操作系统第五版答案第8章复习题及习题解答.docx

虚拟内存是操作系统中的核心概念，它允许多个程序共享主存，实现多个进程的并发执行，并提高内存的利用率。虚拟内存通过将硬盘空间虚拟化为内存空间，使得程序运行时所需的内存空间可以超过实际物理内存的大小。在复习题及习题解答中，我们涉及到虚拟内存的多个方面，包括分页技术、抖动、局部性原理、页表结构、页替换策略等。接下来，我们将详细探讨这些概念以及它们在现代操作系统中的应用。 分页技术是虚拟内存管理中的一种重要技术，它将内存分割成固定大小的块，称为“页”，相应的物理内存则被分割成同样大小的“帧”。简单分页要求程序的页必须全部在主存中才能执行，而虚拟分页则不需要，只有在需要时才将页从磁盘调入主存。这种技术极大地提高了内存的利用效率。 虚拟内存的抖动现象是由于页面置换算法的不当选择导致频繁的页面替换，从而花费大量时间进行页面交换而非程序执行。这种情况严重影响系统性能，因此好的算法设计至关重要。 局部性原理，包括时间局部性和空间局部性，是虚拟内存管理中页替换策略的基础。它指出程序访问的内存地址往往在时间上和空间上都呈现出一定的集中性。这个原理可以帮助系统预测并决定哪个页面将被替换，以此减少抖动的发生。 页表是虚拟内存系统中的核心数据结构，它存储了虚拟页到物理帧的映射关系。页表项中的帧号指明了虚拟页在物理内存中的位置，存在位标识页面是否在内存中，修改位记录了页面是否被修改，这些信息对于虚拟内存管理至关重要。 转移后备缓冲器（TLB）是页表的一种缓存形式，它保留最近被访问的页表项，从而减少了对慢速主存访问的次数。这大大加快了地址翻译的速度。 页读取策略包括请求式分页和预约式分页。请求式分页在发生页错误时才加载页面，而预约式分页则在页错误发生前就加载页面。预约式分页可以降低页错误率，但可能会造成不必要的磁盘读取。 驻留集管理和页替换策略是两个不同的概念。驻留集管理关注的是分配给每个活动进程的物理页帧数以及替换策略的选择范围。而页替换策略则关注在已选定的页集中如何选择具体的页面进行替换。 页缓冲技术利用了局部性原理，它保留被替换出主存的页面，如果这些页面很快被再次访问，就可以直接从主存中获取，减少了磁盘I/O操作。 固定分配策略与全局替换策略不能结合使用，因为固定分配要求为每个进程分配固定数量的物理页帧，而全局替换策略则是从整个系统中选取页面进行替换，这与固定分配的局部性原则相矛盾。 驻留集和工作集分别表示一个进程当前在主存中的页数以及进程最近一段时间内频繁使用的页数。工作集的概念用于指导内存管理，以维持最佳的系统性能。 请求式清除和预约式清除分别对应于不同的页面置换技术。在请求式清除中，只有当页面被选中替换时，才会写回磁盘，而在预约式清除中，多个修改过的页面被成批写回磁盘，减少了磁盘I/O次数。 以上概念的深入理解和运用是操作系统课程的重点之一，对于学生掌握虚拟内存管理机制，理解操作系统的内存管理具有重要意义。通过这些基础知识的学习，可以更好地理解操作系统的高效资源管理策略，为后续更高级的系统编程和设计打下坚实的基础。