操作系统第4章测验题.docx

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操作系统第4章测验题

第4章存储器管理

4.1典型例题解读

【例1】某系统采用动态分区分配方式管理内存，内存空间为640K，高端40K用来存放操作系统。

在内存分配时，系统优先使用空闲区低端的空间。

对下列的请求序列：

作业1申请130K、作业2申请60K、作业3申请100K、作业2释放60K、作业4申请200K、作业3释放100K、作业1释放130K、作业5申请140K、作业6申请60K、作业7申请50K、作业6释放60K，请分别画图表示出使用首次适应算法和最佳适应算法进行内存分配和回收后内存的实际使用情况。

首次适应算法

最佳适应算法

动作

已分配分区

（作业，始址，大小）

空闲分区

（始址，大小）

己分配分区

（作业，始址，大小）

空闲分区

（始址，大小）

作业1申请130K

l，0,130

130,470

l，O，130

130,470

作业2申请60K

l，0,130

2,130,60

190,410

1，O，130

2,130,60

190,410

作业3申请100K

1,0,130

2,130,60

3,190,100

290,310

1，O，130

2,130,60

3,190,100

290,310

作业2释放60K

l，0,130

3,190,100

130,60

290,310

l，0,130

3,190,100

130,60

290,310

作业4申请200K

1，O，130

3,190,100

4,290,200

130,60

490,1lO

l，0,130

3,190,100

4,290,200

130,60

490.110

作业3释放100K

l，0，130

4,290,200

130，160

490,110

l，0，130

4,290,200

490，110

130，160

作业l释放130K

4,290,200

0,290

490,110

4,290,200

490,110

0,290

作业5申请140K

4,290,200

5,0,140

140，150

490,110

4,290,200

5,0,140

490，110

140，150

作业6申请60K

4,290,200

5，O，140

6,140,60

200,90

490,110

4,290,200

5,0，140

6,490,60

550,50

140,150

作业7申请50K

4,290,200

5,0,140

6,140,60

7，200,50

250,40

490,110

4,290,200

5，O，140

6,490,60

7,550,50

140,150

作业6释放60K

4,290,200

5,0,140

7,200,50

140,60

250,40

490,110

4,290,200

5,0，140

7,550,50

490,60

140，150

答：

使用首次适应算法和最佳适应算法进行上述内存的分配和回收后，内存的实际使用情况分别如图（a）和（b）所示。

0

作业5

140K

200K

作业7

250K

290K

作业4

490K

600K

OS

640K

（a）

0

作业5

140K

290K

作业4

490K

550K

作业7

600K

OS

640K

（b）

【例2】对一个将页表存放在内存中的分页系统:

（1）如访问内存需要0．2μs，有效访问时间为多少?

（2）如果加一快表，且假定在快表中找到页表项的机率高达90％，则有效访问时间又是多少（假定查快表需花的时间为0）?

答：

（1）有效访问时间为：

2×0．2=0．4μs

（2）有效访问时间为：

0．9×0．2+（1—0．9）×2×0．2＝0．22ps。

【例3】某系统采用页式存储管理策略，拥有逻辑空间32页，每页2K，拥有物理空间1M。

（1）写出逻辑地址的格式。

（2）若不考虑访问权限等，进程的页表有多少项?

每项至少有多少位?

（3）如果物理空间减少一半，页表结构应相应作怎样的改变?

答：

（1）该系统拥有逻辑空间32页，故逻辑地址中页号必须用5位来描述：

而每页为

2K，因此，页内地址必须用11位来描述，这样可得到它的逻辑地址格式如下：

15

11

10

0

页号

页内地址

（2）每个进程最多有32个页面，因此，进程的页表项最多为32项；若不考虑访问权限等，则页表项中只需给出页所对应的物理块块号，1M的物理空间可分成29个内存块，故每个页表项至少有9位

