考研操作系统内存与虚拟三.docx
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考研操作系统内存与虚拟三
考研操作系统-内存与虚拟（三）
（总分：
212.00，做题时间：
90分钟）
一、判断题（总题数：
11，分数：
44.00）
1.页式存储管理中，用户应将自己的程序划分成若干大小相等的页面。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
用户无需将程序划分为页面，这个工作由操作系统自动完成。
判断下面关于存储器管理功能的论述是否正确：
（分数：
8.00）
（1）.即使在多道程序设计环境下，用户也能设计用内存物理地址直接访问内存的程序。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
在多道编程时，用户可使用汇编指令或其他特殊指令来分配使用物理内存空间。
（2）.为了提高内存保护的灵活性，内存保护通常由软件实现。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
内存保护通常由硬件实现，目的是提高内存访问的效率。
（3）.交换技术已不是现代操作系统中常用的一种技术。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
现代的段式或段页式存储管理仍然使用交换技术。
（4）.虚拟存储器能在物理上扩充内存容量。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
虚拟存储器并不增加物理上的内存容量，而是增加虚存容量。
2.按最先适应算法分配的分区，一定与作业要求的容量大小最接近。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
该算法是分配第一个能够容纳作业的分区，而这个分区并不一定与作业要求的容量大小最接近。
3.对于请求分页式存储管理系统，若把页面的大小增加一倍，则缺页中断次数会减少一半。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
页面大小的增加可导致缺页次数的减少，但它们之间的数量关系却并不清楚。
4.在一个分页系统中，根据需要，页面的大小可以不相等。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
页面确实可以依据需要进行调整，但一个系统同时使用几种页面尺寸容易导致管理复杂，因此并不常用。
判断以下有关可变分区管理的说法是否正确：
（分数：
8.00）
（1）.最差适应算法总是挑选最大的空闲区用于分割，使得剩下的分区仍可使用。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
（2）.可变分区管理常采用的内存分配算法包括最先适应、最佳适应和最差适应算法。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
（3）.最先适应算法实现简单，但碎片过多使内存空间利用率降低。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
最先适应算法在实际中效果不错，碎片较少。
（4）.最佳适应算法是最好的算法，但后到的较大作业很难得到满足。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
最佳适应算法满足大作业的能力不错，但碎片较多。
判断下面关于重定位的说法是否正确：
（分数：
8.00）
（1）.绝对地址是内存空间的地址编号。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
绝对地址就是物理内存地址，即内存空间的地址编号。
（2）.用户程序中使用的从0地址开始的地址编号是逻辑地址。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
用户编程空间是虚拟地址空间，里面的每个地址都是逻辑地址，编号从0开始。
（3）.动态重定位中装入内存的作业仍保持原来的逻辑地址。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
动态重定位装入的作业保持原来的逻辑地址，但在执行时这些逻辑地址需要被转换为内存物理地址才能真正使用。
（4）.静态重定位中，地址转换工作是在作业装入过程中完成的。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
静态重定位在装入过程完成地址转换。
判断下面关于分页系统的页面大小的说法是否正确：
（分数：
6.00）
（1）.页面大的好处是页表较小。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
页面大可减少虚拟空间的页面数，从而减少页表尺寸。
（2）.页面小的好处是可以减少由内部碎片引起的内存浪费。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
内部碎片一般为最后一个页面的一半，页面越小，浪费越小。
（3）.通常，影响磁盘访问时间的主要因素不在于页面的大小，所以使用时可优先考虑大的页面。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
磁盘访问时间主要是寻道和旋转时间，与页面大小关系不大。
5.段页式结合了段式和页式的优点，所以段页式的内部碎片和页式的一样少。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
段页式由于一个程序分为多段，而每个段都存在内部碎片，因此其碎片将比页式系统多。
6.可变式分区解决了碎片问题。
（分数：
2.00）
A.正确
B.错误 √
解析：
可变式分区通过变换区间的大小，可适当降低碎片问题，但无法从根本上解决碎片问题。
7.可重入代码又称为“纯代码”，是一种允许多个进程同时访问的代码，在执行过程中不允许有任何改变。
（分数：
2.00）
A.正确 √
B.错误
解析：
可重入代码就是允许多个进程同时访问的代码。
它必定不能包括数据，否则一个进程改变了数据，则另外的进程就可能不能正确运行。
二、应用题（总题数：
21，分数：
168.00）
8.在某多道程序系统中，供用户使用的内存空间为100KB，磁带机2台，打印机1台。
系统采用可变式分区分配方式管理内存，对磁带机和打印机采用静态分配方式，并假设输入、输出操作的时间忽略不计。
现有一作业序列如下表所示：
作业
到达时间
计算时间min
要求内存KB
申请磁带机数
申请打印机数
1
8:
00
25
15
1
1
2
8:
20
10
30
1
3
8:
20
20
60
1
4
8:
30
20
20
1
5
8:
35
15
10
1
1
假设作业调度采用先来先服务算法，优先分配内存的低地址区域且不准移动已在内存中的作业，试解答如下问题：
（1）作业的调度顺序是什么?
