操作系统内存管理：问题与解答

"《现代操作系统第四版》第三章主要探讨了内存管理的相关概念，包括IBM360的设计、基址和界限寄存器的作用、内存紧缩的时间复杂性、空闲区分配策略以及虚拟地址与物理地址的区别。" 1. IBM360的4bit密钥设计缺陷分析 - 密钥位数限制：由于密钥只有4位，最多只能支持16个不同的密钥，这意味着系统在同一时间只能处理16个进程，这对于大型系统来说是严重不足的。 - 硬件需求：每次内存访问都需要CPU进行密钥比较，增加了硬件的复杂性和成本，同时也可能影响处理器的执行效率。 - 安全性问题：4位密钥可能不够安全，容易被破解，无法提供足够的保护。 2. 基址和界限寄存器的理解 - 不是固定相等：基址寄存器的值表示进程在内存中的起始位置，界限寄存器则标识了进程可访问内存区域的大小。它们在不同情况下可以不同，描述中的相等是巧合。 - 功能解释：基址寄存器用于确定进程的起始内存位置，界限寄存器用于防止进程越界访问内存，从而确保内存安全。 3. 内存紧缩的时间估算 - 在一个128MB的内存中进行紧缩，假设每个字节的操作需要2.5ns，总计需要671毫秒。这个过程涉及到大量的读写操作，可能导致系统暂停，影响性能。 4. 空闲区分配策略对比 - 首次适配：分配最大的空闲区，这里是20MB，10MB，18MB。 - 最佳适配：选择最小的满足需求的空闲区，分别是12MB，10MB，9MB。 - 最差适配：分配最大的空闲区以最大化剩余空间，即20MB，18MB，15MB。 - 下次适配：继续在上次分配之后的下一个空闲区寻找，依次为20MB，18MB，9MB。 5. 虚拟地址与物理地址的差异 - 物理地址是实际内存中的地址，与硬件直接交互，每个内存单元都有唯一物理地址。 - 虚拟地址是进程看到的地址，由操作系统映射到物理地址，提供了隔离和保护，使得进程可以认为自己独占内存。 6. 虚拟地址转换 - 对于4KB页面和8KB页面，虚拟地址的高几位是虚拟页号，低几位是偏移量。例如，20000转换后，如果是4KB页面，偏移量为00100000，页号为01001；如果是8KB页面，偏移量为00000000，页号为01001110。 这些知识点展示了操作系统如何管理和分配内存，以及如何通过虚拟地址实现进程的隔离，同时也讨论了内存管理中的优化策略和潜在问题。