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　　第3章 習(xí)題解答

　　1.解釋下列術(shù)語

　　邏輯地址；絕對地址；地址轉(zhuǎn)換

　　答：邏輯地址：對于用戶來說，他無須知道自己的作業(yè)究竟是在主存的什么位置，他們可以認(rèn)為自己的程序和數(shù)據(jù)就是放在從0地址開始一組連續(xù)的地址空間中，這個(gè)地址空間是程序用來訪問信息所用的一系列連續(xù)地址單元的集合，該地址空間就是邏輯地址空間。邏輯地址空間中，地址單元的編號稱為邏輯地址。

　　絕對地址：主存也被按照連續(xù)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行編號，絕對地址空間就是主存中一系列連續(xù)存儲(chǔ)信息的物理單元的集合，也稱絕對地址空間為存儲(chǔ)地址空間或物理地址空間。絕對地址空間中物理單元的編號稱為絕對地址。  地址轉(zhuǎn)換：由于一個(gè)作業(yè)裝入到與其邏輯地址空間不一致的絕對地址空間，使得邏輯地址與絕對地址不同，而引起的對有關(guān)地址部分的調(diào)整，即邏輯地址轉(zhuǎn)換成絕對地址的過程稱為重定位，也稱為地址轉(zhuǎn)換。

　　2.存儲(chǔ)保護(hù)的目的是什么？怎樣實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)？

　　答：存儲(chǔ)保護(hù)的目的就是為了保護(hù)主存中各區(qū)域內(nèi)的信息不被破壞，它包括存儲(chǔ)的權(quán)限，存儲(chǔ)不可跨越區(qū)域等等。為實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)，必須由硬件和軟件配合實(shí)現(xiàn)。比如在頁式管理中，要由操作系統(tǒng)提供頁表，硬件機(jī)構(gòu)確定頁的使用必須是安全的，如不能訪問不屬于自己的頁等。

　　3.什么叫重定位？重定位的方式有哪兩種？比較它們的不同。

　　答：由于一個(gè)作業(yè)裝入到與其邏輯地址空間不一致的絕對地址空間，使得邏輯地址與絕對地址不同，而引起的對有關(guān)地址部分的調(diào)整，即邏輯地址轉(zhuǎn)換成絕對地址的過程稱為重定位，也稱為地址轉(zhuǎn)換。

　　重定位有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況。

　　所謂靜態(tài)重定位是在裝入一個(gè)作業(yè)的時(shí)候，把作業(yè)中的指令地址和數(shù)據(jù)地址全部一次性地轉(zhuǎn)換成絕對地址。

　　所謂動(dòng)態(tài)重定位是由軟件和硬件相配合來實(shí)現(xiàn)的。地址重定位不再是裝入的時(shí)候一次完成了，而是設(shè)置一個(gè)基址寄存器，裝入作業(yè)的時(shí)候，將作業(yè)在主存區(qū)域的首地址放入到基址寄存器中。作業(yè)執(zhí)行的時(shí)候，由硬件的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)地對地址進(jìn)行轉(zhuǎn)換，執(zhí)行指令的時(shí)候，只要將邏輯地址加上基址寄存器的內(nèi)容，就得到了絕對地址。

　　靜態(tài)重定位和動(dòng)態(tài)重定位的不同在于：①靜態(tài)重定位是在作業(yè)裝入的時(shí)候一次完成，動(dòng)態(tài)重定位是在作業(yè)執(zhí)行時(shí)再實(shí)現(xiàn)的。②靜態(tài)重定位是軟件支持的，動(dòng)態(tài)重定位是硬件和軟件合作實(shí)現(xiàn)的。③靜態(tài)重定位不能實(shí)現(xiàn)主存的移動(dòng)，而動(dòng)態(tài)重定位可以。④動(dòng)態(tài)重定位還可能提供虛擬存儲(chǔ)空間。

　　4.比較固定分區(qū)、可變分區(qū)和頁式存儲(chǔ)管理的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　答：固定分區(qū)優(yōu)點(diǎn)：