（2）平均周转时间是多少?
（3）作业什么时候全部执行完成?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（
（1）8:
00作业1首先到达，将获得内存和所需其他资源，即15KB内存、1台打印机、1台磁带机。
20分钟后，作业2、3同时到达，二者中作业2的设备请求不能满足，无法推进。
因此作业3获得所需资源，即60KB内存和1台磁带机。
8:
25时，作业1结束，作业2可以获得其所需的30KB内存和1台打印机，从而往前推进。
8:
30时，作业4到达，但作业2、3仍然在进行，作业4的内存需求不能满足，处于等待状态。
8:
35，作业2结束，作业4可以获得其所需的20KB内存和1台磁带机，往前推进。
此时作业5也到达，其所需资源均能满足，因此也往前推进。
8:
40时，作业3结束。
8:
50，作业5结束，8:
55，作业4结束。
因此，作业调度川页序为：
1、3、2、4、5。
（2）从前面的分析可知，作业1周转时间为25分钟，作业2为15分钟，作业3为20分钟，作业4为25分钟，作业5为15分钟。
平均周转时间为（25+15+20+25+15）/5=20分钟。
（3）从上面的分析可知，作业执行全部结束的时间是8:
55。
）
解析：
9.在一个请求分页存储管理系统中，容量为1MB的主存被划分为256块，每块大小为4KB。
现有一作业，其页表如下表所示。
页号
块号
状态
0
24
0
1
36
0
2
32
0
3
—
1
4
—
1
试问：
（1）若给定逻辑地址为9016（十进制），求其物理地址。
（2）若给定逻辑地址为12300（十进制），其物理地址又如何?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（
（1）主存分成256块，说明一共能存放256个页面。
每块大小为4KB，说明页内地址所占位数为12位。
而十进制地址9016可以表示为：
10001100111000，也就是页面号为2，页内地址为001100111000（十进制的824）。
从页表可知页面2存放在物理内存的块32。
因此，最后的物理地址为：
32×4KB+824=128KB+824。
（2）若给定逻辑地址为12300，按与
（1）中同样的方法处理可得其页号为3。
从页表可知该页未装入主存，因而产生缺页中断。
随后中断处理程序将该页装入主存，然后进行地址变换。
）
解析：
10.有一个系统内存容量为1024KB，有8个作业同时到达，各作业需要的内存量和运行时间如下表所示：
作业编号
需要内存量（KB）
运行时间（s）
1
140
3
2
80
1
3
100
3
4
60
2
5
50
1
6
30
3
7
15
2
8
20
3
假定系统初启时，将内存1024KB按作业的编号顺序分给各道作业，系统有足够多的CPU，分配到内存的作业都可以立即运行。
问：
（1）1s后，内存空白区按首次适应和最佳适应算法的链接方式链接，将如何链接?
（2）2s后，其内存空白区按上述两种算法如何链接?
