操作系统作业 18-22章

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了操作系统作业 18-22章。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

第十八章

1.根据题中所给参数计算线性页表大小和不同情况下的变化

        paging-linear-translate.py -P 1k -a 1m -p 512m -v -n 0

        paging-linear-translate.py -P 1k -a 2m -p 512m -v -n 0

        paging-linear-translate.py -P 1k -a 4m -p 512m -v -n 0

        页大小为1kb,地址空间大小分别为1mb,2mb,4mb,物理地址空间大小为512mb,页表项应分别有1mb/1kb=1024,1mb/1kb=2048,1mb/1kb=4096。假设每个页表项需要4字节的空间,页表的大小分别为4kb,8kb,16kb。在页大小相同的情况下,地址空间增长,页表项随之增长,页表增大。

        paging-linear-translate.py -P 1k -a 1m -p 512m -v -n 0

        paging-linear-translate.py -P 2k -a 1m -p 512m -v -n 0

        paging-linear-translate.py -P 4k -a 1m -p 512m -v -n 0

        页大小分别为1kb,2kb,4kb,地址空间大小为1mb,物理地址空间大小为512mb,页表项分别有1mb/1kb=1024,1mb/2kb=512,1mb/4kb=256。假设每个页表项需要4字节的空间,页表的大小分别为4kb,2kb,1kb。在地址空间大小相同的情况下,页的大小增大,页表项减少,页表减小。

        使用很大的页会导致页内部的空间可能存在大量浪费和内部碎片,因此不使用很大的页。

2.   使用题中标志paging-linear-translate.py -P 1k -a 16k -p 32k -v模拟,页的大小为1kb,地址空间16k,共16页,用4位表示虚拟页号,10位表示偏移量,并使用-u更改分配给地址空间的页数。

        分配页数为0:

操作系统作业 18-22章

       VA 0:invalid address

       VA 1:invalid address

       VA 2:invalid address

       VA 3:invalid address

       VA 4:invalid address

      分配给地址空间的页数为0,因此没有有效的地址。

      分配页数为25:

操作系统作业 18-22章

       VA 1(11100110000110):VPN=14,invalid address

       VA 2(10101111000110):VPN=10,PFN=19,OFFSET=966,PA=20422

      VA 3(01111000110111):VPN=7,invalid address

       VA 4(00011001110001):VPN=1,invalid address

       VA 5(01101111001001):VPN=6,invalid address

       分配页数为50:

操作系统作业 18-22章

       VA 1(11001110000101):VPN=12,PFN=15,OFFSET=901,PA=16261

       VA 2(10001100011101):VPN=8,invalid address

       VA 3(00000011100110):VPN=0,PFN=24,OFFSET=230,PA=24806

       VA 4(10111000001111):VPN=11,invalid address

       VA 5(01100110000110):VPN=6,PFN=29,OFFSET=390,PA=30086

       分配页数为75:

操作系统作业 18-22章

       VA 1(10111000001111):VPN=11,PFN=19,OFFSET=527,PA=19983

       VA 2(01100110000110):VPN=6,PFN=31,OFFSET=390,PA=32134

       VA 3(11010011001010):VPN=13,PFN=27,OFFSET=202,PA=27850

       VA 4(10101011000011):VPN=10,PFN=3,OFFSET=707,PA=3779

       VA 5(00000000010010):VPN=0,PFN=24,OFFSET=18,PA=24594

       分配页数为100:

操作系统作业 18-22章

      与分配页数为75结果相同。

      增加每个地址空间中的页的百分比,有效地址将更多。

3.按照题中所给参数运行

      paging-linear-translate.py -P 8 -a 32 -p 1024 -v -s 1,页的大小为8,地址空间32,物理地址空间大小为1024,页数为4,2位表示页号,3位表示偏移量:

操作系统作业 18-22章

        VA 1(01110):VPN=1,PFN=97,OFFSET=6,PA=782

        VA 2(10100):VPN=2,invalid address

        VA 3(11001):VPN=3,invalid address

        VA 4(00011):VPN=0,invalid address

        VA 5(00000):VPN=0,invalid address

        这样的组合不合理,地址空间很小,一个地址空间只能存放4页。

        paging-linear-translate.py -P 8k -a 32k -p 1m -v -s 2,页大小为8kb,地址空间大小为32kb,物理地址空间为1mb,页数为4,2位表示页号,13位表示偏移量:

操作系统作业 18-22章

        VA 1(101010110111001):VPN=2,invalid address

        VA 2(010011101110001):VPN=1,invalid address

        VA 3(100110110001111):VPN=2,invalid address

        VA 4(100110110101011):VPN=2,invalid address

        VA 5(100101001100100):VPN=2,invalid address

        该组合同样不合理,地址空间小。

        paging-linear-translate.py -P 1m -a 256m -p 512m -v -s 3,页大小为1mb,地址空间大小为256mb,物理地址空间为512mb,页数为256,8位表示页号,20位表示偏移量:

操作系统作业 18-22章

        VA 1(0011000010001011001001001101):

        VPN=48,PTE=0x800001f6,PFN=502,OFFSET=569933,PA=526955085

        VA 2(0100001000110101000111100110):

        VPN=66,PTE= 0x00000000,invalid address

        VA 3(0010111111101011011001111011):

        VPN=47,PTE= 0x800000a9,PFN=169,OFFSET=964219,PA=178173563

        VA 4(1011010001101001011101111101):

        VPN=180,PTE= 0x00000000,invalid address

        VA 5(1101101111001100111010110100):

        VPN=219,PTE=0x800001f2,PFN=498,OFFSET=839348,PA=523030196

        组合不合理,页和地址空间都很大,物理地址空间只能满足两个地址空间的大小。

第二十章

1.

