多级页表与内存管理详解：地址空间、调度与并发问题

本资源是一份关于操作系统课程的期末考试试卷，主要考察了多核处理器调度、内存管理、死锁、磁盘缓存、进程与线程的区别、分页式内存管理和生产者-消费者问题等核心概念。 多核处理器调度问题 (6分)单队列调度可能导致所有核共享同一队列，导致某些核心空闲时其他核心负载过重，造成性能浪费。解决方法是采用按需调度，根据每个核的工作负载动态分配任务。多队列调度则可以更好地平衡负载，但维护多个队列会增加系统复杂性，可能需要更精细的调度策略。 内存管理 (6分)分段式内存管理通过逻辑地址划分成多个段，每个段有自己的段表，优点是灵活性高，适合大型程序。地址转换过程复杂，且可能出现段间地址转换开销大。分页式管理将地址空间划分为固定大小的页面，通过页表进行映射，优点是地址转换效率高，但空间碎片可能增多。 死锁及其同步问题 (8分)死锁是指两个或多个进程相互等待对方释放资源而陷入无限等待状态。四个必要条件包括互斥、占有并等待、不可剥夺和循环等待。除了死锁，还有活锁（进程无法推进，但不等待资源）、饥饿（某个进程长期得不到资源）等问题。处理方法包括预防性措施（避免产生死锁条件）、避免性措施（检测并恢复）和检测性措施（死锁检测后恢复）。 磁盘缓存 (4分)Writeback缓存写入数据时先写入缓存，下次读取时直接从缓存返回，提高了读操作速度，但可能丢失未写回的数据。Writethrough缓存每次写操作都会同步到磁盘，保证数据一致性，但写操作速度较慢。 进程与线程 (12分)进程是拥有独立地址空间的运行实体，线程是进程中可并发执行的轻量级实体，共享进程资源。进程切换涉及上下文切换，线程切换更高效。图5-1和5-2代码的分析需要具体代码才能给出确切的答案，涉及进程创建和线程调度。 分页式内存管理 (20分)128KB地址空间用21位表示，128字节页面用7位表示，页表项和页目录项各占4字节即32位，需要额外的页表项和页目录项位数。页表存储空间和页目录存储空间计算基于所需项的数量。图6-1的题目要求根据给出的条件填充注释和代码，这部分需要具体分析。 生产者-消费者问题 (16分)图7-1中的生产者-消费者问题可能存在的竞争条件包括缓冲区满/空条件。如果代码正确解决了问题，可能通过信号量、条件变量或其他并发原语保证了缓冲区的正确同步。如果不正确，需要指出具体问题并提出改进方案。 总结，这份试卷涵盖了操作系统设计中的关键概念，旨在考察学生对处理器调度、内存管理、并发控制以及数据结构在实际应用中的理解。