操作系统(第三版)孙钟秀主编课后习题4应用题参考答案1

操作系统是计算机系统的核心组成部分，它负责管理和控制系统的硬件与软件资源，为用户提供服务。本题主要探讨了在请求分页虚拟存储管理系统中的页面替换算法，包括FIFO（先进先出）、OPT（最佳替换）和LRU（最近最少使用）算法，并涉及到缺页中断次数和缺页中断率的计算。此外，还涉及到了可变分区存储管理下的四种分配策略：首次适应、最佳适应、最差适应和下次适应算法。 在请求分页虚拟存储管理中，页面走向决定了页面的访问模式。当物理内存（页框）数量有限时，如果当前所需的页面不在内存中，则会发生缺页中断，系统需要将该页面调入内存，替换掉某个已存在的页面。页面替换算法的选择直接影响到缺页中断的频率，进而影响程序的运行效率。 1. FIFO算法是最简单的页面替换策略，它按照页面进入内存的顺序进行替换。但这种算法可能会导致Belady现象，即增加分配的页框数反而增加缺页中断次数。例如，在第一组页面走向中，分配3个页框时，FIFO算法缺页9次，而分配4个页框时，缺页次数反而增加到6次。 2. OPT算法是一种理想化的页面替换策略，它总是选择未来最长时间内不再使用的页面进行替换，从而理论上达到最小的缺页中断次数。例如，在第二组页面走向中，分配3个页框时，使用OPT算法缺页7次，而分配4个页框时，缺页次数减少到6次。 3. LRU算法是实际中常用的一种策略，它根据页面最近被访问的时间来决定替换哪一个页面，最近最少使用的页面更可能被替换。例如，在第三组页面走向中，分配3个页框时，LRU算法缺页10次，而分配4个页框时，缺页次数减少到8次。 在可变分区存储管理下，内存空闲区的分配策略也至关重要。四种分配策略有各自的特点： - 首次适应算法(FFA)：优先选择第一个满足要求的空闲分区。这种方式可能导致大的空闲分区被过早占用，造成碎片。 - 最佳适应算法(BFA)：选择最小的能满足要求的空闲分区，目的是最大化保留大分区，减少碎片。但可能会导致剩余小分区过多，难以满足大分区的分配需求。 - 最差适应算法(WFA)：选择最大的空闲分区，避免小分区的产生，但可能导致大的空闲区被过早分割，增加碎片。 - 下次适应算法(NEXT)：沿上次分配后的顺序选择空闲分区，试图平衡使用，减少局部性。 以上分析展示了操作系统在页面替换和内存分配方面的核心概念和策略，这些知识对于理解和优化系统性能至关重要。通过理解这些算法，可以更好地设计和调整系统，以提高资源利用率，减少缺页中断，提升系统整体效率。