题目

假定题 44 给出的计算机 M 采用二级分页虚拟存储管理方式，虚拟地址格式如下：

请针对题 43 的函数 f1 和题 44 中的机器指令代码，回答下列问题：

(1) 函数 f1 的机器指令代码占多少页？

(2) 取第 1 条指令（push ebp）时，若在进行地址变换的过程中需要访问内存中的页目录和页表，则会分别访问它们各自的第几个表项（编号从 0 开始）？

(3) M 的 I/O 采用中断控制方式。若进程 P 在调用 f1 之前通过 scanf() 获取 n 的值，则在执行 scanf() 的过程中，进程 P 的状态会如何变化？CPU 是否会进入内核态？

题 44 信息（依赖前题）：函数 f1 的代码段起始虚拟地址为 0040 1000H。push ebp 是 f1 的第一条指令，位于代码段起点。

解析

（1）函数 f1 占多少页？

f1 代码段所有指令的虚拟地址高 20 位都相同——即都落在同一虚页内（页大小 = B = 4 KB，足够装下一般函数的几十条指令）。

→ f1 占 1 页。

编者注（高 20 位相同 = 同一页）：

这是页式系统的几何性质——只要两条地址的高 (32 - 12) = 20 位相同，它们必然在同一虚页内。函数体一般几百字节到几 KB，都在 1 页内；除非超大函数（>4 KB）才会跨页。

（2）push ebp 指令的地址变换访问哪几个表项

Step 1：拆解虚地址 0040 1000H

把 0040 1000H 转成二进制：

按 (10, 10, 12) 切：

字段	二进制	十进制
页目录号（高 10）	0000000001	1
页表索引（中 10）	0000000001	1
页内偏移（低 12）	0000 0000 0000	0

Step 2：查到的表项编号

• 页目录的第 1 个表项（编号从 0 开始）
• 该项指向的页表的第 1 个表项

编者注（编号方向）：题面说"编号从 0 开始"——所以页目录号 = 1 对应"第 1 个"表项（不是第 2 个）。这一陷阱常见于"序号 vs 索引"的混淆。

（3）scanf() 执行过程中进程状态变化 + CPU 模式

进程 P 的状态序列

阶段	P 的状态	触发事件
① 调用 scanf()，进入系统调用	运行态 → 阻塞态	缓冲区无数据，需等待键盘输入
② 用户敲完字符，键盘控制器发中断	阻塞态 → 就绪态	中断处理程序唤醒 P
③ 调度程序选中 P 执行	就绪态 → 运行态	取得 CPU
④ scanf() 返回	运行态（同 ③ 内）	继续执行后续代码

完整轨迹：运行 → 阻塞 → 就绪 → 运行。

CPU 模式

scanf() 通过系统调用陷入内核 → CPU 从用户态变为内核态。键盘中断处理时也是内核态。整个 I/O 过程多次在用户态和内核态之间切换。

→ CPU 一定会进入内核态（执行系统调用 + 中断处理时）。

编者注（关键概念区分）：

1. 进程状态 vs CPU 模式——独立的两个维度（详见 2023-46 编者注）

   • 进程状态描述"我现在在不在跑、能不能被调度"
   • CPU 模式描述"当前 CPU 上的代码执行权限有多高"

2. scanf() 调用流程的三个关键转换：

   • 调用瞬间：用户态 → 内核态（陷入）
   • 等待 I/O：进程从"运行"到"阻塞"
   • 中断到来：进程从"阻塞"到"就绪"
   • 被调度后：从"就绪"到"运行"，并最终从内核态返回到用户态

3. 不要漏掉"就绪"中间态——很多同学把答案写成"运行 → 阻塞 → 运行"，跳过了就绪态。P 被唤醒不等于立即执行——必须先排队到就绪、再被调度选中。考研答这种"状态序列"题，三态不能少。

4. 同步阻塞 vs 异步通知——本题的 scanf() 是同步阻塞的典型代表（缓冲区空就 block）。如果改成 select() / epoll() / 信号驱动，进程状态变化模式会不同——这是 OS I/O 模型章的进阶内容，本题不要求。