操作系统教程第四章答案

### 操作系统教程第四章知识点解析 #### 一、内存分配算法详解 1. **First-fit**（首次适应算法）: - 在本例中，内存被分为几个大小不等的分区，分别为100KB、500KB、200KB、300KB和600KB。当一个请求到来时，First-fit算法会从第一个分区开始搜索，直到找到足够大的分区来满足请求为止。 - 对于请求大小为212KB的情况，First-fit会选择500KB的分区；而对于417KB的请求，则会选择600KB的分区。 2. **Best-fit**（最佳适应算法）: - Best-fit算法在寻找分区时，会选择能够刚好满足需求且剩余空间最小的分区。 - 在示例中，对于212KB的请求，Best-fit会选择300KB的分区；而417KB的请求则会选择600KB的分区。 - 通过对比First-fit与Best-fit，我们可以看到Best-fit在选择分区时更加节省空间，减少了碎片化问题。 3. **Worst-fit**（最坏适应算法）: - Worst-fit算法总是选择最大的可用分区来满足请求。 - 对于212KB和417KB的请求，Worst-fit都会选择600KB的分区。 #### 二、内存分配效率分析 1. **最佳适应算法与最坏适应算法的比较**: - 最佳适应算法虽然可以减少碎片化问题，但在实际操作中可能会导致大量的小块空间无法被有效利用。 - 相比之下，最坏适应算法虽然容易导致内存空间浪费，但在某些情况下可以快速找到合适的分区。 2. **不同分配策略下的效率**: - Best-fit算法在这种情况下共进行了26次尝试，相较于First-fit的17次更多，这是因为Best-fit在每次尝试时都需要对所有分区进行检查，以确定最佳匹配的分区。 - 而Worst-fit算法在这个例子中的表现与Best-fit相同，也是进行了26次尝试，这表明在某些特定情况下，Worst-fit算法的表现并不一定比Best-fit差。 #### 三、页面置换算法案例分析 1. **页面置换算法概述**: - 页面置换算法用于决定当物理内存已满时，哪些页面应该被替换掉以腾出空间。 - 本节给出了几种常见的页面置换算法，包括Optimal(OPT)、先进先出(FIFO)、最近最少使用(LRU)、时钟置换(Clock)以及随机置换(SCR)算法，并对其进行了实例分析。 2. **页面置换算法的性能评估**: - OPT算法是最理想的算法，它假设系统可以预知未来将要访问的页面，从而总是选择未来最远才会被访问的页面进行替换。在本例中，OPT算法总共产生了6次缺页中断。 - FIFO算法则是按照页面进入内存的时间顺序来进行置换，即最先进入的页面先被替换出去。在这个例子中，FIFO算法产生了10次缺页中断。 - LRU算法选择最近最少使用的页面进行替换，这里用的是模拟的SCR算法，产生了10次缺页中断。 - Clock算法根据页面的使用状态进行置换，只有当页面既没有被使用也没有被修改时才会被选择替换。在这个例子中，Clock算法产生了7次缺页中断。 - 在另一个例子中，使用了不同的页面引用串，产生的缺页中断次数为7次。 #### 四、虚拟地址映射与转换 1. **虚拟地址映射概念**: - 在现代操作系统中，每个进程都有自己的虚拟地址空间，这些虚拟地址需要通过页表机制映射到物理地址上。 - 假设页表项大小为8K，则对于一个48位的虚拟地址空间来说，需要2^35个页表项；如果物理地址空间为32位，则需要2^19个反向页表项。 2. **页面查找与缺页异常处理**: - 当访问一个页面时，首先会在快表中查找对应的页表项，如果找到，则直接访问主存中的数据，如果未找到，则需要访问主存中的页表项。 - 如果页表项指向的页面不在主存中，则需要发生一次缺页异常，将该页面从磁盘读入主存。 - 根据题目中的描述，在快表中查找到页表项的概率为20%，查找到页表项并且该页在主存中的概率为80%，未找到页表项但页在主存中的概率为80%，未找到页表项且页不在主存中的概率为80%。 - 综合以上情况，平均访问时间大约为244.184纳秒。 #### 五、进程调度与CPU利用率 1. **多进程并发执行**: - 在多进程环境中，进程间的竞争会导致CPU资源的利用效率变化。 - 当有3个进程同时运行时，CPU的利用率为83.2%，而当增加到5个进程时，CPU的利用率提高到了约99.5%。 - 从3个进程到5个进程的变化过程中，CPU利用率提高了17.5%。 2. **系统抖动现象**: - 系统抖动是指系统中频繁地进行进程切换和页面交换的现象，这种现象会导致系统性能急剧下降。 - 导致系统抖动的原因可能有多种，比如换页算法不当或并行的进程存在问题等。 3. **CPU使用率与系统状态**: - 当CPU使用率较高时（例如高达95%），系统可能正在高效运行，但也需要注意是否存在异常情况。 - 若CPU使用率较低（例如只有20%左右），则表示系统可能处于空闲状态，此时可以适当增加进程数以提高资源利用率。 通过以上分析可以看出，《操作系统教程第四章》涉及了内存管理、页面置换算法、虚拟地址映射等多个方面的内容。通过对这些知识点的学习和理解，有助于我们更深入地掌握操作系统的工作原理及其优化方法。