K、18K、7K、9K、12K和15K。

对于下列的连续存储区的请求：

（l）12K、10K、9K,

（2）12K、10K、15K、18K试问：

使用首次适应算法、最佳适应算法、最差适应算法和下次适应算法，哪个空闲区被使用？

答：

（1）空闲分区如图所示。

答

分区号

分区长

1

2

3

4

5

6

7

8

10K

4K

20K

18K

7K

9K

12K

15K

1）首次适应算法

12KB选中分区3，这时分区3还剩8KB。

10KB选中分区1，恰好分配故应删去分区1。

9KB选中分区4，这时分区4还剩9KB。

（1）1）first-fit212KB选中分区2，这时分区2还剩288KB。

417KB选中分区5，这时分区5还剩183KB。

112KB选中分区2，这时分区2还剩176KB。

426KB无分区能满足，应该等待。

2）best-fit212KB选中分区4，这时分区4还剩88KB。

417KB选中分区2，这时分区2还剩83KB。

112KB选中分区3，这时分区3还剩88KB。

426KB选中分区5，这时分区5还剩174KB。

3）worst-fit212KB选中分区5，这时分区5还剩388KB。

417KB选中分区2,这时分区2还剩83KB。

112KB选中分区5，这时分区5还剩176KB。

426KB无分区能满足，应该等待。

（2）对于该作业序列，best-fit算法能最有效利用内存

6、一个32位地址的计算机系统使用二级页表，虚地址被分为9位顶级页表，11位二级页表和偏移。

试问：

页面长度是多少？

虚地址空间共有多少个页面？

答：

由于32-9-11＝12，所以，页面大小为4KB，页面的个数为220个。

7、一进程以下列次序访问5个页：

A、B、C、D、A、B、E、A、B、C、D、E：

假定使用FIFO替换算法，在内存有3个和4个空闲页框的情况下，分别给出页面替换次数。

答：

内存有3个和4个空闲页框的情况下，页面替换次数为9次和10次。

出现了Belady即现象，增加分给作业的内存块数，反使缺页中断率上升。

8、某计算机有缓存、内存、辅存来实现虚拟存储器。

如果数据在缓存中，访问它需要Ans；如果在内存但不在缓存，需要Bns将其装入缓存，然后才能访问；如果不在内存而在辅存，需要Cns将其读入内存，然后，用Bns再读入缓存，然后才能访问。

假设缓存命中率为（n-1）/n，内存命中率为（m-1）/m，则数据平均访问时间是多少？

答：

数据在缓存中的比率为：

（n-1）/n

数据在内存中的比率为：

（1-（n-1）/n）×（m-1）/m=（m-1）/nm

数据在辅存中的比率为：

（1-（n－1）/n）×（1－（m－1）/m）1/nm

故数据平均访问时间是＝（（n-1）/n）×A+（（1-（n-1）/n）×（m-1）/m）×（A+B）+（（1-（n-1）/n）×（1-（m-1）/m））×（A+B+C）=A+B/n+C/nm

9、某计算机有cache、内存、辅存来实现虚拟存储器。

如果数据在cache中，访问它需要20ns；如果在内存但不在cache，需要60ns将其装入缓存，然后才能访问；如果不在内存而在辅存，需要12us将其读入内存，然后，用60ns再读入cache，然后才能访问。

假设cache命中率为0.9，内存命中率为0.6，则数据平均访问时间是多少（ns）?

