操作系统复习（七）
一些题目
记一些我忘记的题目。
重定位
1. 什么叫重定位？
将程序地址空间中的逻辑地址（虚拟地址） 转换为物理内存中的物理地址的过程。
2. 动态重定位的特点：
- 转换时机 ：在程序运行时（指令执行时）动态完成地址转换，而非加载时。
- 硬件依赖 ：需依赖MMU（内存管理单元） 和重定位寄存器（基址寄存器） 支持。
- 灵活性高 ：程序在内存中可移动 （换进换出），且允许程序非连续存放或仅部分装入。
- 性能代价 ：每次访存都需进行地址转换，增加了运行时开销（硬件会通过TLB加速优化）。
- 支持共享：多个进程可动态映射到同一物理地址，便于代码共享和进程隔离。
动态链接
1. 什么是动态链接？
将程序中对库函数的链接推迟到**程序运行时（或加载时）**才完成，而非编译链接阶段。这使得多个进程可共享同一份动态库（如.dll或.so）的物理代码副本。
2. 用何种内存分配方法实现？
采用分页式 （或段页式）虚拟内存分配方法。
- 原因 ：分页支持非连续分配 和按需调页，允许动态库作为独立模块映射到进程的虚拟地址空间，且仅在需要时才将对应页面调入物理内存，并通过内存映射机制实现进程间共享同一份物理页框。
页错误
主要是第二问，我之前没有思考过这个问题。
（1）为什么引入缺页中断？
由于请求分页存储管理采用按需调页 策略，程序运行时并不预先将所有页面装入内存 。当CPU访问的逻辑页面不在物理内存 （页表有效位为0）时，指令无法继续执行，必须由缺页中断 介入，将所需页面从磁盘调入内存，从而打破"程序必须完全装入才能运行"的限制，实现虚拟内存。
（2）缺页中断的实现由以下4部分组成及实现方法：
| 组成部分 | 实现方法 |
|---|---|
| ① 硬件陷阱与现场保护 | CPU的MMU检测到缺页后，自动 触发中断，将程序计数器（PC）、CPU状态等压入内核栈，并切换至核心态，转入缺页中断处理程序。 |
| ② 地址合法性检查 | 中断程序检查 引发缺页的虚拟地址是否在进程的逻辑地址空间内。若非法（越界），则终止进程；若合法，继续下一步。 |
| ③ 页面调入（含置换） | 分配 空闲物理页框；若无空闲，调用页面置换算法 （如LRU）换出牺牲页。同时发起磁盘I/O操作，将目标页从交换区或文件读入该物理页框。 |
| ④ 更新页表并恢复现场 | 磁盘I/O完成后，修改页表项 ，将有效位置为1，填入物理页框号。恢复 CPU上下文（寄存器），重新执行引发缺页的那条指令，此时访问命中。 |
程序分段
5、假定有一个求n!程序被两个进程所共享，求n!程序如下：
int fun(int n)
{
if (n==0||n==1)
return 1;
else
return fun(n-1)*n;
}
若系统采用段式管理，应如何安排程序？ 为什么？在段式管理下，应将程序代码（fun函数的指令）单独作为一个纯代码段，且两个进程共享该代码段 ；同时为每个进程分别设立独立的私有堆栈段和数据段 （用于存放参数n、返回地址及临时变量）。
原因如下：
- 段式管理以段为共享单位：段式存储管理中，每个段是一个逻辑独立的实体，系统允许不同进程的段表项指向同一物理段。因此可将只读的代码指令放入一个段中，供两个进程映射到相同的物理内存区域。
- 代码具有可重入性（纯代码） ：
fun函数在执行过程中不会修改自身指令，属于纯代码。共享同一份物理代码副本不会互相干扰，能节省大量内存空间。 - 执行上下文必须私有 ：递归程序严重依赖堆栈 保存每层调用的返回地址和局部变量
n。若共享堆栈段，两个进程的调用序列会互相覆盖，导致计算结果错乱。因此，堆栈段和数据段必须物理分开，每个进程各有一份。
FIFO和LRU
在访问序列呈现"顺序循环" 的情况下，FIFO 和 LRU 两种置换算法发生缺页时被置换的页完全一样。
核心条件 ：访问串中的页面按固定顺序循环出现，且在单个周期内每个页面最多只被访问一次 。这使得页面进入内存的顺序（FIFO依据）与其最近被访问的时间顺序（LRU依据）完全同步。
举例说明：
假设系统分配给进程的物理块数为 3，访问串为：
1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4...
我们模拟前几步，对比两种算法的置换行为（初始内存为空）：
| 步骤 | 访问页 | FIFO队列（尾进） | FIFO置换页 | LRU栈（顶新） | LRU置换页 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 缺 | --- | 1 缺 | --- |
| 2 | 2 | 1,2 缺 | --- | 2,1 缺 | --- |
| 3 | 3 | 1,2,3 缺 | --- | 3,2,1 缺 | --- |
| 4 | 4 | 2,3,4 缺 | 1 | 4,3,2 缺 | 1 |
| 5 | 1 | 3,4,1 缺 | 2 | 1,4,3 缺 | 2 |
| 6 | 2 | 4,1,2 缺 | 3 | 2,1,4 缺 | 3 |
结果：从第4步开始，每一步发生缺页时，两种算法淘汰的页面完全相同（依次为 1, 2, 3, 4...）。
原因：在此类循环访问串中，页面被装入内存的"年龄"顺序与其被访问的"新旧"顺序始终保持一致，因此两种算法决策等同。