内存管理与文件系统解析

32、在IBM/370中，通过使用密钥来提供内存保护。密钥是一个4位的量。每个2K的内存块都有一个关联的密钥（存储密钥）。CPU也有一个关联的密钥（保护密钥）。只有当两个密钥相等或者其中一个为零时，才允许进行存储操作。以下哪些内存管理方案可以与这种硬件成功配合使用？a. 裸机 b. 单用户系统 c. 固定数量进程的多道程序设计 d. 可变数量进程的多道程序设计 e. 分页 f. 分段

b/c/d/e/f

33、解释内部碎片和外部碎片的区别。

内存碎片类型

外部碎片

采用首次适应和最佳适应内存分配策略时会出现外部碎片。当进程在内存中加载和移除后，空闲内存空间被分割成小块。此时虽然存在足够的总内存空间满足请求，但可用空间不连续，导致存储被分割成大量小空洞。

内部碎片

在多分区分配方案中，若分配的内存块比进程请求的略大，两者的差值即为内部碎片，也就是分区内部未使用的内存。例如在固定大小块分配内存时，分配给进程的内存可能比请求的大，从而产生内部碎片。

34、给定五个内存分区，大小分别为100 KB、500 KB、200 KB、300 KB和600 KB（按顺序排列），那么首次适应、最佳适应和最坏适应算法将如何按顺序放置大小为212 KB、417 KB、112 KB和426 KB的进程呢？哪种算法对内存的使用效率最高？

首次适应算法：

• 212 KB 放入 500 KB 分区，剩余 288 KB
• 417 KB 放入 600 KB 分区，剩余 183 KB
• 112 KB 放入 288 KB 分区，剩余 176 KB
• 426 KB 无法放入

最佳适应算法：

• 212 KB 放入 300 KB 分区，剩余 88 KB
• 417 KB 放入 500 KB 分区，剩余 83 KB
• 112 KB 放入 200 KB 分区，剩余 88 KB
• 426 KB 放入 600 KB 分区，剩余 174 KB

最坏适应算法：

• 212 KB 放入 600 KB 分区，剩余 388 KB
• 417 KB 放入 500 KB 分区，剩余 83 KB
• 112 KB 放入 388 KB 分区，剩余 276 KB
• 426 KB 无法放入

通常最佳适应算法对内存使用效率最高，它能产生最小的剩余空洞，使内存碎片化程度相对较低。

35、假设页面大小为1KB，对于以下以十进制数表示的地址引用，其页号和偏移量分别是多少：a. 2375 b. 19366 c. 30000 d. 256 e. 16385

• a. 页号：2，偏移量：327
• b. 页号：18，偏移量：998
• c. 页号：29，偏移量：344
• d. 页号：0，偏移量：256
• e. 页号：16，偏移量：1

36、考虑一个逻辑地址空间，有32页，每页1024字，映射到有16个帧的物理内存上。a. 逻辑地址需要多少位？b. 物理地址需要多少位？

a. 逻辑地址需要15位。因为有32页（2 ⁵ ），每页1024字（2 ¹⁰ ），所以共需5 + 10 = 15位。

b. 物理地址需要14位。因为有16个帧（2 ⁴ ），每页1024字（2 ¹⁰ ），所以共需4 + 10 = 14位。

37、考虑一个具有32位逻辑地址和4KB页面大小的计算机系统。该系统支持高达512MB的物理内存。以下各项分别有多少个条目？a. 传统单级页表 b. 反向页表

• 传统单级页表的条目数 ：
  逻辑地址空间大小为 $2^{32}$ 字节，页面大小为 4KB（$2^{12}$ 字节），则页的数量为
  $$
  \frac{2^{32}}{2^{12}} = 2^{20}
  $$
  所以传统单级页表有 $2^{20}$ 个条目。

• 反向页表的条目数 ：
  物理内存大小为 512MB（$2^{29}$ 字节），页面大小为 4KB（$2^{12}$ 字节），则物理帧数为
  $$
  \frac{2^{29}}{2^{12}} = 2^{17}
  $$
  所以反向页表有 $2^{17}$ 个条目。

38、考虑一个页表存于内存的分页系统。a. 如果一次内存访问需要200纳秒，那么一次分页内存访问需要多长时间？b. 如果我们添加了快表（TLB），并且所有页表引用中有75%可以在快表中找到，那么有效内存访问时间是多少？（假设如果页表项在快表中，查找该页表项的时间为零。）

a. 一次分页内存访问需要两次内存访问（一次访问页表，一次访问所需字节），所以时间为200×2 = 400纳秒。

b. 快表命中时，访问时间为200纳秒；快表未命中时，访问时间为400纳秒。  
有效内存访问时间 = 0.75×200 + 0.25×400 = 250纳秒。

39、考虑以下段表：段号 基地址 长度 0 219 600 1 2300 14 2 90 100 3 1327 580 4 1952 96。以下逻辑地址对应的物理地址是什么？a. 0,430 b. 1,10 c. 2,500 d. 3,400 e. 4,112