操作系统概念第八章部分作业题答案

题目一：

试说明内部碎片和外部碎片之间的差别
解答：
内部碎片是指进程所分配的内存可能比进程所需要的大
外部碎片是指由于进程的大小不一导致内存被分成小片段且不连续，造成空间浪费。

题目二：

考虑一个页表在内存中的内存分页系统：
（1）如果内存访问的时间为 200ns，试问访问页表中的一个数据需要多长时间？
（2）如果增加 TLB，其中 90% 的页引用被 TLB 命中，TLB 的访问时间为 10ns，请问有效内存访问时间是多少？。
解答：
（1）由于内存访问的时间为200ns，访问数据首先需要访问页表，页表在内存中，也就是说需要200ns的时间；而从页表中找到物理地址后，再去找到数据，又需要访问一次内存，也就是需要200ns的时间，总共为200+200=400ns。
（2）首先，TLB的使用方法有两种：
①TLB与页表同时进行访问，这个时候，如果TLB命中，那么就可以终止对页表的访问，而通过TLB找到的物理地址去找数据，相当于一次TLB访问+一次内存访问=10+200=210ns；如果TLB不命中，那么继续对页表进行访问，再通过物理地址去找数据，仍旧是两次内存访问的时间，为400ns。此时，再计算命中率，可以得到公式：21090%+40010%=229ns
②TLB先于页表进行访问，这个时候，会有10ns的时间，如果TLB命中，就只需要一次内存访问的时间，为200ns；如果TLB不命中，那么需要对页表进行访问，再通过物理地址去找数据，需要400ns，此时，我们可以得到公式：10+20090%+40010%=230ns。

题目三：

考虑表1中所示段表：
请给出下列逻辑地址对应的物理地址。
（1）0，120
（2）1，120
（3）2，120
（4）3，120
（5）4，120

解答：
（1）：通过段号0找到第0段，此时的基址219，这一段的长度为600，我们想要第120位的地址，在段内，由此得到对应的物理地址为219+120=339
（2）：通过段号1找到第1段，此时的基址2300，这一段的长度为14，我们想要第120位的地址，不在段内，非法
（3）：通过段号2找到第2段，此时的基址90，这一段的长度为100，我们想要第120位的地址，不在段内，非法
（4）：通过段号3找到第3段，此时的基址1327，这一段的长度为580，我们想要第120位的地址，在段内，由此得到对应的物理地址为580+120=700
（5）：通过段号4找到第4段，此时的基址1952，这一段的长度为96，我们想要第120位的地址，不在段内，非法

题目四：

试按要求设计多级分页系统：（1）逻辑地址为 48 位；（2）物理地址为 48 位；（3）页大小为 1M；（4）各级页表中的页表项均不得超过 1K 项；
请给出设计的要点，包括地址划分，各级页表项数，逻辑地址到物理地址的转换方法等。
解答：
通过页大小为1M，我们可以得到页偏移d=20
我们可以得到逻辑地址为：p=48-20=28，d=20
我们可以得到物理地址为：f=48-20=28，d=20
此时我们如果直接进行分页，我们的页表将会包含2^28项，远远超过1K
所以，我们需要进行层次化
由于我们页表项最大为1K，所以我们至少需要三级页表，如：10,10,8，效果如下：

而同样的，我们此时的逻辑地址会划分为：p1=10,p2=10,p3=8,d=20
首先，通过第二级外部页表的第p1项，找到相应的外部页表的指针（或者说首地址，这里需要根据实现方法，总之是找到外部页表）
然后，通过找到的外部页表的第p2项，找到相应的内部页表的指针（或者说首地址，这里需要根据实现方法，总之是找到内部页表）
最后，通过找到的内部页表的第p3项，找到相应的物理地址的f片段，再根据找到的f片段与页偏移d片段组合，得到我们的物理地址。
这种三级页表方法，第二级外部页表有2^{10项，每一项对应一个外部页表；每一个外部页表有2}10项，每一项对应一个内部页表；每一个内部页表有2^8项，每一项对应一个帧的首地址的物理地址的f片段
转换方法如上所示。