第五章 习题 参考答案1

虚拟存储器是现代计算机系统中实现内存扩展的关键技术。它基于程序局部性原理，即程序在执行时往往在一段时间内集中访问某一部分代码和数据，表现为时间局部性和空间局部性。时间局部性意味着如果一条指令或数据被访问，不久之后可能会再次被访问，常见于循环结构。空间局部性则是指程序连续访问的存储位置通常相距不远，反映了代码的顺序执行和数据的聚集特性。 虚拟存储器的主要特征包括： 1. 多次性：作业的程序和数据可以分批调入内存，无需一次性全部载入。 2. 对换性：在运行过程中，内存中的部分程序和数据可以根据需要与外存进行交换。 3. 虚拟性：用户感受到的内存容量超过实际物理内存，因为外存被逻辑上扩展为内存的一部分。 在请求分页系统中，页表包含页号、物理块号、状态位P、访问字段A、修改位M和外存地址。页号对应逻辑地址的页号，物理块号指示页在内存中的位置，状态位P表示页是否在内存中，访问字段A记录页的访问频率，用于优化替换策略，修改位M标识页是否被修改，外存地址则用于页的换入换出操作。 请求分页系统中，缺页时页面可以从对换区（如磁盘）调入内存，也可能直接从文件区调入，具体取决于系统资源和页面的状态。例如，如果页面未被修改且系统有足够的对换空间，可以从文件区直接调入，以提高效率。在预防“抖动”现象时，可以采取局部置换策略，即优先替换工作集外的页面；结合处理机调度，确保进程有足够的物理页面；通过“L=S”准则调整缺页率；或者暂停可能导致频繁缺页的进程。 在虚拟地址转换中，如给定的示例，虚拟地址由页号和页内偏移组成，通过页表映射到物理地址。例如，虚拟地址0AC5H对应2号页，根据页号和页长找到对应的物理块号，将页内偏移拼接到物理块号上得到物理地址。如果页不在内存中，会发生缺页异常，无法完成转换。 对于页面替换算法，例如OPT（最佳算法）、FIFO（先进先出算法）、LRU（最近最少使用算法）和CLOCK（时钟算法），它们在不同的页面走向下会导致不同的缺页次数和缺页率。如上述示例所示，OPT算法尝试预测未来的访问模式以最小化缺页，而FIFO简单地按页面进入内存的顺序替换，LRU基于页面的历史使用频率，CLOCK算法则基于页面的“最近”访问状态。不同算法在面对特定页面走向时的性能表现会有所差异。 虚拟存储器通过程序局部性原理和各种页面管理策略，实现了内存的高效利用和逻辑容量的扩展，是现代操作系统的重要组成部分。它涉及到的内容广泛，包括页表机制、页面替换算法等，对于理解和优化系统的性能至关重要。