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2.15 简述操作系统中的缺页中断。
参考回答
- 缺页异常：malloc和mmap函数在分配内存时只是建立了进程虚拟地址空间，并没有分配虚拟内存对应的物理内存。当进程访问这些没有建立映射关系的虚拟内存时，处理器自动触发一个缺页异常，引发缺页中断。
- 缺页中断：缺页异常后将产生一个缺页中断，此时操作系统会根据页表中的外存地址在外存中找到所缺的一页，将其调入内存。
答案解析
两者区别。
缺页中断与一般中断一样，需要经历四个步骤：保护CPU现场、分析中断原因、转入缺页中断处理程序、恢复CPU现场，继续执行。
缺页中断与一般中断区别：
（1）在指令执行期间产生和处理缺页中断信号
（2）一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断
（3）缺页中断返回的是执行产生中断的一条指令，而一般中断返回的是执行下一条指令。
2.16 说说虚拟内存分布，什么时候会由用户态陷入内核态？
参考回答
- 虚拟内存分布：
用户空间：
（1）代码段.text： 存放程序执行代码的一块内存区域。只读，代码段的头部还会包含一些只读的常数变量。
（2）数据段.data： 存放程序中已初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。
（3）BSS 段.bss：存放程序中未初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。
（4）可执行程序在运行时又会多出两个区域：堆区和栈区。
堆区： 动态申请内存用。堆从低地址向高地址增长。
栈区： 存储局部变量、函数参数值。栈从高地址向低地址增长。是一块连续的空间。
（5）最后还有一个文件映射区，位于堆和栈之间。
内核空间：DMA区、常规区、高位区。
- 什么时候进入内核态：共有三种方式：a、系统调用。b、异常。c、设备中断。其中，系统调用是主动的，另外两种是被动的。
2.17 简述一下虚拟内存和物理内存，为什么要用虚拟内存，好处是什么？
参考回答
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物理内存：物理内存有四个层次，分别是寄存器、高速缓存、主存、磁盘。
寄存器：速度最快、量少、价格贵。
高速缓存：次之。
主存：再次之。
磁盘：速度最慢、量多、价格便宜。
操作系统会对物理内存进行管理，有一个部分称为内存管理器(memory manager) ，它的主要工作是有效的管理内存，记录哪些内存是正在使用的，在进程需要时分配内存以及在进程完成时回收内存。
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虚拟内存：操作系统为每一个进程分配一个独立的地址空间，但是虚拟内存。虚拟内存与物理内存存在映射关系，通过页表寻址完成虚拟地址和物理地址的转换。
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为什么要用虚拟内存：因为早期的内存分配方法存在以下问题：
（1）进程地址空间不隔离。会导致数据被随意修改。
（2）内存使用效率低。
（3）程序运行的地址不确定。操作系统随机为进程分配内存空间，所以程序运行的地址是不确定的。
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使用虚拟内存的好处：
（1）扩大地址空间。每个进程独占一个4G空间，虽然真实物理内存没那么多。
（2）内存保护：防止不同进程对物理内存的争夺和践踏，可以对特定内存地址提供写保护，防止恶意篡改。
（3）可以实现内存共享，方便进程通信。
（4）可以避免内存碎片，虽然物理内存可能不连续，但映射到虚拟内存上可以连续。
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使用虚拟内存的缺点：
（1）虚拟内存需要额外构建数据结构，占用空间。
（2）虚拟地址到物理地址的转换，增加了执行时间。
（3）页面换入换出耗时。
（4）一页如果只有一部分数据，浪费内存。
