北航操作系统课程-20200323课堂小测-存储管理之页目录自映射专题

2020-03-23-课堂小测-页目录自映射专题

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北京航空航天大学计算机学院-2020春操作系统课程
以下题目作者为北航计算机学院操作系统课程组，客观题答案由课程组给出，解析及主观题答案均为博主原创，水平有限，如有错误敬请批评指正。

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1 页式内存管理中，页面大小是4KB，则页内偏移不可能是：（单选）

A. 0x0

B. 0x123

C. 0xfff

D. 0x1000

答：D

页面大小是4KB，而我们知道页内地址是从0开始连续的，因此大于4K的值的页内偏移地址是不可能出现的。

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2 以下哪个地址不是4MB对齐的：（单选）

A. 0x7fc0_0000

B. 0x8000_0000

C. 0xc030_0000

D. 0xffc0_0000

答：C、D

4MB对齐的地址显然应该是4M这个数的整数倍。4M=2^22=0x40_0000，C选项0xc030_0000不是它的整数倍。

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3 以下哪个地址不可能是自映射页目录的地址：（单选）

A. 0x8020_0000

B. 0x0000_0000

C. 0xc040_0000

D. 0x7fdf_f000

答：

我们知道自映射页目录的地址 $PDE_{base}$ 满足：
$PDE_{base}=PT_{base}|PT_{base}>>10\\ =PT_{base}+ PT_{base} \div 2^{10}$
其中 $PT_{base}$ 表示整个页表在虚拟内存中的基地址，而这个值是应该4MB对齐的。通过带入题目选项所给的 $PDE_{self\_mapping}$ 地址分别计算 $PT_{base}$ ，在十进制下有 $PT_{base}=PDE_{base}/1025\times1024$ 。计算得到的 $PT_{base}$ ，A选项为0x8000_0000，B选项为0x0000_0000，D选项为0x7fc0_0000，均是4MB对齐的，而C选项无法整除，说明C项不可能是一个自映射页目录的地址。

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4 寻址256TB地址空间，至少需要________位地址：（填空）

答：48

256T = 2^8T = 2^8 * 2^40 = 2^48，因此至少需要48位地址

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5 页目录自映射计算过程中，给定的页表起始地址和计算得到的页目录地址是：（单选）

A. 都是物理地址

B. 都是虚拟地址

C. 前者是物理地址，后者是虚拟地址

D. 前者是虚拟地址，后者是物理地址

答：B

页表起始地址由于是操作系统软件访问的地址，显然是虚拟地址，而页目录采用自映射机制，计算所得结果也是虚拟地址系统中的一部分，也是虚拟地址。

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6 一个32位页式内存管理系统，页面大小是4KB，采用二级页表管理，页表被映射到起始地址0x1fc0_0000的4MB地址空间，那么页目录所在的地址为0x____________________：（填空）

答：1FC7F000

$PDE_{base}=PT_{base}|PT_{base}>>10$ ，带入即可计算得 $PDE_{base} = 0x1fc7\_f000$

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7 以下关于页目录自映射说法正确的是：（单选）

A. 采用页目录自映射方式，有助于实现用户进程的统一内存布局

B. 实现内存自映射必须为所有页表页分配物理存储空间

C. 页目录自映射只适用于二级页表分页系统

D. 页目录自映射可以提高访存效率

答：A

采用页目录自映射的方式，用户进程页表也在用户空间拥有一个自映射页目录，有助于实现用户进程的统一内存布局，A正确。实现页目录自映射，或者说实现多级页表请求分页系统，就是为了避免给所有页表页分配物理空间，否则页表本身将占用过多的物理存储空间，B错误。页目录自映射机制可以适用于多级页表系统，C错误。页目录自映射和访存效率无关，事实上相比于一级页表或没有分页的系统，多级页表系统会增加内存访问次数，D错误。

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8 一个32位页式内存管理系统，页面大小是4KB，采用二级页表管理，页表被映射到起始地址0xD000_0000的4MB地址空间，则自映射页目录中，指向自身的页目录项的虚拟地址为0x____________________：（填空）

答：D0340000

$PDE_{self\_mapping}=PT_{base}|PT_{base}>>10|PT_{base}>>20$ ，带入即可计算得到 $PDE_{self\_mapping}=0xD034\_0000$

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9 一个32位页式内存管理系统，页面大小是4KB，采用二级页表管理，页表被映射到起始地址0xC000_0000的4MB地址空间，如果需要将虚拟地址0x8001_0000映射到物理地址0x0000_0000上，则需要修改虚拟地址0x____________________上的页表项：（填空）

答：C0200040

此题的问法相当于问虚拟地址0x8001_0000所在页的页表项在哪里。每4KB一页，则0x8001_0000所在的页是0x8001_0000 / 4K = 0x80010，第0x80010个页，每个页占用4B的页表项，则该页所在页表项在页表中的偏移是0x80010 * 4B = 0x200040，页表起始地址为0xc000_0000，则该页表项的地址为 0xc000_0000 + 0x200040 = 0xc020_0040。

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10 以下关于x86架构的CPU，说法正确的是：（单选）

A. 系统引导时，应该首先开启分页寻址功能，再将CPU从实模式切换为保护模式

B. 进入保护模式后可以启用分页寻址功能，也可以禁用分页寻址功能

C. 进入保护模式后可以启用分段寻址功能，也可以禁用分段寻址功能

D. 开启分页寻址功能后，之前存储的数据都会丢失

答：B

x86架构下，系统引导的时候CPU采用实模式，从实模式且换保护模式后，分段功能是不可禁止，自动开启的，而分页功能是可以开启也可以禁止的，因此分页功能的开启是在切换至保护模式之后进行的，A、C错误，B正确。开启分页之后之前存储的数据是不会丢失的，D错误。