答：

506ns。

10有一个分页系统，其页表存放在主存里，

（1）如果对内存的一次存取要1.2微秒，试问实现一次页面访问的存取需花多少时间？

（2）若系统配置了联想存储器，命中率为80%，假定页表表目在联想存储器的查找时间忽略不计，试问实现一次页面访问的存取时间是多少？

答：

（1）2.4微秒

（2）0.8×1.2+0.2×2.4=0.76+0.45=1.24微秒

11给定段表如下：

段号

段首址

段长

0

219

600

1

2300

14

2

90

100

3

1327

580

4

1952

96

给定地址为段号和位移：

1）[0,430]、2）[3,400］、3）[1,1］、4）[2,500］、5）[4,42），试求出对应的内存物理地址。

答：

1）6492）17273）23014）越界5）1994

12、某计算机系统提供24位虚存空间，主存为218B，采用分页式虚拟存储管理，页面尺寸为1KB。

假定用户程序产生了虚拟地址11123456（八进制），而该页面分得块号为100（八进制），说明该系统如何产生相应的物理地址及写出物理地址。

答：

虚拟地址11123456（八进制）转化为二进制为：

001001001010011100101110

其中前面为页号，而后10位为位移：

00100100101001-------1100101110。

由于主存大小为218B，页面尺寸为1KB，所以，主存共有256块。

所以，块号为100（八进制）是合法地址，于是，物理地址为100（八进制）与位移1100101110并接，得到：

八进制物理地址0010000001100101110==201456（八进制）。

13主存中有两个空间区如图所示，

100K

50K

0K

15K

125K

现有作业序列依次为：

Job1要求30K;Job2要求70K;Job3要求50K；使用首次适应、最坏适应和最佳适应算法处理这个作业序列，试问哪种算法可以满足分配？

为什么？

答：

首次适应、最坏适应算法处理这个作业序列可以满足分配，最佳适应算法不行。

因为后者会分割出无法使用的碎片，浪费内存，从而，不能满足所有作业的内存需求。

14设有一页式存储管理系统，向用户提供的逻辑地址空间最大为16页，每页2048字节，内存总共有8个存储块。

试问逻辑地址至少应为多少位？

内存空间有多大？

答：

逻辑地址211×24，故为15位。

内存大小为23×211=214B=16KB。

15、在一分页存储管理系统中，逻辑地址长度为16位，页面大小为4096字节，现有一逻辑地址为ZF6AH，且第0、1、2页依次存在物理块10、12、14号中，问相应的物理地址为多少？

答：

因为逻辑地址长度为16位，而页面大小为4096字节，所以，前面的4位表示页号。

把ZF6AH转换成二进制为：

0010111101101010，可知页号为2。

故放在14号物理块中，写成十六进制为：

EF6AH。

16有矩阵：

VARA:

ARRAY[1…100,1…100]OFinteger；元素按行存储。

在一虚存系统中，采用LRU淘汰算法，一个进程有3页内存空间，每页可以存放200个整数。

其中第1页存放程序，且假定程序已在内存。

程序A:

FORi:

=1TO100DO

FORj:

=1TO100DO

A[i，j]:

=0;

程序B:

FORj:

=1TO100DO

FORi:

=1TO100DO

A[i,j]:

=0;

分别就程序A和B的执行进程计算缺页次数。

答：

100*100=10000个数据，每页可以存放200个整数，故一共存放在50个第99行、第100行缺页中断为5000次。

由于元素按行存储，第1行、第2行放在第1页，…第99行、第100行放在第50页。

故对于程序A，缺页中断为50次。

对于程序B，缺页中断为5000次。

17、一台机器有48位虚地址和32位物理地址，若页长为8KB，问页表共有多少个页表项？

如果设计一个反置页表，则有多少个页表项？

答：

因为页长8KB占用13位，所以，页表项有235个。

反置页表项有219个。

18在虚拟页式存储管理中，为解决抖动问题，可采用工作集模型以决定分给进程的物理块数，有如下页面访问序列：

……25

1633789162343434443443……

|

△t1

||

△t2

|

窗口尺寸△＝9，试求t1、t2时刻的工作集。

答：

t1时刻的工作集为：

{l,2,3,6,7,8,9｝。

t时刻的工作集为：

{3,4｝。

19有一个分页虚存系统，测得CPU和磁盘的利用率如下，试指出每种情况下的存在问题和可采取的措施：

（1）CPU利用率为13%，磁盘利用率为97%

（2）CPU利用率为87%，磁盘利用率为3%（3）CPU利用率为13%，磁盘利用率为3％。

答：

（1）系统可能出现抖动，可把暂停部分进程运行。

（2）系统运行正常，可增加运行进程数以进一步提高资源利用率。

（3）处理器和设备和利用率均很低，可增加并发运行的进程数。

20、在一个分页虚存系统中，用户编程空间32个页，页长IKB，主存为16KBo如果用户程序有10页长，若己知虚页0、1、2、3，己分到页框8、7、4、10,试把虚地址OACSH和IACSH转换成对应的物理地址。

答：

虚地址OACSH对应的物理地址为：

12CSH。

而执行虚地址IACSH会发现页表中尚未有分配的页框而发生缺页中断，由系统另行分配页框。

21某计算机有4个页框，每页的装入时间、最后访问时间、访问位R、修改位D如下所示（时间用时钟点数表示）:

pageloadedlastrefRD

012627900

123026010

212027211

316028011

分别用FIFO、LRU、二次机会算法分别淘汰哪一页？

答：

（1）FIFO淘汰page2。

（2）LRU淘汰page1。

（3）二次机会淘汰page1

22考虑下面的程序：

for（i=0;i<20;i++）

For（j=0;j<10;j++）

a[i]:

