操作系统第三章

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题目1：

题目2：

题目3：

题目4：

题目5：

题目6：

题目7：

题目8

题目9：

某计算机主存按字节编址，逻辑地址和物理地址都是32位，页表项大小为4B，请回答下列问题

（1）若使用一级页表的分页存储管理方式，逻辑地址结构为

问：页的大小是多少字节？页表最大占用多少字节？

先说答案再分析：

页的大小=页内偏移量的大小=2^12B=4KB

页表项个数=2^20

页表占用字节=(2^20)*4B=4MB

分析：

页的大小为什么等于页内偏移量的大小？

这个应该很好理解吧，寻址的时候，需要页号和页内偏移量，类比楼层和房间，我要找3楼的1号房；

那么3楼一共有多少房间呢？房间号加起来就是房间数，就得到总共有多少房间。

页表项个数为什么等于页号个数？

页表是干嘛的呀？配置页表过后，通过查页表，就能找到每页在内存中的物理块号，页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。现在题目告诉了页号是20位的，其实就是2^20物理块，因为20位就对应这么多物理块；而我们的页表中的一个页表项就可以代表一个物理块，那么就需要2^20个页表项。

（2）采用（1）中的分页存储管理方式，一个代码段的起始逻辑地址为0000 8000H, 其长度为8KB被装载到从

物理地址0090 0000H开始的连续主存空间中。页表从主存 0020 0000H 开始的物理地址处连续存放，如下图所示（地址大小自下向上递增）。请计算处该代码段对应的两个页表项的物理地址，这两个页表项中的页框号，以及代码页面2的起始物理地址

先说答案：

代码段长度8KB=2个页

逻辑地址0000 8000H  转换为二进制0000 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 B，由于采用的是（1）中的分页存储管理方式，故后12位是页内偏移量，则代码段对应的两个页号为00008H,00009H

8号页表项物理地址=0020 0000H +8*4=0020 0020H 

9号页表项物理地址=0020 0000H +9*4=0020 0024H

页框号代表真正的物理地址，而页框大小和页面大小是4KB,12位，逻辑地址和物理地址都是32位的

那么页框号就是20位的，已知页框号1的物理地址 0090 0000H，就有页框号1=00900H，而连续存放这个条件

就能得到页框号2=00901H

物理地址3指向的是代码页面2的起始位置，所以页内偏移量是没有的，直接补上3个0

即物理地址3=0090 1000H

解（1）：

如果左边是段式存储管理，3对应的段号是12，再加上他的段内偏移量586，都598了；而段长由于没给出，我们通过看左图发现，当左图是段式存储管理的时候，12~598都应该是3号段的内容，可是1号段和4号段也在3号段里面（从上到下给段表项排序0,1,2,3,4），所以矛盾了撒，故左图是分页存储管理

解（2）：

页式存储管理的物理地址计算：

由于逻辑地址的3号页对应物理地址的12号页框，且页框大小=页面大小=2^11，则地址变换=12*2048+586=24576

段式存储管理的地址变换和分页不一样，=段内基址+偏移量=4000+586=4586

因为页表里面存放的是页号块号，所以查到页号还要和页面大小乘一下

段表里面存放的是基址，段长，故基址+偏移量就为物理地址了嗷

在做题目之前，先搞清楚一个知识点：

主存是内存的一部分，不能把主存就当做是内存，和解题其实没啥关系，但是复习阶段应该清楚；

题目：

解：

页面大小1KB，则页内偏移10位

由于用户的编程空间为32位，故页号的位数为6位

主存空间为16KB，则页框号的位数为5位，这也是下面逻辑地址页号为什么是6位，物理地址为什么是5位的原因

把三个逻辑地址转为2进制

0AC5H=0000 1010 1100 0101 B            页号为2，映射到物理块号4，故物理地址01 0010 1100 0101 B 

1AC5H=0001 1010 1100 0101 B            页号为6，在用户表里面没找到6号页，会缺页中断

3AC5H=0011 1010 1100 0101 B            页号为14，用户程序一共才0~9号页，14号页超过了界限，会产生越界中断

解（1）：

作业长度为5.2KB,而每页1KB，故作业占了6页

根据位示图，从0行0列开始逐行找0的点，由于位示图表示的是盘块是否被占用的情况，那么为0的盘块就可以分配给作业

所以很容易画出页表内容

解（2）：

分页类似固定分区，但是分页过后的页面，其实已经很小了，但是也会存在内部碎片，也就是内零头；这里的内零头为0.8KB，因为作业5.2KB，占据了6个页面，但是最后一个面只存放了0.2KB的作业，剩下0.8KB是空着的；

