Trong các cấu trúc chương trình sau, cấu trúc nào phát huy được hiệu quả sử dụng của bộ nhớ?

Sơ đồ phân hoạch cố định chia bộ nhớ thành các phần có kích thước cố định. Nếu kích thước chương trình lớn hơn kích thước một phân hoạch, chương trình không thể được tải vào bộ nhớ. Trong khi đó, sơ đồ hoán đổi, phân hoạch động, có thể sử dụng các kỹ thuật như phân trang (paging) hoặc phân đoạn (segmentation) để cho phép chương trình lớn hơn kích thước bộ nhớ vật lý chạy được.

Câu hỏi đề cập đến phương pháp nạp trang hiệu quả trong sơ đồ phân trang, nhằm tối ưu việc sử dụng bộ nhớ.

- Phương án A (Nạp trang theo yêu cầu): Đây là phương pháp phổ biến, chỉ nạp trang vào bộ nhớ khi trang đó thực sự được chương trình yêu cầu. Điều này giúp tránh lãng phí bộ nhớ bằng cách không nạp những trang không cần thiết.

- Phương án B (Nạp tất cả các trang của chương trình vào bộ nhớ ngay từ đầu): Phương pháp này ít được sử dụng vì nó tốn rất nhiều bộ nhớ, đặc biệt đối với các chương trình lớn. Nhiều trang có thể không bao giờ được sử dụng đến trong quá trình thực thi.

- Phương án C (Nạp trước các trang sắp sử dụng vào bộ nhớ): Đây là một kỹ thuật nâng cao hơn, dự đoán các trang mà chương trình có thể cần trong tương lai gần và nạp chúng vào bộ nhớ trước. Điều này có thể cải thiện hiệu suất bằng cách giảm thiểu số lần phải truy cập bộ nhớ phụ.

- Phương án D (Phương án b và c đều đúng): Phương án này không đúng vì phương án B thường không được sử dụng do lãng phí tài nguyên bộ nhớ.

Như vậy, phương án A (Nạp trang theo yêu cầu) là giải pháp nạp trang hay được sử dụng nhất vì tính hiệu quả trong việc sử dụng bộ nhớ. Phương án C (Nạp trước các trang sắp sử dụng vào bộ nhớ) cũng là một giải pháp tốt nhưng phức tạp hơn và không phải lúc nào cũng khả thi.

Giải thích:

* FIFO (First-In, First-Out): Trang nào vào bộ nhớ trước thì sẽ bị thay thế trước. Điều này phù hợp với mô tả "những trang tồn tại trong bộ nhớ lâu nhất sẽ bị thay thế".
* LRU (Least Recently Used): Trang nào ít được sử dụng gần đây nhất sẽ bị thay thế.
* Tối ưu (Optimal): Thay thế trang nào mà thời gian sử dụng tiếp theo là lâu nhất. Đây là giải thuật lý tưởng nhưng không thể thực hiện trong thực tế.
* LFU (Least Frequently Used): Trang nào ít được sử dụng nhất sẽ bị thay thế.

Quy trình xử lý lỗi trang (page fault) thường bao gồm các bước sau:

1. Bẫy (Trap): Khi CPU cố gắng truy cập một trang không hợp lệ (không có trong bộ nhớ vật lý), nó sẽ tạo ra một ngắt, gọi là lỗi trang.
2. Xác định trang hợp lệ: Hệ điều hành kiểm tra xem tham chiếu bộ nhớ có hợp lệ hay không (ví dụ: có nằm trong không gian địa chỉ của tiến trình hay không). Nếu không hợp lệ, tiến trình bị kết thúc.
3. Tìm trang trống hoặc thay thế trang: Nếu tham chiếu hợp lệ, hệ điều hành phải tìm một khung trang (page frame) trống trong bộ nhớ vật lý. Nếu không có khung trang trống, nó phải chọn một trang hiện tại để loại bỏ (page replacement). Việc chọn trang nào để loại bỏ là một vấn đề phức tạp và có nhiều thuật toán khác nhau (ví dụ: FIFO, LRU, Optimal).
4. Đọc trang vào bộ nhớ: Hệ điều hành đọc trang từ bộ nhớ thứ cấp (ví dụ: ổ cứng) vào khung trang đã chọn. Quá trình này bao gồm việc tìm vị trí của trang trên đĩa, đọc dữ liệu và ghi vào bộ nhớ.
5. Cập nhật bảng trang: Sau khi trang đã được nạp vào bộ nhớ, hệ điều hành phải cập nhật bảng trang (page table) của tiến trình để ánh xạ địa chỉ ảo tới địa chỉ vật lý mới. Điều này bao gồm việc đặt bit hợp lệ (valid bit) cho trang đó.
6. Khởi động lại lệnh: Cuối cùng, hệ điều hành khởi động lại lệnh đã gây ra lỗi trang. Lần này, khi CPU cố gắng truy cập trang, nó sẽ tìm thấy trang trong bộ nhớ vật lý và có thể tiếp tục thực thi.

Như vậy, nội dung "Tìm một trang vật lý trống trong bộ nhớ chính..." thuộc bước thứ 3 trong quy trình xử lý lỗi trang.

Bitmap trong hệ điều hành là một cấu trúc dữ liệu để theo dõi việc sử dụng các khối đĩa (hoặc các đơn vị lưu trữ khác). Mỗi bit trong bitmap đại diện cho một khối đĩa, và giá trị của bit (0 hoặc 1) cho biết khối đó đang tự do (free) hay đã được sử dụng (allocated). Do đó, bằng cách đọc thông tin trong bitmap, hệ điều hành có thể xác định được không gian tự do trên đĩa.