　　①能支持多道程序設(shè)計(jì)。

　　②無需專門的硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。

　　缺點(diǎn)：

　　①主存利用率不算太高，分配中出現(xiàn)內(nèi)部零頭問題。

　　②分區(qū)大小固定不靈活，不能為程序動(dòng)態(tài)申請內(nèi)存。

　　③不具備虛擬存儲(chǔ)能力。

　　可變分區(qū)優(yōu)點(diǎn)：

　　①支持多道程序設(shè)計(jì)。

　　②沒有內(nèi)部零頭問題，主存利用率比固定分區(qū)高。

　　③采用移動(dòng)技術(shù)后可以滿足正在執(zhí)行的作業(yè)的主存擴(kuò)充的要求。

　　缺點(diǎn)：

　　①動(dòng)態(tài)重定位和保護(hù)措施需要硬件機(jī)構(gòu)支持，成本高。

　　②由于有外部零頭，所以主存利用率依然不算很高。

　　③移動(dòng)技術(shù)開銷很大。

　　④每次必須將作業(yè)完整調(diào)入并連續(xù)存放，主存利用率不高。

　　⑤不具備虛擬存儲(chǔ)能力。

　　頁式存儲(chǔ)管理優(yōu)點(diǎn)：

　　①支持多道程序設(shè)計(jì)

　　②解決了外部零頭問題，內(nèi)部零頭大大減少（一個(gè)作業(yè)平均只有50％頁面大小的內(nèi)部零頭）主存利用率比較高。

　　③用戶作業(yè)無需在主存中連續(xù)存放，提高主存的利用率。

　　④如果是分頁虛擬存儲(chǔ)管理，可以提供大容量的多個(gè)虛擬存儲(chǔ)器，主存利用率更高了。

　　缺點(diǎn)：

　　①動(dòng)態(tài)重定位和保護(hù)措施需要硬件機(jī)構(gòu)支持，成本高；

　　②采用頁表，占用了一部分主存空間和處理機(jī)時(shí)間。

　　③分頁虛擬存儲(chǔ)管理中，增加了缺頁中斷的處理，增加了系統(tǒng)開銷。

　　5.采用可變分區(qū)方式管理主存時(shí)，為什么要引人移動(dòng)技術(shù)？

　　答：采用移動(dòng)技術(shù)可以使分散的主存空閑區(qū)集中以滿足分配要求，采用移動(dòng)技術(shù)后可允許作業(yè)執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)擴(kuò)充主存區(qū)域。

　　6.頁式存儲(chǔ)管理中為什么要設(shè)置頁表？

　　答：因?yàn)轫撌焦芾頃r(shí)把作業(yè)分散在主存中的不連續(xù)塊中存放，必須通過頁表來建立邏輯地址中的頁號到絕對地址中的塊號的映射，作為硬件進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換的依據(jù)。

　　7.頁式存儲(chǔ)管理中頁面大小是根據(jù)什么決定的？頁表的長度又是根據(jù)什么決定的？

　　答：頁面的大小是由地址結(jié)構(gòu)決定的。頁表的長度是由作業(yè)的信息量決定的，作業(yè)有多少頁，頁表中就有多少個(gè)記錄項(xiàng)。

　　8.敘述頁式存儲(chǔ)管理中地址轉(zhuǎn)換過程。

　　答：首先，操作系統(tǒng)為每個(gè)作業(yè)創(chuàng)建一張頁表，它建立了邏輯地址中的頁號到絕對地址中的塊號的映射。然后，借助于硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，在作業(yè)執(zhí)行過程中，每執(zhí)行一條指令時(shí)，按邏輯地址中的頁號查頁表得到對應(yīng)的塊號，再根據(jù)公式“絕對地址=塊號×塊長+頁內(nèi)地址”換算出欲訪問的主存單元的絕對地址。

　　9.什么叫虛擬存儲(chǔ)器？

　　答：根據(jù)程序執(zhí)行的互斥性和局部性兩個(gè)特點(diǎn)，我們允許作業(yè)裝入的時(shí)候只裝入一部分，另一部分放在磁盤上，當(dāng)需要的時(shí)候再裝入到主存，這樣以來，在一個(gè)小的主存空間就可以運(yùn)行一個(gè)比它大的作業(yè)。同時(shí)，用戶編程的時(shí)候也擺脫了一定要編寫小于主存容量的作業(yè)的限制。也就是說，用戶的邏輯地址空間可以比主存的絕對地址空間要大。對用戶來說，好象計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有一個(gè)容量很大的主存儲(chǔ)器，稱為“虛擬存儲(chǔ)器”。

　　10.敘述頁式存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器的基本思想。

　　答：基本思想是：只需將作業(yè)的全部信息作為副本存放在磁盤上，作業(yè)被調(diào)度投入到運(yùn)行時(shí)，至少把第一頁信息裝入主存儲(chǔ)器，在作業(yè)執(zhí)行過程中訪問到不在主存儲(chǔ)器的頁的時(shí)候，再把它們裝入到主存。

　　11.采用可變分區(qū)方式管理主存時(shí)，能實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器嗎？為什么？

