第五章存儲管理

1、單多項選擇題判斷題填空題名詞解釋1物理地址內存中各存儲單元的地址由統(tǒng)一的基地址順序編址，這種地址稱為物理地址。2邏輯地址用戶程序經(jīng)編譯之后的每個目標模塊都以0為基地址順序編址，這種地址稱為邏輯地址。3邏輯地址空間由程序中邏輯地址組成的地址范圍叫做邏輯地址空間。4物理地址空間由內存中的一系列存儲單元所限定的地址范圍稱作內存空間。5重定位把邏輯地址轉變?yōu)閮却嫖锢淼刂返倪^程叫做重定位。6靜態(tài)重定位在目標程序裝入內存時所進行的重定位。7動態(tài)重定位在程序執(zhí)行期間，每次訪問內存之前進行的重定位。8內部碎片在一個分區(qū)內部出現(xiàn)的碎片（即被浪費的空間）稱作內部碎片。如固定分區(qū)法會產生內部碎片。9外部碎片在所有分

2、區(qū)之外新產生的碎片稱作外部碎片，如在動態(tài)分區(qū)法實施過程中出現(xiàn)的越來越多的小空閑塊，由于它們太小，無法裝入一個小進程，因而被浪費掉。10碎片在分區(qū)法中，內存出現(xiàn)許多容量太小、無法被利用的小分區(qū)稱作“碎片”。11緊縮移動某些已分區(qū)的內容，使所有作業(yè)的分區(qū)緊挨在一起，而把空閑區(qū)留在另一端，這種技術稱為緊縮。12可重定位地址當含有它的程序被重定位時，將隨之被調整的一種地址。13固定分區(qū)法內存中分區(qū)的個數(shù)固定不變，各個分區(qū)的大小也固定不變，但不同分區(qū)的大小可以不同，每個分區(qū)只可裝入一道作業(yè)。14動態(tài)分區(qū)法各個分區(qū)是在相應作業(yè)要求進入內存時才建立的，使其大小恰好適應作業(yè)的大小。15可再入代碼也稱純代碼，是

3、指那些在其執(zhí)行過程本身不做任何修改的代碼，通常由指令和常數(shù)組成。16虛擬存儲器虛擬存儲器是用戶能作為可編程內存對待的虛擬存儲空間，在這種計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)了用戶邏輯存儲器與物理存儲器的分離，它是操作系統(tǒng)給用戶提供的一個比真實內存空間大得多的地址空間。17抖動頁面抖動是系統(tǒng)中頻繁進行頁面置換的現(xiàn)象。即如果一個進程沒有一定數(shù)量的內存塊，它很快就發(fā)生缺頁。此時，它必須淘汰某頁。由于所有這些頁面都正在使用，所以剛被淘汰出去的頁很快又被訪問，因而要把它重新調入?？墒钦{入不久又再被淘汰出去，這樣再訪問，再調入，如此反復，使得整個系統(tǒng)的頁面替換非常頻繁，以致大部分機器時間都用在來回進行的頁面調度上，只有一小部

4、分時間用于進程的實際運算方面。18工作集工作集是一個進程在某一小段時間內訪問頁面的集合。利用工作集模型可防止抖動，也可以進行頁面置換。19程序局部性原理在相對短的一段時間內，進程集中在一組子程序或循環(huán)中之行，導致所有的存儲器訪問局限于進程地址空間的一個固定子集。這種現(xiàn)象就叫做程序局部性原理。20快表又叫“聯(lián)想存儲器”。在分頁系統(tǒng)中，由于頁表是存放在主存中的，因此cpu存取一個數(shù)據(jù)時要訪問兩次主存。這樣使計算機的處理速度降低約一倍。為了提高地址變換速度，在地址變換機構中增設一個具有并行查找能力的高速緩沖存儲器，用以存放當前訪問的頁表項。這樣的高速緩沖存儲器就是快表。21交換交換系統(tǒng)指系統(tǒng)根據(jù)需要

5、把主存中暫時不運行的某個（或某些）作業(yè)部分或全部移到外存。而把外存中的某個（或某些）作業(yè)移到相應的主存區(qū)，并使其投入運行。22換頁指系統(tǒng)根據(jù)某種策略選擇某頁出主存，將某頁調入主存的過程。23實存實存是指計算機配置的物理存儲器，它直接向cpu提供程序和數(shù)據(jù)。24虛存虛存是指系統(tǒng)向用戶程序提供的編程空間，其大小由cpu的地址長度決定。簡答題1解釋固定分區(qū)法和動態(tài)分區(qū)法的基本原理。答：固定分區(qū)法內存中分區(qū)的個數(shù)固定不變，各個分區(qū)的大小也固定不變，但不同分區(qū)的大小可以不同。每個分區(qū)只可裝入一道作業(yè)。 動態(tài)分區(qū)法各個分區(qū)是在相應作業(yè)要進入內存時才建立的，使其大小恰好適應作業(yè)的大小。 2說明內部碎片和外部