=a[i]×j

试举例说明该程序的空间局部性和时间局部性。

答：

当数组元素a[0],a[1]，…，a[19]存放在一个页面中时，其空间局部性和时间局部性较好，也就是说，在很短时间内执行都挂行循环乘法程序，而且数组元素分布在紧邻连续的存储单元中。

当数组元素存放在不同页面中时，其时间局部性虽相同，但空间局部性较差，因为处理的数组元素分布在不连续的存储单元中。

23一个有快表的请页式虚存系统，设内存访问周期为1微秒，内外存传送一个页面的平均时间为5毫秒。

如果快表命中率为75%，缺页中断率为10％。

忽略快表访问时间，试求内存的有效存取时间。

答：

快表命中率为75%，缺页中断率为10%，所以，内存命中率为15％。

故内存的有效存取时间＝1×75%+2*15%+（5000+2）*10%=501.25微秒。

24假设某虚存的用户空间为IO24KB，页面大小为4KB，内存空间为512KB。

已知用户的虚页10、11、12、13页分得内存页框号为62、78、25、36，求出虚地址OBEBC（16进制）的实地址（16进制）是多少？

答：

虚地址0BEBC（16进制）的二进制形式为：

00001011111010111100。

由于页面大小为4KB，故其中后12位是位移，所以，虚地址的页号为：

11。

查页表分得内存对应页框号为：

78。

己知内存空间为512KB，故内存共有128个页框，78是合法物理块。

把78化为16进制是4E，虚地址OBEBC（16进制）的实地址（16进制）是：

4EEBC。

25／某请求分页存储系统使用一级页表，假设页表全部放在主存内，:

1）若一次访问主存花120ns，那么，访问一个数据的时间是多少？

2）若增加一个快表，在命中或失误时需有20ns开销，如果快表命中率为80%，则

访问一个数据的时间为

答：

1）120ns*2=240ns

2）（120+20）*80%+（120+120+20）*20%=174ns

26设某系统中作业J.,JZ,J3占用主存的情况如图。

今有一个长度为20k的作业J4要装入主存，当采用可变分区分配方式时，请回答：

（l）J4装入前的主存己分配表和未分配表的内容。

（2）写出装入J4时的工作流程，并说明你采用什么分配算法。

10k18k30k40k54k70k

答：

（1）主存已分配表共有三项，由作业j1、j2、j3占用，长度依次为：

10k、30k和54k未分配表共有三项：

空闲区1、空闲区2和空闲区3，长度依次为18k、40k和70k。

（2）作业J4装入时，采用直接分配，搜索未分配表，空闲区1不能满足。

所以，要继续搜索未分配表，空闲区2可以满足J4的装入要求。

27考虑下列的段表：

段号始址段长:

段号始址段长

0200500

189030

2120100

31250600

4180088

对下面的逻辑地址，求物理地址，如越界请指明。

l）＜0,480>2）3）4）<2,200>5）<3,500>6）<4,100>.