      对于二级页表,只需要一个寄存器找到页目录的位置,从页目录中找到存放页表的位置,从页表中就可以找到页表项。三级页表同样只需要一个寄存器找到页目录的位置,接下来就可以通过一级页目录找到二级页目录的位置,通过二级页目录找到页表的位置,最后找到页表项。

2.

      首先查看文档中给出的条件,该模拟程序中,页的大小为32字节,地址空间中共有1024页(共32kb),物理地址空间共128页。128页需要7位表示页号,1位表示是否有效,因此一个页表项占用1个字节的空间,所有页表项占用1024字节的空间。将页表项放入32字节大小的页中,需要使用32页,使用5位在页目录中进行索引,5位在页表中索引,5位表示页内偏移,虚拟地址共15位,由页目录索引+页表索引+页内偏移构成。

      种子0

操作系统作业 18-22章

        VA 0:

        611C    110000100011100,页目录索引:11000(24),页表索引:01000(8),页内偏移:11100(28),页目录基址:108。

        首先找到页目录项,在108页的25字节,为0xa1(10100001),最高位表明有效,后七位为页表所在的页:33。

        页表索引为8,即33页的9字节,为0xb5(10110101),最高位表明有效,后七位为物理页帧0x35(53),则物理地址为PA=53*32+28=1724(0x6bc),找到35页的第29个字节即为最终找到的值:0x08。

        其他地址的转换方式相同,具体情况如下表:

操作系统作业 18-22章

        种子1

操作系统作业 18-22章

        计算方法相同,结果如下:

操作系统作业 18-22章

        种子2

操作系统作业 18-22章

        结果如下:

操作系统作业 18-22章

3.

        当初次访问内存中的某个位置时,会产生不命中,系统将访问页表,找到虚拟页所对应的物理页,并将这个映射保存到缓存中。利用时间局部性与空间局部性,接下来的访问很有可能导致大量的缓存命中,从而导致快速访问。在一些特定的情况下,程序短时间访问的页数大于缓存中的页数,也可能会产生大量的缓存不命中。

第二十二章

1.

        使用题中所给参数-s 0 -n 10生成随机地址:

操作系统作业 18-22章

      缓存大小为3页,采用不同策略,情况如下:

     

操作系统作业 18-22章

                 

操作系统作业 18-22章

            FIFO,命中率为10%                                LRU,命中率为20%

操作系统作业 18-22章

                  OPT,命中率为40%

        使用参数-s 1 -n 10生成随机地址:

操作系统作业 18-22章

        采用不同策略,情况如下:

操作系统作业 18-22章

                 

操作系统作业 18-22章

FIFO,命中率20%                                          LRU,命中率20%

操作系统作业 18-22章

        OPT,命中率30%

        使用参数-s 2 -n 10生成随机地址:

操作系统作业 18-22章

        采用不同策略的情况如下:

操作系统作业 18-22章

                     

操作系统作业 18-22章

      FIFO,命中率40%                                          LRU,命中率40%

操作系统作业 18-22章

      OPT,命中率40%

2.

      不同策略下的最差情况的地址引用序列

      FIFO:1,2,3,4,5,6

      LRU:1,2,3,4,5,6

      MRU:1,2,3,4,5,6,5,6,5,6…

      对于LRU和FIFO,只要缓存大小与序列大小相同就可以提高命中率,且除了冷启动不命中外均命中。对于MRU,如果缓存容量刚好已满,而有两页交替进行访问,只要缓存增大1就可以提高命中率,大幅提高性能。

3.

      编写python程序,随机生成一个序列,进行100次地址访问,地址介于0-9之间。程序如下:

操作系统作业 18-22章

        在这种情况下没有局部性,随机进行访问,预计除OPT外的策略效果基本相近。

        使用paging-policy.py程序对产生的序列进行模拟,缓存大小为3,命中率如下:

        FIFO:31%

        LRU:28%

        CLOCK:27%

        RAND:29%

        OPT:50%

        结果符合预期。

4.

      编写python程序,生成具有局部性的序列。访问地址仍为0-9,随机选择两页,在80%的时间访问这两页,20%的时间访问其他页。

操作系统作业 18-22章

        使用paging-policy.py程序对产生的序列进行模拟,缓存大小为3,命中率如下:

        FIFO:61%

        LRU:70%

        CLOCK:66%

        RAND:61%

        OPT:76%

        LRU策略在几种策略中效果最好,RAND策略比LRU效果要差一些,CLOCK策略比RAND和FIFO策略较好,比LRU差。对于CLOCK策略,改变时钟位,结果如下

        Clockbits 2:66%

        Clockbits 1:61%

        Clockbits 3:71%

        Clockbits 4:71%

        Clockbits 5:72%

        Clockbits 7:73%

        Clockbits 7:74%

        Clockbits 8:74%

        Clockbits 9:74%

        Clockbits 10:73%

        可以观察到,在一定的范围内,随着时钟位的增加,CLOCK策略的效果逐步提升,命中率超过了LRU策略,甚至已经接近了OPT。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-416190.html

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