UGC NET CS 2014 年 12 月 – III | 问题 9

这是一道关于操作系统的考题。对于程序员来说，理解操作系统的工作方式非常重要，因为他们需要写出符合操作系统规范的可执行文件，以此使得程序能够正确地在操作系统上运行。此题需要理解操作系统的内存管理机制，下面给出一些思考和解答的方向。

题目描述：

在一个具有虚存管理的操作系统中，程序员 A 编写了一个程序 P，其大小为 400 KB。在运行 P 程序过程中，程序员 B 试图将一个 800 KB 大小的另一程序 Q 装入内存。那么程序员 A 的程序 P 是否会受到影响？

思考方向：

• 了解虚存管理的工作方式，以及虚存空间的概念。虚存（virtual memory）是指计算机系统为每一个进程分配的一段地址空间，和物理内存（physical memory）是分离的。程序可以认为自己独占整个虚存空间。
• 了解虚存空间的切分方式。在多数操作系统中，虚存空间被切成块，称为页面（page）。物理内存也被切分成同样大小的页面，存储在一个页面表里面。程序运行时，只有部分内存页面会从虚存空间加载到物理内存。
• 了解虚存页面的访问方式。当程序 P 需要访问某个虚存页面时，在当前物理内存中没有找到该页面，这时操作系统会将该页面从磁盘上加载到物理内存中，重新映射地址。根据操作系统的虚存管理算法，如果物理内存已满，操作系统会选择触发页面置换（页面换入/换出）操作，释放物理内存页面，为新的页面让出位置。

解答：

一般来说，程序员 A 的程序 P 不会受到影响，因为虚存管理的主要作用就是为了让每个程序都认为自己独占整个虚存空间，如图所示：

+------------------+     +-------------------+
|    Program P     |     |    Program Q       |
|------------------|     |-------------------|
| Virtual memory P1 |     | Virtual memory Q1  |
|------------------|     |-------------------|
| Virtual memory P2 |     | Virtual memory Q2  |
|------------------|     |-------------------|
|      ...         | ... |         ...        |
|------------------|     |-------------------|
| Virtual memory Pn |     | Virtual memory Qn  |
+------------------+     +-------------------+

同时，虚存管理也会触发页面置换操作来让出已经被占用的物理内存页面，以便新的程序或新的虚存页面能够被加载进去。因此，当程序员 B 试图将一个 800 KB 大小的另一程序 Q 装入内存时，就算该程序需要的空间大于当前物理内存的剩余空间，操作系统依然会通过页面置换等算法来释放一部分物理内存，为 Q 以及其他可能需要被加载的程序腾出空间。但是，如果程序 Q 的空间需要大于虚存空间的剩余空间，可能会出现程序加载失败的情况。

总之，对于程序员来说，理解操作系统的内存管理机制是非常重要的，这能够帮助他们编写出正确的可执行文件，并在运行时更好地利用计算机的内存资源。