（3）在
（2）后，此时有一个作业9要求进入内存，它需要的内存量为12KB，按上述两种算法，将把哪一块空白区分给它?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（
（1）由于8个作业同时进入，系统按照作业编号顺序分配内存，所有作业形成一片连续的内存占用空间。
在1s后，作业2和作业5结束，出现两个内存空闲区，如下图所示。
注意上述结果与采用何种适用算法无关。
（2）在2s后，作业4和作业7结束，内存占用和闲置情况如下图所示：
注意上述结果与采用何种适用算法无关。
（3）如果新作业9要进入内存，按照首次适应算法，作业9将进入作业3上面的空闲区，情况如下图所示：
如果采用最佳适应算法，则作业9将进入作业6上面的空闲区，如下图所示：
）
解析：
11.在一个请求分页管理中，一个程序的页面访问顺序为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5。
系统采用的页面替换算法为LRU页面置换算法。
（1）当分配给程序4个存储块时，求出缺页中断的次数。
（2）当分配给程序5个存储块时，求出缺页中断的次数。
（3）以上结果说明了什么?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（当分配给程序4个存储块时，缺页中断情况如下表所示：
时刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
访问页面
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
内存页面
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
4
3
2
1
1
1
5
4
3
缺页
+
+
+
+
+
+
+
+
缺页中断的次数为8次。
（2）当分配给程序5个存储块时，利用LRU页面置换算法缺页中断情况如下表所示：
时刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
访问页面
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
内存页面
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
4
3
2
1
1
1
5
4
3
2
2
2
1
5
4
缺页
+
+
+
+
+
缺页中断的次数为5次。
（3）以上结果说明：
采用LRU页面置换算法的情况下，增加主存容量将降低缺页中断的次数。
）
解析：
12.已知某系统页面长为4KB，页表项为4B，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，问需要采用几层分页策略?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（根据题意，一个页面有记录4KB/4B=1000个。
64位虚拟地址空间共有页面264/4KB=252个。
最高层页表只有1页，则第2层有1000页，第3层有1000000页，到第6层时有页面1015＞252。
因此需要采用6层分页策略。
这个题目也可以这样来解：
由于每层页表的大小都不超过一页，所以每层的页号不超过10位。
由于层数n需要满足不等式10×n+12≥64，所以采用6层。
）
解析：
13.在请求分页存储管理系统中，设一个作业访问页面的序列为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5。
设分配给该作业的存储空间有4块，且最初未装入任何页。
试计算FIFO和LRU算法的失页率。
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（采用FIFO页面置换算法时，该作业运行时缺页情况如下表所示：
时刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
访问页面
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
内存页面
4
3
2
1
1
1
5
4
3
2
1
5
4
3
2
2
2
1
5
4
3
2
1
4
3
3
3
2
1
5
4
3
2
4
4
4
3
2
1
5
4
3
缺页
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
从表中可以看出，缺页中断次数为10；失页率为f=10/12=83%。
采用LRU页面置换算法时，该作业运行时缺页情况如下表所示：
时刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
访问页面
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
内存页面
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
4
3
2
1
1
1
5
4
3
缺页
+
+
+
+
+
+
+
+
从表中可以看出，缺页中断次数为8，失页率为8/12=67%。
）
解析：
14.在页式虚拟存储管理系统中，假定驻留集为M个页帧（初始所有页帧均为空），在长为P的引用串中具有Ⅳ个不同页号（N＞M），对于FIFO和LRU两种页面替换算法，试求出缺页中断的上限和下限，说明理由。
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（不管采用什么替换算法，由于有N个不同的页面，且初始情况下驻留集为M个页帧均为空，因此缺页的下限都是N。
对于FIFO来说，缺页中断的上限出现在以轮转方式访问所有页面时，则每次访问均产生一个缺页中断，即上限为P。
对于LRU替换算法来说，缺页中断上限出现在每次访问的都是前面M个页面以外的页面时，此时每次访问均产生缺页中断，即上限为P。
）
解析：
15.一个计算机有Cache和一个用作虚拟内存的磁盘。
若从Cache中读取一个字所用的时间为Ans，从内存中将一个字读入Cache的时间为Bns，从磁盘中将一个字调入内存的时间为Cns。
若在Cache中读取一个字的命中率是（n-1）/n，在内存中读取一个字的命中率是（m-1）/m，则平均访问时间是多少?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（平均访问时间是[（n-1）/n]·A+[（m-1）/m]·B+[1-（n-1）/n-（m-1）/m]·C。
这里假定从内存读入Cache时和从磁盘读入到内存时，数据也同时传给处理器。
）
解析：
16.有一矩阵varA:
array[1..100，1..100]ofinteger以行为先进行存储。
有一个虚存系统，物理内存共有三页，其中一页用来存放程序，其余两页用于存放数据。
假设程序已在内存中占一页，其余两页空闲。
程序A：
fori:
=1to100do
forj:
=1to100do
A[i,j]:
=0;
程序B：
forj:
=1to100do
fori:
=1to100do
A[i,j]:
=0;
若每页可存放200个整数，程序A和程序B的执行过程各会发生多少次缺页?
