存储管理,设备管理
1.CPU中的缓存和操作系统的缓存分别是什么？
解答：
1）在操作系统中，为提高系统存取速度，在地址映射机制中增加一个小容量的联想寄存器（相联寄存器），即块表，用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号。当某用户需要存取数据时，根据数据所在的逻辑页号在块表中找到其对应的内存块号，再联系页内地址，形成物理地址。如果在快表中灭有相应的逻辑页号，则地址映射仍可以通过内存中的也表进行，得到空闲块号后须将该块号填入快表的空闲块中。如果快表中没有空闲块，则根据淘汰算法淘汰某一行，再填入新的页号和块号。快表查找内存块的物理地址消耗的时间大大减低，提高了系统效率。
2）高速缓冲存储器（Cache）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但交换速度快。在Cache中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的。当CPU调用大量数据时，就可以避开内存直接从Cache中调用，从而加快读取速度。由此可见，在CPU中加入Cache是一种高校的解决方案，这样整个内存储器（Cache+内存）就变成了既有Cache的高速度又有内存的大容量的存储系统了。Cache对CPU性能的影响很大，这主要是由CPU的数据交换顺序和CPU与Cache间的带宽引起的。
2.某虚拟内存的用户编程空间共32页，每页的大小为1 KB，内存为16 KB，假设某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分配的物理块为5、10、4、7，而该用户作业的长度为6页，试将16进制的虚拟地址0A5C、093C、1A5C转换成物理地址。
解：
- 虚拟地址为0A5C,对应的二进制数为：0000 1010 0101 1100。其中，页内偏移量占10位地址码，为25C。页号占6位地址码，为2号页。因第2页存储在4号块中，其基地址为：0001 0000 0000 0000，即十六进制的1000H。这样，其物理地址为十六进制的125C。
- 虚拟地址为093C，对应的二进制数为：0000 1001 0011 1100。其中，页内偏移量占10位地址码，为13C。页号占6位地址码，为2号页。因第2页存储在4号块中，其基地址为：0001 0000 0000 0000，即十六进制的1000H。这样，其物理地址为十六进制的113C。
- 虚拟地址为1A5C，对应的二进制数为：0001 1010 0101 1100。页内偏移量占10位地址码，为25C。页号占6位地址码，为6号页。因为该用户作业的长度为6页，最大的页号为5号。因为虚拟地址为1A5C对应的6号页超出了地址范围，所以属于越界。
3.
假设有下面的段表：
下面逻辑地址的物理地址分别是多少？
① [0,430]； ② [1,12]； ③ [2,500]; ④ [3,400]; ⑤ [4,122]
|
段 |
基址 |
长度 |
|
0 |
219 |
600 |
|
1 |
2300 |
14 |
|
2 |
90 |
100 |
|
3 |
1327 |
580 |
|
4 |
1952 |
96 |
解：
①： 649；②：2312；③：越界；④：1727；⑤：越界
4.
考虑下面存储访问序列，该程序的大小为460字(以下数字均为十进制数字)：
10、11、104、170、73、309、185、245、246、434、458、364
该页面的大小为100字，该程序的基本可用内存为200字，计算采用FIFO、LRU和OPT置换算法的缺页次数。
解:
因为页面的大小为100字，该程序的基本可用内存为200字，即可用内存为2块。程序的存储访问序列可转换为如下页面访问序列：
1、1、2、2、1、4、2、3、3、5、5、4
采用FIFO、LRU和OPT置换算法的访问序列如下：
由图可知FIFO算法的缺页次数为6次，LRU的缺页次数为7次，OPT的缺页次数为5次。
5.在某个系统的某个运行时刻，有如下表示的磁盘访问的请求序列，假设磁头当前在15柱面，磁臂方向为从小到大。
15、20、9、16、24、13、29
请给出最短查找时间优先算法和电梯调度算法的柱面移动数，并分析为何通常情况下，操作系统并不采用效率更高的最短查找时间优先算法。
解：
1) 按照最短查找时间优先算法，柱面的访问次序是：
15、16、13、9、20、24、29
令磁臂移动方向从小到大为正向，从大到小的方向为反向，那么，最短查找时间优先算法的柱面移动次数为：1+|-3|+|-4|+11+4+5=28。
2) 按照电梯调度算法，柱面的访问次序是：
15、16、20、24、29、13、9
电梯调度算法的柱面移动数为：1+4+4+5+|-16|+|-4|=34。
3) 从本题给的例子看，最短查找时间优先算法比电梯调度算法的柱面移动数少6。因此说前者的效率更高一些。但是，由于磁头在访问操作中，可能不断有新的柱面请求加入，使磁头忙于应付一些距离较近的柱面请求，冷落了对远距离柱面的响应。长此以往，将可能造成某些远距离柱面处于“饥饿”状态。这就是通常情况下操作系统并不采用最短查找时间优先算法的原因。
