操作系統(tǒng)答案(編輯修改稿)
2024-07-25 09:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 每個進(jìn)程設(shè)置一對上下界寄存器。上下界寄存器中裝有被保護(hù)程序和數(shù)據(jù)的起始地址和終止地址。在程序執(zhí)行過程中，在對內(nèi)存進(jìn)行訪問操作時首先進(jìn)行方址合法性檢查，即檢查經(jīng)過地址映射后的內(nèi)存地址是否在界限寄存器所規(guī)定的范圍內(nèi)。若在規(guī)定范圍內(nèi)則訪問合法；否則是非法的，產(chǎn)生訪址越界中斷。保護(hù)鍵法也是一種常用的存儲保護(hù)法。保護(hù)鍵法為每一個被保護(hù)存儲塊分配一個單獨的保護(hù)鍵。在程序狀態(tài)字中則設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)鍵開關(guān)字段，對不同進(jìn)程賦予不同的開關(guān)代碼和與被保護(hù)的存儲塊中保護(hù)鍵匹配。保護(hù)鍵可設(shè)置成對讀寫同時保護(hù)的或只對讀寫進(jìn)行單項保護(hù)的，如果開關(guān)字與保護(hù)鍵匹配或存儲塊未受到保護(hù)，則訪問該存儲塊是允許的，否則將產(chǎn)生訪問出錯中斷。另一種常用的內(nèi)存保護(hù)方式是：界限寄存器與CPU的用戶態(tài)或核心態(tài)工作方式相結(jié)合的保護(hù)方式。在這種保護(hù)模式下，用戶態(tài)進(jìn)程只能訪問那些在界限寄存器所規(guī)定范圍內(nèi)的內(nèi)存部分，而核心態(tài)進(jìn)程則可訪問整個內(nèi)存地址空間。UNIX系統(tǒng)就是采用這種內(nèi)存保護(hù)方式的。存儲管理中的碎片即為內(nèi)存中無法使用的存儲空間。單一連續(xù)分區(qū)、固定分區(qū)產(chǎn)生內(nèi)部碎片；可變分區(qū)產(chǎn)生外部碎片；分頁式存儲管理產(chǎn)生內(nèi)部碎片。由于任何一個作業(yè)的長度不可能總是頁面尺寸的整數(shù)倍，因此平均來說，分配給作業(yè)的所有內(nèi)存塊的最后一塊里會有一半浪費掉了，它成為內(nèi)部碎片。不難算出，如果現(xiàn)在內(nèi)存中共有n個作業(yè)，頁面尺寸為p個字節(jié)，那么會有（n*p）/2被浪費掉。從這個角度出發(fā)，應(yīng)該把頁面尺寸定得小一些。但是，頁面尺寸小了，用戶作業(yè)相對地址的頁面數(shù)勢必增加，每個作業(yè)的頁表會隨之加大。比如，若頁面尺寸定為8KB，則32KB的用戶作業(yè)只有4頁。但如果把頁面尺寸定為512字節(jié)，則同一作業(yè)就會被劃出64個頁面。于是，從減少頁表所需的內(nèi)存開銷看，頁面尺寸應(yīng)該定大一些。由上面的分析，選擇最佳的頁面尺寸，可能需要在幾個相互矛盾的因素之間折衷求得。通常，頁面尺寸大多選在512字節(jié)~64KB之間。敘述實存管理和虛存管理的主要區(qū)別。實存管理要求用戶作業(yè)一次性全部裝入到連續(xù)或不連續(xù)的內(nèi)存空間才能運(yùn)行，其存儲管理方案至少具有整體性、駐留性與連續(xù)性三個特征之一。而虛存管理則有局部性、交換性、虛擬性三個特征。缺頁中斷作為中斷，同樣需要經(jīng)歷保護(hù)CPU現(xiàn)場、分析中斷原因、轉(zhuǎn)缺頁中斷處理程序進(jìn)行處理、恢復(fù)CPU現(xiàn)場等步驟。但缺頁中斷又是一種特殊的中斷，它與一般中斷的主要區(qū)別是：（1）在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生和處理中斷信號。通常，CPU都是在一條指令執(zhí)行完成后去檢查是否有中斷請求到達(dá)，若有便去響應(yīng)中斷，否則繼續(xù)執(zhí)行下一條指令。而缺頁中斷是在指令執(zhí)行期間，發(fā)現(xiàn)所要訪問的指令或數(shù)據(jù)不在內(nèi)存時產(chǎn)生和處理的。（2）一條指令在執(zhí)行期間可能產(chǎn)生多次缺頁中斷。例如，對于一條讀取數(shù)據(jù)的多字節(jié)指令，指令本身可能跨越兩個頁面，假定指令后一部分所在頁面和數(shù)據(jù)所在頁面均不在內(nèi)存，則該指令的執(zhí)行至少產(chǎn)生2次缺頁中斷。四、計算題：（1）FIFO： 4塊時缺頁中斷次數(shù)為14，缺頁中斷率為70%；5塊時缺頁中斷次數(shù)為10，缺頁中斷率為50%；6塊時缺頁中斷次數(shù)為10，缺頁中斷率為50%。（2）OPT：4塊時缺頁中斷次數(shù)為8，缺頁中斷率為40%；5塊時缺頁中斷次數(shù)為7，缺頁中斷率為35%；6塊時缺頁中斷次數(shù)為7，缺頁中斷率為35%。（3）LRU：4塊時缺頁中斷次數(shù)為10，缺頁中斷率為50%；5塊時缺頁中斷次數(shù)為8，缺頁中斷率為40%；6塊時缺頁中斷次數(shù)為7，缺頁中斷率為35%。