（3）如果物理空间减少一半，则页表中页表项数仍不变，但每项的长度可减少1位。

【例4】已知某分页系统，主存容量为64K，页面大小为1K，对一个4页大的作业，其0、l、2、3页分别被分配到主存的2、4、6、7块中。

（1）将十进制的逻辑地址1023、2500、3500、4500转换成物理地址。

（2）以十进制的逻辑地址1023为例画出地址变换过程图。

答：

（1）对上述逻辑地址，可先计算出它们的页号和页内地址（逻辑地址除以页面大小，得到的商为页号，余数为页内地址），然后通过页表转换成对应的物理地址。

①逻辑地址1023：

1023／1K，得到页号为0，页内地址为1023，查页表找到对应的物理块号为2，故物理地址为2×1K+1023=3071。

②逻辑地址2500：

2500／1K，得到页号为2，页内地址为452，查页表找到对应的物理块号为6，故物理地址为6×IK+452=6596。

③逻辑地址3500：

3500／IK，得到页号为3，页内地址为428，查页表找到对应的物理块号为7，故物理地址为7×1K+428=7596。

④逻辑地址4500：

4500／1K，得到页号为4，页内地址为404，因页号不小于页表长度，故产生越界中断。

（2）逻辑地址1023的地址变换过程如下图所示，其中的页表项中没考虑每页的访问

权限。

【例5】已知某系统页面长4KB，页表项4字节，采用多层分页策略映射64位虚拟地址空间。

若限定最高层页表占1页，问它可以采用几层分页策略。

（浙江大学2000年考题）

答：

由题意，64位虚拟地址的虚拟空间大小为264.页面长为4KB,页表项4字节，所以一个页面可存放1K个表项。

由于最高层页表占1页，也就是说其页表项个数最多为1K个，每一项对应一页，每页又可存放1K个页表项，依次类推可知，采用的分页层数为：

6层。

【例6】对于下表所示的段表，请将逻辑地址（0，137），（1，4000），（2，3600），（5，230）转换成物理地址。

段号

内存始址

段长

O

50K

10K

l

60K

3K

2

70K

5K

3

120K

8K

4

150K

4K

段表

答：

（1）段号0小于段表长5，故段号合法；由段表的第0项可获得段的内存始址为

50K，段长为10K；由于段内地址137，小于段长10K，故段内地址也是合法的，因此可得

出对应的物理地址为50K+137=5l337。

（2）段号l小于段表长，故段号合法；由段表的第l项可获得段的内存始址为60K，段长为3K：

经检查，段内地址4000超过段长3K，因此产生越界中断。

（3）段号2小于段表长，故段号合法；由段表的第2项可获得段的内存始址为70K，段长为5K；故段内地址3600也合法。

因此，可得出对应的物理地址为70K+3600=75280。

（4）段号5等于段表长，故段号不合法，产生越界中断。

【例7】在一个请求分页系统中，假如一个作业的页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5，目前它还没有任何页装入内存，当分配给该作业的物理块数目M为3时，请分别计算采用OPT、LRU和FIFO页面淘汰算法时访问过程中所发生的缺页次数和缺页率。

