《现代操作系统第四版》第三章答案Word文档格式.docx

1、读或写32位长的字需要10ns的时间，紧缩128MB大概需要多长时间？为了简 单起见，假设空闲区中含有字 0，内存中最高地址处含有有效数据。 32bit=4Byte= 每字节 10/4=2.5 ns 128MB=1282A20=2A27Byte 对每个字节既要读又要写，22.5*2A27=671ms4.在一个交换系统中，按内存地址排列的空闲区大小是 10MB， 4MB， 20MB，18MB， 7MB， 9MB， 1 2 M B ，和1 5 M B 。对于连续的段请求：（a）12MB（b）10MB（c）9MB 使用首次适配算法， 将找出哪个空闲区？使用最佳适配、 最差适配、 下次适配算 法呢？A

2、： 首次适配算法： 20MB ，10MB ，18MB ； 最佳适配算法： 12MB ，10MB ，9MB； 最差适配算法： 20MB ；18MB ；15MB ； 下次适配算法： 9MB；5.物理地址和虚拟地址有什么区别？实际内存使用物理地址。这些是存储器芯片在总线上反应的数字。虚拟地址是指一个进程的地址空间的逻辑地址。因此，具有 32 位字的机器可以生成高达4GB 的虚拟地址，而不管机器的内存是否多于或少于 4GB。6.对下面的每个十进制虚拟地址，分別使用 4KB页面和8KB页面计算虚拟页号和偏移量: 20000 ， 32768， 60000 。 转换为二进制分别为: 010011100010

3、0000 虚拟地址应该是 16 位 1000000000000000 1110101001100000 4KB 页面偏移量范围 0 4027，需要 12位来存储偏移量，剩下4位作为页号；同理8KB页面需要13位来存储偏移 量，剩下 3 位作为页号； 所以， 4KB | 8KB 页号 | 偏移量 | 页号 | 偏移量 20000 | 0100 111000100000 | 010 0111000100000 32768 | 1000 000000000000 | 100 0000000000000 60000 | 1110 101001100000 | 111 01010011000007.使用

4、图 3-9 的页表，给出下面每个虚拟地址对应的物理地址:（a）20（b）4100（c）8300 （a）20+40962=8212 （b） 4100=4096+ （4100-4096 ） =4100 （c）8300=64096+ （8300-4096*2 ）=246848.Inlel 8086 处理器不支持虚拟内存，然而一些公司曾经设计过包含未作任何改 动的 8086 CPU 的分页系统。猜想一下，他们是如何做到这一点的。 （提示：考 虑 MMU 的逻辑位置。）他们制作了 MMU，并连接在CPU与地址总线之间，这样从处理器进入 MMU 的地址全部被视为虚拟地址， 并被转换为物理地址， 然后被送到

5、地址总线， 映射 到内存中。9.为了让分页虚拟内存工作，需要怎样的硬件支持？需要一个 MMU 能够将虚拟页面重新映射到物理页面。 此外，当缺页中断时， 需要对操作系统设置陷阱，以便可以获取页面。10.写时复制是使用在服务器系统上的好方法，它能否在手机上起作用。 “写时复制 “技术，也就是只有进程空间的各段的内容要发生变化时， 才会将 父进程的内容复制一份给子进程。 如果智能手机支持多重编程， iPhone 、 Android 和 Windows 手机都支持多重编程，那么支持多个进程。如果进程发出fork（） 系统调用和页面在父进程和子进程之间共享，则复制对写是有意义的。智能手机比服务器小，但从

6、逻辑上讲，它并没有什么不同11.考虑下面的 C 程序：int XN;int step = M; /M 是某个预定义的常量for （int i = 0; i N; i += step） Xi = Xi + 1;a）如果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 失效 ?b）如果循环重复很多遍，结果会和 a）的答案相同吗？请解释。 a）M必须至少为1024，以确保对X元素的每一次访问都有一个 TLB缺失。因 为 N 只影响 X 访问多少次， N 取大于 M 的任何值都可以。 b）M 应该至少是 1024，以确保对

7、X元素的每次访问都遗漏 TLB。但是现在N应该大于64K，以 便处理TLB，也就是说，X应该超过256KB。12.存储页面必须可用的磁盘空间和下列因素有关： 最大进程数 n ，虚拟地址空间的字节数v，RAM的字节数r，给出最坏情况下磁盘空间需求的表达式。这个数 量的真实性如何？所有进程的整个虚拟地址空间为 nv,这就是页面存储所需的。不过，可以在 RAM中存储量为r，因此需要的磁盘存储量仅为 nv-r。该量比实际所需的要大 得多，因为极少有 n 个进程实际运行， 而且这些进程也极少需要其最大允许的虚拟内存13.如果一条指令执行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