　　答：不可以，因?yàn)榭勺兎謪^(qū)每次必須將作業(yè)完整調(diào)入并連續(xù)存放，這不適合虛擬存儲(chǔ)的要求。同時(shí)，可變分區(qū)的硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)把絕對地址超出限定范圍時(shí)作地址錯(cuò)處理，而不是產(chǎn)生“缺分區(qū)中斷”。

　　12.什么叫“抖動(dòng)”？怎樣衡量頁面調(diào)度算法的好壞？

　　答：如果選用了一個(gè)不合適的調(diào)度算法，就會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：剛被淘汰了的頁面又立即要用，又要把它調(diào)入進(jìn)來，而調(diào)入不久又被調(diào)出，調(diào)出不久再次被調(diào)入，如此反復(fù)，使得調(diào)度非常頻繁，以至于大部分時(shí)間都花費(fèi)在來回調(diào)度上。這種現(xiàn)象叫“抖動(dòng)”。一個(gè)好的調(diào)度算法應(yīng)減少和避免抖動(dòng)現(xiàn)象。

　　13.假定某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存容量為32K，對主存采用動(dòng)態(tài)定位可變分區(qū)分配算法。現(xiàn)在已經(jīng)有3個(gè)作業(yè)在主存儲(chǔ)器中（如圖），當(dāng)作業(yè)J2執(zhí)行時(shí)，要求擴(kuò)充3K作業(yè)，為了滿足作業(yè)J2這一要求，應(yīng)移動(dòng)幾道作業(yè)的信息？寫出它們的次序、方向和距離。

　　答：因?yàn)椴捎每勺兎謪^(qū)的管理方式，要求作業(yè)的邏輯地址空間是連續(xù)的，并且主存空間也是連續(xù)的。因此，作業(yè)J2要求擴(kuò)充的主存區(qū)域應(yīng)該在原占有區(qū)域之后，于是必須通過移動(dòng)來集中空閑區(qū)以供J2擴(kuò)充之需。移動(dòng)的方法有兩種：

　　①先把J1向上移動(dòng)1K再把J2向上移動(dòng)2K.

　　②J3向下移動(dòng)2K.

　　顯然，第二種方法只要進(jìn)行一次移動(dòng)，明顯比第一種方法好。

　　14.某采用頁式存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)，接收了一共7頁的作業(yè)，作業(yè)執(zhí)行時(shí)依次訪問的頁為：l、2、3、4、2、1、5、6、2、1、2、3、7.若把開始4頁先裝入主存，若分別用先進(jìn)先出（FIFO）調(diào)度算法和最近最少用（LRU）調(diào)度算法，作業(yè)執(zhí)行時(shí)回產(chǎn)生多少次缺頁中斷？寫出依次產(chǎn)生缺頁中斷后應(yīng)淘汰的頁。

　　答：采用先進(jìn)先出調(diào)度算法會(huì)產(chǎn)生 6次缺頁中斷，依次淘汰的頁是 1、2、3、4、5、6.

　　采用最近最少用調(diào)度算法會(huì)產(chǎn)生4次缺頁中斷，依次淘汰的頁是3、4、5、6.

　　15.某采用頁式存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)，把主頁分成大小為128的相等長度的塊。有一個(gè)用戶要把一個(gè) 128 × 128的數(shù)組置成初值“0”，在分頁時(shí)把數(shù)組中的元素每一行放在一頁中，假定分給用戶可用來存放數(shù)組信息的工作區(qū)只有一塊（既只能放數(shù)組中的一行元素）。用戶編制了如下兩個(gè)不同的程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)組的初始化：

　　l）var A：array[ 1.。128]of array［l.。128」of integer；

　　for j ：=1 to 128

　　do for i：=1 to 128

　　do A[j：]=0；

　　2）var A：array［1.。128」of array［1.。128」Of integer；

　　for i：=1 to 128

　　do for j：=1 to 128

　　do A[j]：=0；

　　當(dāng)分別運(yùn)行這兩個(gè)程序時(shí)，在實(shí)現(xiàn)數(shù)組初始化的過程中各會(huì)產(chǎn)生多少次缺頁中斷？

　　答：假定數(shù)組的第一行元素已經(jīng)存放在了一個(gè)主存塊中，由于分頁進(jìn)把數(shù)組中的元數(shù)每一行放在一頁中，所以每次i+1的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生缺頁中斷。這樣一來，按1）編制的程序，每執(zhí)行一次A[j]：=0 就會(huì)產(chǎn)生一次缺頁中 斷，于是總共產(chǎn)生（128×128-1）次缺頁中斷。而2）編制的程序執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生（128-1）次缺頁中斷。