答：

（1）使用FIFO算法时，访问过程中发生缺页的情况为：

当物理块数目M为3时，缺页次数为9，缺页率为9／12（如下表所示）。

4

3

2

1

4

3

5

4

3

2

1

5

√

√

√

√

√

√

√

√

√

4

4

4

1

1

1

5

5

5

5

5

5

3

3

3

4

4

4

4

4

2

2

2

2

2

2

3

3

3

3

3

1

1

（2）使用OPT算法时，访问过程中发生缺页的情况为：

当物理块数目M为3时，缺页次数为7，缺页率为7／12（如下表所示）。

4

3

2

1

4

3

5

4

3

2

1

5

√

√

√

√

√

√

√

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

3

3

3

3

3

3

3

3

2

1

1

2

1

1

1

5

5

5

5

5

5

（3）使用LRU算法时，访问过程中发生缺页的情况为：

当物理块数目M为3时，缺页次数为lO，缺页率为10／12（如下表所示）。

4

3

2

1

4

3

5

4

3

2

1

5

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

4

4

4

1

1

1

5

5

5

2

2

2

3

3

3

4

4

4

4

4

4

1

1

2

2

2

3

3

3

3

3

3

5

【例8】某页式虚拟存储管理系统的物理空间共3K，页面大小为1K，一进程按下列地址顺序引用内存单元：

3635，3632，1140，3584，2892，3640，0040，2148，1700，2145，3209，0000，1102，1100。

如果上述数字均为十进制数，而内存中尚未装入任何页。

给出使用LRU算法时的缺页次数，并与FIFO时的情况进行比较。

答：

根据题意，分配给作业的内存块数为3，而页面的引用次序为：

3、3、1、3、2、3、O、2、l、2、3、O、l、1。

因此，可以计算出，采用LRU算法时，缺页次数为8，采用FIFO算法时，缺页次数为6。

LRU算法用最近的过去来作为预测最近的将来的依据，一般认为其有较好的性能，但实现时，要记录最近在内存的每个页面的使用情况，比FIFO困难，其开销也大。

有时，因页面的过去和未来的走向之间并无必然的联系，如上面，LRU算法的性能就没有想象中的那么好。

【例9】某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1K，主存16K。

假定某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分配的物理块号为5、10、4、7，而该用户作业的长度为6页，试将十六进制的虚拟地址0A5C、103C、1A5C转换成物理地址。

答：

由题目所给条件可知，该系统的逻辑地址有15位，其中高5位为页号，低10位为页内地址；物理地址有14位，其中高4位为页帧号，低10位为页帧内地址。

另外，由于题目中给出的逻辑地址是十六进制数，故可先将其转换成二进制数以直接获得页号和页内地址，再完成地址的转换

如右图所示，逻辑地址（0A5C）16的页号为（00010）2，即2，故页号合法；从页表中找到对应的内存块号为4，即（0100）2与页内地址（1001011100）2拼接形成物理地址（01001001011100）2即（125C）16。

（2）逻辑地址（103C）16的页号为4，页号合法，但该页未装入内存，故产生缺页中断。

（3）逻辑地址（1A5C）16的页号为6，为非法页号，故产生越界中断。

【例10】现有一请求调页系统，页表保存在寄存器中。

若有一个被替换的页未被修改过，则处理一个缺页中断需要8ms；若被替换的页已被修改过，则处理一个缺页中断需要20ms。

内存存取时间为lμs，访问页表的时间可忽略不计。

假定70％被替换的页被修改过，为保证有效存取时间不超过2μs，可接受的最大缺页率是多少?

答：

如果用p表示缺页率，则有效存取时间不超过2us可表示为：

（1-p）×1μs+p×（0．7×20ms+0．3×8ms+lμs）≤2μs

因此可计算出：

p≤1/16400≈0.00006

即可接受的最大缺页率为0．00006。

【例10】假如一个程序的段表如下表所示，其中合法位为1表示段在内存，存取控制字段中w表示可写，R表示可读，E表示可执行。

对下面的指令，在执行时会产生什么样的结果?

段号

合法位

内存始址

段长

保护码

其他信息

O

0

500

100

W

l

1

1000

30

R

2

1

3000

200

E

3

1

8000

80

R

4

0

5000

40

R

（1）STORER1，[0，70]

（2）STORER1,[1，20]

（3）LOADR1,[3，20]

（4）LOADR1,[3，100]

（5）JMP[2，100]

答：

（1）指令STORER1，[O，70]。

从段表的第0项可读出第0段的合法位为0，表示相应段未装入内存，因此地址变换机构将产生一缺段中断，以请求OS将其调入内存。

（2）指令STORERl，[1，20]。

从段表的第1项可以看出，虽然指令中的逻辑地址合法，段也已在内存，但本指令对内存的访问方式（写）与保护码字段（只读）不符，故硬件将产生保护性中断信号。

（3）LOADR1,[3，20]。

从段表的第3项可读出第3段的合法位为1，内存始址为8000，段长为80，存取控制为R，因此，逻辑地址合法，访问方式也合法，形成物理地址8020后，指令将把该单元的内容读到寄存器R1中。

（4）指令LOADR1,[3，100]。

从段表的的第3项可读出第3段的合法位为l，内存始址为8000，段长为80，存取控制为R，因此，指令的逻辑地址中段内地址超过了段长，地址变换机构将产生越界中断信号。

（5）指令JMP[2，100]。

从段表的第2项可读出第2段的合法位为1，内存始址为3000，段长为200，访问权限为E，因此逻辑地址与访问方式都合法，形成物理地址3100，指令执行后，将跳转到内存单元3100处继续执行。