8、个公式，计算有效指令时间。 （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,页表完全用硬件实现,页表的每一 表项为一个 32 位字。进程启动时,以每个字 100ns 的速度将页表从内存复制到 硬件中。如果每个进程运行100ms （包含装入页表的时间）用来装人页表的CPU 时间的比例是多少？ 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=2X4 bit复制页表的时间=2A14/2A5*10ns = 5120 ns, 时间 比例 5120ns/100ms=5120 -10

9、）A（ 100 -3）0=51.2% 8KB 页面大小，需要13 位偏移量,故页号有 19 位,页面有 2A19 个,页表项也是 2A19 个,每项 32位字。 2A19 100ns/100ms=52.4288%15.假设一个机器有 48 位的虚拟地址和 32 位的物理地址。a）假设页面大小是4KB，如果只有一级页表，那么在页表里有多少页表项？ 请解释。b）假设同一系统有32个TLB表项，并且假设一个程序的指令正好能放入一个页，并且该程序顺序地从有数千个页的数组中读取长整型元素。 在这种情况下TLB的 效果如何？a）页面大小4KB,偏移量有12位，则页号有36位，有2A36项页表项;b）TLB

10、 访问的命中率达 100%。在指令访问下一个页面之前读取数据的命中率是 100%，一个 4KB 大小的页面包含 1024 个长整型数据， 每访问 1024 个数据就会 有一次 TLB 失效。16.给定一个虚拟内存系统的如下数据：（a）TLB有1024项，可以在1个时钟周期（1ns）内访问。（b）页表项可以在100时钟周期（100ns）内访问。（c）平均页面替换时间是6ms。如果TLB处理的页面访问占99%并且0.01%勺页面访问会发生缺页中断，那么 有效地址转换时间是多少？ 99% 1 ns+1% 99.99% 100ns+1% 0.01% 6ms=7.9999 1ns+0.99% 100ns

11、+0 .01% 6ms601.98ns17.假设一个机器有 38 位的虚拟地址和 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）若采用二级页表，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？请解释原因 a）避免把全部页表一直保存在内存中。 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，则偏移量需要14位，每个条目4 字节18.在 3.3.4 节的陈述中，奔腾 Pro 将多级页表中的每个页表项扩展到

12、 64 位，但 仍只能对 4GB 的内存进行寻址。请解释页表项为 64 位时，为何这个陈述正确。虽然页表项扩展了，但是虚拟内存地址依然只有 32位。19.个 32 位地址的计算机使用两级页表。 虚拟地址被分成 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？页面大小与偏移量位数有关=2A12Byte=4KB,每个地址对应内存一个字节， 地址空间的页面数量=2八20个。20.一个计算机使用 32 位的虚拟地址， 4KB 大小的页面。 程序和数据都位于最低 的页面（04095 ），栈位于最高的页面。如果使用传统（一级）分页，页表中需 要多少个表

13、项？如果使用两级分页，每部分有 10 位，需要多少个页表项？32 位地址对应 4GB 内存，有 4GB/4KB=2A20 个页面 ,如果使用传统（一级） 分页：需要 2A20 个页表项；如果使用两级分页，顶级页表有 2A10 个页表项， 其中三项指向二级页表 （程序段、 数据段、堆栈段），二级页表每个也有有 2A10 个页表项，总共 2A12 个页表项。21.如下是在页大小为 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（包括立即常数）占 4 个字节（ 1 个字）。指令和数据的访问

14、都要在访问串中计数 将字 6144 载入寄存器 0寄存器 0 压栈调用 5120 处的程序，将返回地址压栈栈指针减去立即数 16比较实参和立即数 4如果相等，跳转到 5152 处程序地址范围10201532。页面访问串：6144-8191 5120 8190 8184 5152. A :每个页面512B , 1020地址属于5121023，即页面1；栈指针 8192 属于 81928704 ，即页面 16，但是栈向 0 生长，故寄存器压 栈到 81918188，属于页面 15；5152 地址属于 51205631，即页面 10. 每 条指令 4 个字节，故第一条指令在地址范围 10201023，属于页面 1；第二条 指令在地址范围 10241027，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。 LOAD 6144,R0 1（I）, 12（D） PUSH R0 2（I）, 15（D） CALL 5120 2（1）, 15（D） JEQ 5152 10（1） 代码（I）指示指令