（1）首次適應(yīng)算法：20KB、10KB、18KB；最佳適應(yīng)算法：12KB、10KB；9KB；最壞適應(yīng)算法：20KB、18KB、15KB；下次適應(yīng)算法：20KB、18KB、9KB。（2）首次適應(yīng)算法：20KB、10KB、18KB、無；最佳適應(yīng)算法：12KB、10KB；15KB、18KB；最壞適應(yīng)算法：20KB、18KB、15KB、無；下次適應(yīng)算法：20KB、18KB、15KB、無。（1）8212；（2）4100；（3）24684。第6章一、選擇題CBDCA ACADC ACAAB二、填空題塊。移臂。內(nèi)存。成批。I/O操作。中斷源。三、簡答題設(shè)備管理的功能是設(shè)備分配、設(shè)備處理、緩沖管理、設(shè)備獨立性。I/O控制方式有四種，分別是程序直接控制方式、中斷控制方式、DMA方式和通道控制方式。它們各自的優(yōu)缺點敘述如下：（1）程序直接控制方式。優(yōu)點是控制簡單，不需要很多硬件支持。但CPU和外設(shè)之間只能串行工作，且CPU的大部分時間處于循環(huán)測試狀態(tài)，這使得CPU的利用率大大降低；CPU在一段時間內(nèi)只能和一臺外設(shè)交換數(shù)據(jù)信息，從而不能實現(xiàn)設(shè)備之間的并行工作；由于程序直接控制方式依靠測試設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志來控制數(shù)據(jù)傳送，因此無法發(fā)現(xiàn)和處理因設(shè)備或其它硬件所產(chǎn)生的錯誤。所以程序直接控制方式只適用于那些CPU執(zhí)行速度較慢且外設(shè)較少的系統(tǒng)。（2）中斷控制方式。優(yōu)點是能實現(xiàn)CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備間的并行操作，CPU的利用率較程序直接控制方式大大提高。但I(xiàn)/O控制器的數(shù)據(jù)緩沖寄存器通常較小，且數(shù)據(jù)緩沖寄存器裝滿數(shù)據(jù)后將會發(fā)生中斷，因此一次數(shù)據(jù)傳送過程中中斷次數(shù)較多，耗去了大量CPU時間；如果系統(tǒng)中配置的外設(shè)數(shù)目較多，且都以中斷方式進(jìn)行控制，則將耗去大量CPU時間或因CPU來不及處理而造成數(shù)據(jù)丟失。（3）DMA方式。與中斷方式相比，DMA方式的優(yōu)點是在一批數(shù)據(jù)傳送完成后中斷CPU，從而大大減少了CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù)，并且DMA方式下的數(shù)據(jù)傳送是在DMA控制器控制下完成的，在數(shù)據(jù)傳輸過程中無需CPU干預(yù)。但DMA方式仍有一定的局限，如對外設(shè)的管理和某些操作仍由CPU控制，且多個DMA控制器的使用也不經(jīng)濟(jì)。（4）通道控制方式。通道是一個專管輸入輸出控制的處理機(jī)。在通道控制方式下，CPU只需發(fā)出I/O指令，通道就能完成相應(yīng)的I/O操作，并在操作結(jié)束時向CPU發(fā)出中斷信號。由此可見，CPU僅在I/O操作開始和結(jié)束時花極短的時間處理與I/O操作有關(guān)的事宜，其余時間都與通道并行工作，此外一個通道還能控制多臺外設(shè)。但是，通道價格較高，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)不宜過多使用。針對獨享設(shè)備的利用率低、使用不方便，借助大容量磁盤的支持，利用Spooling技術(shù)，把獨享設(shè)備改造成可以共享的設(shè)備，稱為虛擬設(shè)備。顯然實現(xiàn)虛擬設(shè)備的主要條件有大容量的磁盤與Spooling技術(shù)。啟動磁盤執(zhí)行一次輸入輸出操作要花費的時間有三部分，分別是查找時間、等待時間、傳輸時間?？梢钥闯觯谠L問時間中，傳輸時間是設(shè)備固有的特性。尋道時間和旋轉(zhuǎn)延遲時間基本上都與所讀寫數(shù)據(jù)的多少無關(guān)，而且它通常占據(jù)了訪問時間中的大部分時間。從減少查找時間著手，稱為磁盤的移臂調(diào)度；從減少等待時間著手，稱為磁盤的旋轉(zhuǎn)調(diào)度。由于移動臂的移動靠控制電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)，它的運(yùn)動速度相對于磁盤軸的旋轉(zhuǎn)要緩慢，因此減少查找時間比減少等待時間更為重要。答案如下表。啟動數(shù)據(jù)傳輸I/O管理善后處
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