操作系统---第三章内存管理---虚拟内存管理---应用题

操作系统内存管理：虚拟内存应用题解析

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于 2022-06-05 20:24:37 首次发布

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本文详细解析了操作系统中关于虚拟内存管理的多项应用题目，涉及请求分页存储管理、页面淘汰算法（如最佳置换、FIFO、LRU）、页式虚拟存储系统性能评估、页面访问时间计算、页面置换策略等概念，通过实例展示了各种算法的工作原理和计算过程。

1 2009年统考真题

我在这里犯的错误是没有考虑到执行完缺页中断后还要优先访问快表，快表找不到才去访问内存。

2在一个请求分页存储管理系统中，一个作业的页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5，当分配给作业的物理块数分别为3和4时，试计算采用下述页面淘汰算法时的缺页率（假设开始执行时主存中没有页面）。

（1）最佳置换算法

（2）先进先出置换算法

（3）最近最久未使用算法

3一个页式虚拟存储系统，其并发进程数固定为4个。最近测试了它的CPU利用率和用于页面交换的磁盘的利用率，得到的结果就是下列3组数据中的一组。针对每组数据，说明系统发生了什么事情。增加并发进程数能提升CPU的利用率吗？页式虚拟存储系统有用吗？

（1）CPU利用率为13%，磁盘利用率为97%。在内存中的进程数很少，页面交换很频繁，抖动，频繁的进行交换。~~增加并发进程数可以提高利用率~~。我脑子瓦特了，我以为是增大页面。抖动会影响页式虚拟存储发挥作用。
（2）CPU利用率为87%，磁盘利用率为3%。CPU一直在运行，很少的进程进行换入换出。系统正常。
（3）CPU利用率3%，磁盘利用率3%。处于运行态的进程太少了，增加并发进程数

4现有一请求页式系统，页表保存在寄存器中。若有一个可用的空页或被置换的页未被修改，则它处理一个缺页中断需要8ms；若被置换的页已被修改，则处理一个缺页中断因增加写回外存时间而需要20ms，内存的存取时间为1us。假定70%被置换的页被修改过，为保证有效存取时间不超过2us，可接受的最大缺页中断率是多少？

注意，这里说的是有效存取时间，也就是访问内存一次的时间，没有说要取虚页号，拼接出物理地址然后再访问内存。
在这里插入图片描述

5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。

（1）假设系统使用纯页式存储，则要采用多少级页表？页内偏移多少位？

我以前没有遇到过这种要计算几级页表，几级段表的情况，要着重记忆。
页面大小为4KB，因此页内偏移为12位，系统采用48位虚拟地址，因此虚页号为48-12=36位。采用多级页表时，最高页表项不能超出一页大小；
每页能容纳的页表项数为4KB/8B=2^9，36/9=4，因此应采用4级页表，最高级页表项正好占据一页空间。

（2）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？

系统采用48位虚拟地址，每段最大为4GB，因此段内地址为32位，段号为48-32=16位，每个用户最多可以有2^16段。段内采用页式地址，（32-12）/9上取整得到的结果为3，因此段内应采用3级页表。

（3）假设系统采用二级页表，TLB命中率为98%，TLB访问时间为10ns，内存访问时间为100ns，并假设当TLB访问失败时才开始访问内存，问平均页面访问时间是多少？

注意，这里只是快表访问失败，而不是缺页中断，所以一级页表需要访存两次，二级页表需要访存3次
0.98*（10+100）+0.02*（10+100+100+100）=114ns。

6在一个请求分页系统中，采用LRU页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为1，3，2，1，1，3，5，1，3，2，1，5，当分配给该作业的物理块数分别为3和4时，试计算在访问过程中发生的缺页次数和缺页率。

在这里插入图片描述

7在页式虚拟管理的页面替换算法中，对于任何给定的驻留集大小，在什么样的访问串情况下，FIFO与LRU替换算法一样（即被替换的页面和缺页情况完全一样）。？

对访问串的要求：不连续的页面号均不相同
由于驻留集大小任意，现要求两种算法的替换页面和缺页情况完全一样，就意味着FIFO与LRU的置换选择一致。FIFO替换最早进入主存的页面，LRU替换上次访问以来最久未被访问的页面，这两个页面一致。就是说，最先进入主存的页面在此次缺页之前不能再被访问，这样该页面就同时是最久未被访问的页面。