答：

l）680

（2）915（3）904（4）越界（5）1750（6）越界。

28请页式存储管理中，进程访问地址序序列为：

10,11,104,170,73,305,180,240,2科，科5,467,366。

试问

（1）如果页面大小为100，给出页面访问序列。

2、讲程若分3个页框采用

FIFO和LRU替换算法，求缺页中断率？

答：

l）页面访问序列为l,l,2,2,1,4,2,3,3,5,5,4。

2）FIFO为5次，缺页中断率为5/12科41.6％。

LRU为6次，缺页中断率为6/12=50％。

LRU反比FIFO缺页中断率高。

29假设计算机有2M内存，其中，操作系统占用512K，每个用户程序也使用512K内存。

如果所有程序都有70％的I/O等待时间，那么，再增加1M内存，吞吐率增加多少？

答：

由题意可知，内存中可以存放3个用户进程，而CPU的利用率为：

1-（70%）3,=1一（0.7）3=65.7％。

再增加1M内存，可增加2个用户进程，这时CPU的利用率为：

1-（70%）5,=1一（0．7）5＝83.2％。

故再增加1M内存，吞吐率增加了：

83.2％/65.7％-100%=27％。

30一个计算机系统有足够的内存空间存放4道程序，这些程序有一半时间在空闲等待I/O操作。

问多大比例的CPU时间被浪费掉了？

答：

（500%）＝（l/2）=1/16。

31如果一条指令平均需1微秒，处理一个缺页中断另需n微秒，给出当缺页中断每k条指令发生一次时，指令的实际执行时间。

答：

（1+n/k）微秒。

32一台计算机的内存空间为1024个页面，页表放在内存中，从页表中读一个字的开销是50Ons。

为了减少开销，使用了有32个字的快表，查找速度为10Ons。

要把平均开销降到20Ons需要的快表命中率是多少？

答：

设快表命中率是x，则内存命中率为1-x。

于是：

500（1-x）+100x==200，解方程得x=75％。

33假设一条指令平均需花1微秒，但若发生了缺页中断就需2001微秒。

如果一个程序运行了60秒，期间发生了15000次缺页中断，若可用内存是原来的两倍，这个程序坛行需要多少时间？

答：

一个程序运行期间发生了15000次缺页中断，由于缺页中断处理花2000微秒（1微秒是指令执行时间，于是这个程序缺页中断处理花了：

2000微秒米15000=30秒。

占了运行时间60秒的一半。

当可用内存是原来的两倍时，缺页中断次数减为一半，故有巧秒就能处理完。

所以，这个程序运行需要时间为：

45秒。

34在分页式虚存管理中，若采用FIFO替换算法，会发生：

分给作业页面越多，进程执行时缺页中断率越高的奇怪现象。

试举例说明这个现象。

答：

见本章应用题7。

35假设一个任务被划分成4个大小相等的段，每段有8项的页描述符表，若页面大小一为ZKB。

试问段页式存储系统中：

（a）每段最大尺寸是多少？

伪）该任务的逻辑地址空间最大为多少？

（c）若该任务访问到逻辑地址空间5ABCH中的一个数据，试给出逻辑地址的格式。

答：

段数22=4，每段有23=8页，页大小为211=ZKB。

（a）故每段最大为214B=16KB。

伪）逻辑她曳匕勿风爆七尺4又、曰KB=64KB。

（c）若该任务访问到逻辑地址空间SABCH，其二进制表示为：

0101101010111100

所以，逻辑地址表示为：

0101101010111100

SABCH的逻辑地址为：

第1段第3页，位移由后11位给出。

36.对已知某系统页面长4KB，页表项4B，采用多级页表映射64位虚地址空间。

若限定最高层页表占1页，问它可以采用几级页表？

答：

由于页面长4KB，页表项4B，故每页可·包含IKB个页表项。

由于限定最高层页表占1页，即它的页表项为210个；而每个页表项指向一页，每页又存放页表项个数为210个，依此类推，最多可以采用砚巧取整为6级页表。

37在请求分页虚存管理系统中，若驻留集为m个页框，页框初始为空，在长为p的引用串中具有n个不同页面n＞m），对于FIFO、LRU两种页面替换算法，试给出缺页中断的上限和下限，并举例说明。

答：

对于FIFO、LRU两种页面替换算法，缺页中断的上限和下限：

为p和n。

因为有n个不同页面，无论怎样安排，不同页面进入内存至少要产生一次缺页中断，故下限为n次。

由于m

极端情况，访问的页都不在内存，这样共发生了p次缺页中断。

例如，当vm=3，p=12,n=4时，有如下访问中：

1,1,1,2,2,3,3,3,4,4,4,4。

缺页中断为下限4次。

而访问串：

2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1。

缺页中断为上限12次。

38在请求分页虚存管理系统中，页表保存在寄存器中。

若替换一个未修改过页面的缺页中断处理需8毫秒，若替换一个己修改过页面的缺页中断处理需另加写盘时间12毫秒，内存存取周期为1微秒。

假定70％被替换的页面被修改过，为保证有效存取时间不超过2微秒，允许的最大缺页中断率为多少？

答：

设最大缺页中断率为x，则有：

（l-x）*1微秒＋（1-70%）*X*8毫秒＋70%*X*（8+12）=2微秒

即得到-x+2400x+14000x=1，解得：

x约为0.00006。

39若内存按地址递增次序有三个不邻接的空闲区Fl、F2、F3，它们的大小分别是：

50K、120K和25K。

请给出后备作业序列，使得实施分配时：

（l）采用最佳适应算