4.2练习题及答案

一、单项选择题

1．位示图法可用于（）。

A.页式虚拟存储管理中页面置换

B.可变式分区存储管理中空闲区的分配和回收

C.分页式存储管理中主存空闲块的分配和回收

D.文件目录的查找

2．下列（）存储方式不能实现虚拟存储器。

A.分区B.页式C.段式D.段页式

3．操作系统处理缺页中断时，选择一种好的调度算法对主存和辅存中的信息进行高效调度尽可能地避免（）。

A.碎片B.CPU空闲C.多重中断D.抖动

4．可变分区存储管理系统中，若采用最佳适应分配算法，“空闲区表”中的空闲区可按（）顺序排列。

A.长度递增B.长度递减C.地址递增D.地址递减

5．分页式存储管理的主要特点是（）。

A.要求处理缺页中断

B.要求扩充主存容量

C.不要求作业装入到主存的连续区域

D.不要求作业全部同时装人主存

6．LRU页面调度算法淘汰（）的页。

A.最近最少使用B.最近最久未使用

C.最先进入主存D.将来最久使用

7．虚拟存储技术是（）。

A.扩充主存物理空间技术B.扩充主存逻辑地址空间技术

C.扩充外存空间的技术D.扩充输入/输出缓冲区技术

8．虚拟存储器实际容量受（）限制。

A.物理主存的大小B.计算机的地址结构

C.磁盘容量D.数据存放的绝对地址

9．分区分配内存管理方式的主要保护措施是（）。

A.界地址保护B.程序代码保护C.数据保护D.栈保护

10．页面置换算法中（）不是基于程序执行的局部性理论。

A.先进先出调度算法B.LRU

C.LFUD.最近最不常用调度算法

11．在存储管理中，采用覆盖与交换技术的目的是（）。

A.节省主存空间B.物理上扩充主存容量

C.提高CPU的效率D.实现主存共享

12．分页虚拟存储管理中，缺页中断时，欲调度一页进入主存中，内存己无空闲块，如何决定淘汰已在主存的块时，（）的选择是很重要的。

A.地址变换B.页面置换算法

C.对换方式D.覆盖技术

13．动态重定位技术依赖于（）。

A.重定位装入程序B.重定位寄存器

C.地址结构D.目标程序

14．很好地解决了“零头”问题的存储管理方法是（）。

A.分页存储管理方式B.分段存储管理方式

C.多重分区管理D.可变式分区管理

15．某基于动态分区存储管理的计算机，其主存容量为55mb（初试为空间），采用最佳适配（Bestfit）算法，分配和释放的顺序为：

分配15mb，分配30mb，释放15mb，分配8mb，此时主存中最大空闲分区的大小是（）

A.7mbB.9mbC.10mbD.15mb

16．系统“抖动”现象的发生是由（）引起的。

A.交换的信息量过大B.置换算法选择不当

C.内存容量不足D.请求分页管理方案

17．在可变分区存储管理中，某作业完成后要收回其主存空间，该空间可能与相邻空闲区合并，修改空闲区表使空闲区始址改变但空闲区数不变的是（）情况。

A.有上邻空闲区也有下邻空闲区B.有上邻空闲区但无下邻空闲区

C.无上邻空闲区但有下邻空闲区D.无上邻空闲区且也无下邻空闲区

18．可变分区管理中，首次适应分配算法可将空闲区表中的空闲区栏目按（）顺序排列。

A.地址递增B.长度递增

C.地址递减D.长度递减

19．一个分段存储管理系统中，地址长度为32位，其中段号占8位，则段长最大（）。

A.2的8次方字节B.2的16次方字节

C.2的24次方字节D.2的32次方字节

20．存储管理主要管理的是（）。

A.外存存储器用户区B.外存存储器系统区

C.主存储器用户区D.主存储器系统区

21．虚拟存储管理系统的基础是程序的（）理论。

A.全局性B.虚拟性C.局部性D.动态性

22．下述（）页面置换算法会产生Belady现象。

A.最佳置换算法B.先进先出算法

C.LRU算法D.Clock算法

23．作业执行中发生了缺页中断，经操作系统处理后，应让其执行（）指令。

A.被中断的前一条B.被中断的后一条

C.被中断的D.启动时的第一条

24．可变分区方式常用的主存分配算法中，（）总是找到能满足作业要求的最小空闲区分配。

A.最佳适应算法B.首次适应算法

C.最坏适应算法D.循环首次适应算法

25．可变分区方式常用的主存分配算法中，（）总是找到能满足作业要求的最大空闲区分配。

A.最佳适应算法B.首次适应算法

C.最坏适应算法D.循环首次适应算法

26．段页式存储管理中，地址映射表是（）。