解（3）：

内存容量为64MB，页面大小为4KB，则内存一共可以分为16*2^10个页面，位示图又是表示这些页面的，故位示图需要

2^14bit来存储这些页面状态，（这里的页面也就是页框，也可以说是物理块，盘块，总之指的是物理意义的盘块）

就需要2^11B=2KB

解（1）：

由于页面大小为4KB，故页内偏移量有12位

1.当访问2362H时，实际上访问的就是2号页，后面12位是页内偏移量嘛，前4位是虚拟页号

先访问快表10ns，但是访问最开始是空的，未命中

再去访问慢表，慢表在内存中，从慢表里面找到了2号页，100ns

此时通过合成的物理地址，再去找真正的页面所在，100ns

故210ns

2.当访问1565H

实际上访问的是1号页，顺序：快表未命中-慢表未命中-产生缺页中断-访问快表-访问真正的地址

时间=220ns+10^8ns

注意：此时的快表里面已经有2号页和1号页了

3.当访问25A5H

访问的是2号页，顺序：快表命中-访问合成后的物理地址=110ns

解（2）：

当访问1565H，由于缺页中断，会调入一个页面进驻留集，由于是LUR算法，且刚刚访问过2号页

驻留集此时存放着2号页和0号页，一共就只能存两个，要换就只能换0号页，故1号页放到驻留集中1号页的位置

对应的页框为101H，即页框号，则最终的物理地址合起来就行了：101565H

已知系统为32位实地址，采用48位虚地址，页面大小为4KB，页表项大小为8B，每段最大为4GB

问：若系统采用段页式存储，则每用户最多可以有多少个段？段内采用几级页表？

解：

每个段的大小为4GB=2^32B，占了32位，而虚地址是48位，故段号占据16位

段号的序号为0~2^16-1，故每个用户最多可以有2^16个段

段内地址32位，又分为页号和页内偏移，页内偏移为12位，则页号20位

一个页面存放2^9个页表项，故一个页面可以表示9位，20/9往上取整为3，故段内采取3级页表

解：

把虚拟地址转换成二进制

0100 0000H=0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0000 B,标粗部分是页目录号

0111 2048H=0000 0001 0001 0001 0010 0000 0100 1000 B

页目录号都为4,页表号一个为0，一个为264

但问的是进行地址转换共访问多少个二级页表，页目录对应二级二表，故共访问一个二级页表

解：

设最大页面大小为2^yB，则一个页面最多存放2^(y-3)个页表项

故每级页表的大小为（y-3）位，4(y-3)+y≤64，则y≤15.2，故y最大可以取15

则系统最大支持的页面大小为32KB，此时的虚拟地址划分为

解：

寄存器PDBR用于保存当前进程页目录的起始物理地址

可以根据这个页目录的起始物理地址快速的找到想要的页目录项

目标表项的物理地址=PDBR+页目录号*表项长度

PDBR是为了找让系统能快速找到页表的起始地址而设置的，而页表记录了逻辑地址到物理地址的一个映射关系

不同的进程他们的空间是不相同的，所以进行进程切换，这个页表也应当变化。

或者说变化为另一个进程的页表；

故进程切换时，PDBR会更新为新进程的页目录起始地址（除此之外，还要清空TLB，Cache,因此进程的切换代价较大）

同一进程的线程共享进程的地址空间，因此同一进程的线程切换时，PDBR内容无需更改（TLB，cache内容依然有效，故线程的切换代价小很多）