第9章部分习题参考答案
第9章习题(有关虚拟存储器的题目)参考答案
3. 下述有关存储器的描述中，正确的是( B、D ) A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成
B. 存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序，又要防止用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全与保密的要求。
C. 在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。
D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。
5．虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )
A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。 B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。 C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。 D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。
6. 某虚拟存储器采用页式存储管理，使用LRU页面替换算法，若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问序列如下：1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。已知主存只允许放4个页面，初始状态时4个页面是全空的，则页面失效次数是___6____。 解答过程：
LRU算法的思想：每页设置一个计数器，每次命中一页，该页对应的计数器清零，其他各页的计数器加1；需要替换时，将计数值最大的页换出，所以，对应的访问过程及相应的计数器的内容、替换结果如下： 访问序列 调入的页号 a b c d a b c d 1 1 0 8 1 8 1 0 1 1 8 0 1 7 1 8 7 1 2 0 8 1 8 7 2 0 1 2 1 8 7 2 3 1 2 0 7 1 8 7 2 4 2 0 1 2 1 8 7 2 5 3 1 0 1 1 8 7 2 0 4 2 1 8 1 8 7 2 1 0 3 2 3 1 8 3 2 2 1 0 3 8 1 8 3 2 3 0 1 4 2 1 8 3 2 4 1 2 0 1 1 8 3 2 0 2 3 1 3 1 8 3 2 1 3 0 2 1 1 8 3 2 0 4 1 3 7 1 7 3 2 1 0 2 4 1 1 7 3 2 0 1 3 5 3 1 7 3 2 1 2 0 6 7 1 7 3 2 2 0 1 7 各计数器的值 注：红色标注的页是未命中的访问——共6次
7. 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB，则页表长度是多少? 解：
主存容量为4MB，物理地址22位 虚存容量为1GB，虚拟地址30位
页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K
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第9章部分习题参考答案
8. 设某系统采用页式虚拟存储管理，页表存放在内存中。
(1) 如果一次内存访问使用50ns，访问一次主存需用多少时间? (2) 如果增加TLB，忽略查找页表项占用的时间，并且 75%的页表访问命中TLB，内存的有效访问时间是多少？
解：
(1) 若页表存放在主存中，则要实现一次主存访问需两次访问主存：一次是访问页表，确定所存取页面的物理地址；第二次才根据该地址存取页面数据。故访问一次主存的时间为50×2=100(ns)
(2) 75%×50+(1-75%) ×2×50=62.5(ns)
9.某计算机的存储系统由cache，主存和磁盘构成。cache的访问时间为15ns；如果被访问的单元在主存中但不在cache中，需要用60ns的时间将其装入cache，然后再进行访问；如果被访问的单元不在主存中，则需要10ms的时间将其从磁盘中读入主存，然后再装入cache中并开始访问。若cache的命中率为90%，主存的命中率为60%，求该系统中访问一个字的平均时间。
解：被访问的字在cache中的概率为0.9
不在cache中但在主存中的概率为：(1-0.9)×0.6=0.06 不在cache也不在主存中的概率为：(1-0.9)×(1-0.6)=0.04 所以， 一个字的访问时间为：
15×0.9+(15+60)×0.06+(15+60+10×106) ×0.04 =13.5+4.5+400003 =400021(ns)
10.某页式存储管理，页大小为2KB，逻辑地址空间包含16页，物理空间共有8页，逻辑地址应用多少位？主存物理空间有多大？
解：逻辑地址空间包含16页，页大小为2KB，所以逻辑地址空间为32KB，逻辑地址应用4+11=15位
物理空间共有8页，页大小为2KB，所以主存物理空间16KB
11.在一个分页虚存系统中，用户虚地址空间为32页，页长1KB，主存物理为16KB。已知用户程序有10页长，若虚页0、1、2、3已经被调入到主存8、7、4、10页中请问虚地址0AC5和1AC5(十六进制)对应的物理地址是多少？
解：页长1KB，所以页内地址为10位。
主存物理页面数：16页，共14位地址码(其中页面号4位，页内地址10位) 用户虚地址空间：32页，页面号为0?31；共15位地址码(其中页面号5位，页内地址10位)
0AC5H=00010，1011000101B，页面号为2，已被调入到主存页4，所以，物理地址中的页面号为4，页内地址与虚地址的页内地址相同，所以是：0100，1011000101=12C5H
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第9章部分习题参考答案
1AC5H=00110，1011000101B，页面号为6，未被调入到主存页中，所以无物理地址，会发生缺页中断。
12.段式虚拟存储器对程序员是否透明？请说明原因。
解：虚拟管理是由软件(操作系统)和硬件共同完成，由于软件的介入，虚存对实现存储管理系统程序不透明。而段是按照程序的自然分界划分的长度可以动态改变的区域。通常，程序员把子程序、操作数和常数等不同类型的数据划分到不同的段中，并且每个程序可以有多个相同类型的段。由于分段是由程序员完成的，所以段式虚拟存储器对程序员而言不是透明的，但虚存到实存的地址映射是由系统软件辅助完成的，故对应用程序而言，段式虚拟存储器是“半透明”的。
13.在一个进程的执行过程中，是否其所有页面都必须处在主存中？
解：在有虚拟存储管理系统中，程序不是一次整体装入内存才运行，所以不是所有页面都必须处在主存中，而是根据程序的局部性，有的页面在主存，有的页面在辅存。
14.为什么在页式虚拟存储器地址变换时可以用物理页号与页内偏移量直接拼接成物理地址，而在段式虚拟存储器地址变换时必须用段起址与段内偏移量相加才能得到物理地址？
解：由于物理页与虚拟页的页面大小相同，且为2的整数次幂，所以页式虚拟存储器地址变换时可以用物理页号与页内偏移量直接拼接成物理地址。而段式虚拟存储器的各段大小不同，且段起始地址任意，所以必须用段起址与段内偏移量相加才能得到物理地址。
15.在虚存实现过程中，有些页面会在内存与外存之间被频繁地换入换出，使系统效率急剧下降。这种现象称为颠簸。请解释产生颠簸的原因，并说明防止颠簸的办法。 解：
产生颠簸的原因主要有二：一是分配的页面数太少，二是替换策略不佳。
防止颠簸的办法：适当增加分配给用户程序的页面数，选取LRU或更好的替换策略。
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