若每页只能存放100个整数呢?
以上说明了什么问题?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（有两个内存块可以用来存放数组信息，每个主存块可存放200个数组元素，数组中的元素按行编址。
对于程序A来说，其访问顺序也是按行进行，由于每行有100个元素，每访问两行遇到一次缺页中断。
如果采用FIFO或LRU页面调度算法，一共产生50次缺页中断。
对于程序B来说，其访问顺序按列进行，与数组的按行存储顺序不一致，每访问两个数组元素将发生一次缺页中断。
如果采FIFO或LRU页面调度算法，一共产生5000次缺页中断。
若每页只能存放100个整数，对于程序A，数组的存储顺序与访问顺序一致，每访问一行数组遇到一次缺页中断。
如果采用FIFO或LRU页面调度算法，会产生100次缺页中断。
对于程序B，数组的存储顺序与访问顺序不一致，每访问一个数组元素遇到一次缺页中断。
如果采用FIFO或LRU页面调度算法，一共产生10000次缺页中断。
以上结果说明：
页面越大，缺页中断次数越少；页面越小，缺页中断次数越多。
）
解析：
17.有5个待运行作业J1、J2、J3、J4、J5，各自预计运行时间分别是9、6、3、5和7。
假定这些作业同时到达，并且在一台处理机上按单道方式执行。
讨论采用哪种调度算法和哪种运行次序将使平均周转时间最短。
平均周转时间为多少?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（按小作业优先算法的平均周转时间最短。
此时作业执行顺序为J3，J4，J2，J5，J1，平均周转时间为：
T=[3+（3+5）+（3+5+6）+（3+5+6+7）+（3+5+6+7+9）]/5=15.2）
解析：
18.设作业的虚拟地址宽度为24位，其中高8位为段号，低16位为段内相对地址。
试问：
（1）一个作业最多可以有多少段?
（2）每段的最大长度为多少字节?
（3）某段式存储管理采用如下段表，试计算[0，430]、[1，50]、[2，30]、[3，70]的主存地址。
其中方括号内的前一元素为段号，后一元素为段内地址。
当无法进行地址变换时，应说明产生何种中断。
段号
段长
主存起始地址
是否在主存
0
600
2100
是
1
40
2800
是
2
100
否
3
80
4000
是
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（
（1）一个作业最多可以有28=254个段。
（2）每段的最大长度为216=655365字节=64KB。
（3）逻辑地址[0，430]的主存地址为：
2100+430=2530。
逻辑地址[1，50]的段内地址超过段长，无法进行地址变换，将产生越界中断。
逻辑地址[2，30]所在的第2段没有驻存在内存中，无法进行地址变换，将产生缺段中断。
逻辑地址[3，70]的主存地址为：
4000+70=4070。
）
解析：
19.某请求页式系统允许用户空间为32个页面（每页1KB），主存为16KB，若一个用户程序有10页长，某时刻该进程的页表如下所示：
虚页号
物理块号
是否在TLB中
0
8
是
1
7
是
2
4
否
3
10
否
4
5
否
5
3
是
6
2
是
其他
无效
问：
（1）计算虚地址0AC5H、1AC5H对应的物理地址。
（2）页表存放在主存中，对主存的一次存取需要1.5ns，对TLB表的查找时间忽略为0，试问这两次访问共耗费多少时间?
（分数：
8.00）
__________________________________________________________________________________________
正确答案：
（
（1）32个页面需要用5位来区分，页内地址需要10位。
虚地址0AC5H的页号为2，页内地址为1011000101。
从页表可知，其物理块号为4，因此，其物理地址为1001011000101=12C5H。
虚地址1AC5H的页号为6，页内地址为1011000101。
根据页表可知，该虚地址对应的物理块号为2，其物理地址为101011000101=0AC5H。
（2）第1次访问TLB没有命中，因此需要查找页表，再访问主存一次，总计时间为3ns。
第2个虚地址在TLB中，只需
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