操作系統--課堂問答筆記17--習題答案

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【4-2】

1. 根據你的理解，分頁管理方式相對於分區分配管理方式有哪些顯著的特點？（想到多少寫多少）
   答：1）分區分配管理方式是把一個程序裝入到一段連續的空間，程序在內存中的相對位置與裝入之前是完全相同的，因此只要知道第一個字節放在內存的什麼地方，其它的字節在內存的位置也是確定的，就像一個數組，只要知道數組的首地址，那麼這個數組的任意元素的地址也是固定的（可以計算的）；但分頁管理方式並不是把程序連續放置到內存的某一段區域中的，理論上程序的任何一頁可以放到內存的任何一個物理塊中（頁的大小和內存塊的大小是一樣的），因此知道程序的第0頁在內存的哪一塊中，並不能確定程序中其它頁的位置，因此在分頁管理方式要維護一個頁表，其是頁面和物理塊的映射關係表；
   2）分區分配管理方式可能存在內部碎片（固定分區）和外部碎片（動態分區），分頁管理方式僅存在內部碎片（頁內碎片）且只可能最後一頁（在內存中就是最後一塊）存在內部碎片，如果剛好程序的大小是頁面大小的倍數，則還不存在碎片，因此分頁管理方式相對於分區分配管理方式在內存使用效率方面得到大大的提高；
   3）分頁管理方式相對於分區分配管理方式其邏輯地址到物理地址的轉換相對複雜，必須有一套專門的地址變換機構；
   4）爲程序的部分裝入的實現提供了可能性，從而實現虛擬存儲器技術（本章後面的內容）。分區分配管理——程序完全裝入（在內存中連續），基本分頁/段管理——程序完全裝入（在內存中不連續），請求分頁/段管理——程序不完全裝入（即部分裝入，在內存中也不連續）

2. 如何實現分頁管理的地址變換？
   答：分頁地址中的地址結構有兩部分：前一部分是頁號P，後一部分爲頁內位移量W（或稱爲頁內地址）。如下圖所示：如果邏輯地址空間是2的m次方，頁面大小是2的n次方（字節），那麼邏輯地址的高m-n位是頁號，低n位是頁內偏移量。
   假設是32位處理機，則兩部分的地址長度爲32位，又如果每頁大小是4KB，則4KB =2^12，則0～11位（計12位）爲頁內偏移地址位、12~31位（計20位）爲頁號位，即最多可以有的頁數（也就是頁表項的個數）=2 ^20=1MB。
   若給定一個邏輯地址空間中的地址爲A，頁面的大小爲L，則頁號P和頁內地址W可按下式求得：
   P=INT(A/L); W=(A)MOD(L)
   其中，INT是整除函數，MOD是取餘函數。例如，系統的頁面大小是1KB（1024B），設A=2170B，則得出P=2，W=2170-2048=122
   
   接下來去查找頁表，找出與頁號P=2對應的物理塊號（設爲5），那麼A對應的物理地址=物理塊號塊大小+塊內地址=51024B+122=5242 B（注意題目使用的進制，若題目給的是d進制則你的物理地址的答案也是d進制，d一般是10或16）
   還有一種計算方法，課後補充（本節課邏輯地址到物理地址的轉換是重點）

3. 如何理解快表？
   答：快表就是存放在高速緩衝存儲器中的部分頁表（就是完整頁表的一部分），用來存放當前訪問最頻繁的少數活動頁面的頁號。作爲頁表的Cache，它的作用與頁表相似，但是提高了訪問速率。由於採用頁表做地址轉換，讀寫內存數據時CPU要訪問兩次主存（先訪問頁表<頁表也是存在內存中的>，計算得到物理地址後再訪問內存）。有了快表，有時只要訪問一次高速緩衝存儲器，一次主存，這樣可加速查找並提高指令執行速度。
   系統總是先通過頁號與快表中的所有表項進行比較。如果發現匹配的頁，則將塊號直接從快表中取出，而不必通過頁表。用該塊號與頁內位地址進行拼接，形成所需要的物理地址。如果快表中沒有匹配的頁號時，系統再去訪問頁表查找塊號。

4. 在採用分頁管理系統中，邏輯地址結構長度爲18位，其中11至17位表示頁號，0至10位表示頁內位移量。若有一作業依次被放入2、3、7號物理塊中（即第0頁放在第2塊，第1頁放在第3塊，第2頁放在第7塊——也就是頁表）。請問：
   1）如果物理地址佔20位，則內存空間可分多少塊，每塊有多大？
   2）邏輯地址09C4H對應的物理地址爲多少？
   答：1）如果物理地址佔20位，則內存容量爲2的20次方，即2^{20=1M，每塊的大小：爲2}11=2048=2K (等於邏輯地址頁大小)，可分1M/2K=512塊。
   2）通過邏輯地址09C4H=2500（10進制），計算頁號P=2500/2048=1，頁內地址W=2500 MOD 2048=452，則對應的物理地址：3*2048+452=6596=19C4H，注意看一下09C4H與19C4H，實際上不用轉10進制的，課後思考一下爲什麼？結合下面的圖理解一下：