A.每个作业或进程一张段表，两张页表

B.每个作业或进程的每个段一张段表，一张页表

C.每个作业或进程一张段表，每个段一张页表

D.每个作业一张页表，每个段一张段表

27．采用（）不会产生内部碎片

A.分页存储管理B.分段存储管理

C.固定分区存储管理D.段页式存储管理

28．在请求分页存储管理中，若采用FIFO页面淘汰算法，则当分配的页面数增加时，缺页中断的次数（）。

A.减少B.增加

C.无影响D.可能增加也可能减少

29．段式存储管理中，处理零头问题可采用（）方法。

A.重定位B.拼接C.Spooling技术D.覆盖技术

30．适合多道程序运行的存储管理中，存储保护是为了（）。

A.防止一个作业占用同一个分区B.防止非法访问磁盘文件

C.防止非法访问磁带文件D.防止各道作业相互干扰

二、填空题

1．在存储器管理中，页是信息的_________单位，段是信息的__________单位。

页面大小由__________确定，段的大小由____________确定。

2．如果一个程序为多个进程所共享，那么该程序的代码在执行的过程中不能被修改，即程序应该是。

3．将作业地址空间中的逻辑地址转换为主存中的物理地址的过程称为。

4．为了解决碎片问题，可采用一种方法，将内存中的所有作业进行移动，使原来分散的多个小分区拼接成一个大分区，这种方法称为。

6．页表的作用是。

7．程序执行的局部性原理体现在局部性和局部性两个方面。

8．在分页虚拟存储管理方式中，常采用的页面置换算法有：

，淘汰不再使用或最远的将来才使用的页；，选择淘汰在主存驻留时间最长的页；，选择淘汰离当前时刻最近的一段时间内使用得最少的页。

9．所谓虚拟存储器是指具有功能和功能，能从上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。

10．在分页存储管理方式中，当要按照给定的逻辑地址进行读/写时，需要次访问内存。

11．可变分区中为提高主存利用率，采用技术，但这样做花费处理器时间，增加系统开销。

12．可变分区存储管理中主存预先不分区，作业装入主存时，在主存用户空闲区内划分出一块与大小适合的连续区域装入。

13．段页式存储管理兼顾了在逻辑上清晰和存储管理上方便的优点。

14．页面调度算法的选择是很重要的，如果选用了一个调度算法就会出现这样的现象，刚被淘汰的页面又立即要用，把它调入，不久又被调出，调出不久又再次调入，如此反复，使调度时间非常频繁，以致大部分时间都花费在来回调度上，这种现象叫做，又称。

15．页式存储管理中，进行存储分配时，以为单位进行分配，采用不连续的分配办法，作业信息可以按分散在主存不连续的中。

16.在一个采用页式虚拟存储管理的系统中，某进程依次要访问的字地址序列是：

115，228，120，88，446，102，321，432，260，167，若作业的第0页已经装入主存，现分配给该作业的主存共300字，页的大小为100字，回答下列问题：

（1）按FIFO调度算法将产生次缺页中断，依次淘汰页号为。

（2）按LRU调度算法将产生次缺页中断，依次淘汰页号为。

三、问答题

1．简述页和段的区别。

2．什么是虚拟存储器？

如何实现分页虚拟存储管理系统？

3．采用请求分页虚拟存储管理的系统，接收了一个共7页的作业，作业执行时依次访问的页为1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6。

若采用最近最少用（LRU）调度算法，作业在得到两块主存空间和四块主存空间时各会产生缺页中断？

如果采用先进先出（FIFO）调度算法又会有怎样的结果？

4．有一个程序要把100×100数组置初值为“0”，现假定有两个主存块可用来存放数组信息，主存块的大小为可存放200个数组元素，数组中的元素按行编址。

两个主存块的初始状态都为空，若编程编制如下：

①VarA:

arrary[1..100]ofarray[1..100]ofinteger。

forj:

=1to100do

fori:

=1to100do

A[i,j]:

=0。

②VarA:

arrary[1..100]ofarray[1..100]ofinteger。

fori:

=1to100do

forj:

=1to100do

A[i,j]:

=0。

当采用LR