操作系統--課堂問答筆記20--習題答案

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【4-7、4-8】

1. 請區別對換區和文件區。
   答：具有對換功能的操作系統通常將外存分爲文件區和對換區。
   文件區用於存放文件；對換區存放從內存中換出的進程，對換區的大小就是虛擬存儲器擴充的內存大小，也就是用戶感覺內存變大了的大小。
   對對換區的管理應與內存管理方式相同（即本章的內容），而對文件區的存儲管理則適用設備管理（下一章中：“磁盤管理”的內容），文件區中的文件管理適用文件系統管理（下下章的內容）

2. 缺頁率高一定會導致抖動嗎？相應地，發生了抖動則一定缺頁率高嗎？
   答：缺頁率指的是訪問頁面失敗次數除以進程頁面訪問總次數，設訪問成功次次數爲S，訪問失敗次數爲F，訪問總次數A=S+F，缺頁率f=F/A；抖動(Thrashing)就是指當內存中已無空閒空間而又發生缺頁中斷時，需要從內存中調出一頁程序或數據送磁盤的對換區中，如果算法不適當，剛被換出的頁很快被訪問，需重新調入，因此需再選一頁調出，而此時被換出的頁很快又要被訪問，因而又需將它調入，如此頻繁更換頁面，使得系統把大部分時間用在了頁面的調進換出上，而幾乎不能完成任何有效的工作，我們稱這種現象爲"抖動"。
   因此，缺頁率高不一定會導致抖動（缺頁率高表示缺頁中斷次數多，但不一定是某些頁發生頻繁的換進換出）；但發生抖動肯定導致缺頁率高（某些頁發生頻繁的換進換出，那麼肯定缺頁中斷的次數多）

3. 怎麼理解最佳淘汰算法是理想的算法？
   答：OPTimal replacement（OPT）是一種理想化的算法，性能最好，但在實際上難於實現。即選擇那些永不使用的，或者是在最長時間內不再被訪問的頁面置換出去。但是要確定哪一個頁面是未來最長時間內不再被訪問的，目前來說是很難估計的（也就是哪些頁面是否不再訪問或者未來很長時間內不再被訪問是很難預測的），所以該算法通常用來評價其它算法（通過用最佳淘汰算法計算出來的缺頁率與實際採用的置換算法計算得到的缺頁率進行比較，從而評價實際採用的置換算法的優劣）。
   另外，統一一下思路（糾正一下視頻中的計算缺頁率的方法）：
   
   給定一個頁面置換算法及頁面訪問順序，畫出其頁面置換過程的圖表以及計算缺頁率是常見的考試題目。

4. 簡述改進版的CLOCK置換算法
   答：改進版的CLOCK算法增加了一個使用位(used bit)和一個修改位(modified bit)，有些地方也叫做dirty bit。現在每一頁有兩個狀態，分別是(使用位，修改位)，可分爲以下四種情況考慮：
   (0,0)：最近沒有使用也沒有修改，最佳置換狀態（就是最應該被換出的頁面）；
   (0,1)：最近沒有使用但修改過，將會被寫；
   (1,0)：最近使用過但沒有被修改，下一輪將可能再次被用；
   (1,1)：使用過也修改過，下一輪頁面置換最後的選擇。
   頁面替換的順序：
   從指針當前的位置開始尋找主存中滿足(使用位，修改位)爲(0,0)的頁面（若有則換出，實際上是用新的換入的頁面替換，因爲該頁面沒有修改不必換回外存，外存有備份）；如果第1步沒有找到滿足條件的，接着尋找狀態爲(0,1)頁面（若有則換出，因有修改，所以要替換外存中原來的備份）；如果依然沒有找到，指針回到最初的位置，將所有頁面的使用位設置成0。重複第1步，並且如果有必要，重複第2步，這樣一定可以找到將要替換的頁面。
   （例子後附）

5. 說明請求段式存儲管理系統段表各字段的作用。
   答：見下圖：
   
   在請求段式存儲管理方式下：
   前面3項與基本段式存儲管理方式相同，之後段表項的意義：
   存取方式表示該段是否允許只執行/只讀/讀寫（用來確定該段是否需要共享保護）；
   訪問位表示該段最近是否被訪問過（記錄該段的訪問頻繁程度），修改位表示該段是否被修改了（這兩項用來在頁面置換時參考，是否可以換出）；
   存在位表示該段是否已調入內存（供程序訪問時參考，不在內存則要缺段中斷並調入該段）；
   增補位表示該段是否動態增長過；
   外存始址表示其在外存中的存儲地址（即起始的物理塊號，調入內存時參考）。