6、碎片的不同之處答：內存中出現(xiàn)的其容量太小、無法被利用的小分區(qū)稱作碎片 。內部碎片和外部碎片出現(xiàn)的位置不同 。內部碎片出現(xiàn)在一個分區(qū)的內部（即被浪費的空間），如固定分區(qū)法會產生內部碎片 。外部碎片出現(xiàn)在所有分區(qū)之外，是新增的小分區(qū)，如在動態(tài)分區(qū)法實施過程中會出現(xiàn)外部碎片 。3動態(tài)重定位分區(qū)管理方式中如何實現(xiàn)虛-實地址映射？答：作業(yè)裝入內存時，是將該用戶的程序和數(shù)據(jù)原封不動地裝入到內存中 。當調度該進程在cpu上執(zhí)行時，操作系統(tǒng)就自動將該進程在內存的起始地址裝入基址寄存器，將進程的大小裝入限長寄存器 。當執(zhí)行指令時，如果地址合法，則將相對地址與基址寄存器中的地址相加，所得結果就是真正要訪問的內存地

7、址；如果地址越界，則發(fā)出相應中斷，進行處理 。4什么是虛擬存儲器？它有哪些基本特征？答:虛擬存儲器是用戶能作為可編址內存對待的虛擬存儲空間,在這種計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)了用戶邏輯存儲器與物理存儲器的分離,它是操作系統(tǒng)給用戶提供的一個比真實內存空間大得多的地址空間。 虛擬存儲器的基本特征是:虛擬擴充不是物理上,而是邏輯上擴充了內存容量;部分裝入每個作業(yè)不是全部一次性地裝入內存,而是只裝入一部分;離散分配不必占用連續(xù)的內存空間,而是”見縫插針”;多次對換所需的全部程序和數(shù)據(jù)要分成多次調入內存。 5引入虛擬存儲器后，除了獲得主存“擴充”的好處，還有什么好處？答：引入虛存后，程序的地址空間都是虛地址的集合，

8、只有在程序運行中通過硬件地址轉換機構和操作系統(tǒng)的相應軟件，才能將虛地址變換成主存的實地址，這將為主存的分配帶來更大的靈活性。另外，虛、實地址分開，用戶程序不能干擾實地址的生成，從而實現(xiàn)了存儲器的保護 。6什么是分頁？什么是分段？二者有何主要區(qū)別？答：分頁是由系統(tǒng)將一個進程的邏輯地址空間劃分成若干大小相等的部分，每一部分稱做一個頁面。 分段是用戶根據(jù)作業(yè)的邏輯關系進行自然劃分，每個分段是作業(yè)中相對獨立的一部分。 分段和分頁都是非連續(xù)的存儲管理方法， 分頁和分段的主要區(qū)別有： 頁是信息的物理單位，段是信息的邏輯單位。 頁面的大小由系統(tǒng)確定，并且各頁大小都相同；各段長度因段而已，由用戶決定。 分頁的

9、作業(yè)地址空間是一維的，分段的作業(yè)的地址空間是二維的。 分頁的活動對用戶是不可見的，而分段是用戶可見的活動。7在分頁系統(tǒng)中頁面大小由誰決定？頁表的作用是什么？如何將邏輯地址轉換成物理地址？答:在分頁系統(tǒng)中頁面大小由硬件決定。 頁表的作用是:實現(xiàn)從頁號到物理塊號的地址映射。 邏輯地址轉換成物理地址的過程是:用頁號P去檢索頁表，從頁表中得到該頁的物理塊號，把它裝入物理地址寄存器中。同時，將頁內地址d直接送入物理地址寄存器的塊內地址字段中。這樣，物理地址寄存器中的內容就是由二者拼接成的實際訪問內存地址，從而完成了從邏輯地址到物理地址的轉換。 8什么是belady現(xiàn)象？答：belady現(xiàn)象是指在使用FI

10、FO算法進行內存頁面置換時 ，在未給進程或作業(yè)分配足它所要求的全部頁面的情況下，有時出現(xiàn)的分配的頁面數(shù)增多，缺頁次數(shù)發(fā)而增加的奇怪現(xiàn)象。9請求分頁技術的基本思想是什么？它與簡單分頁技術之間有何根本區(qū)別？答：請求分頁技術的基本思想是：當一個進程的部分頁面在內存時就可調度它運行；在運行過程中若用到的頁面尚未在內存，則把它們動態(tài)換入內存。這樣，就減少了對換時間和所需內存數(shù)量，允許增加程序的道數(shù)。 請求分頁技術是在簡單分頁技術基礎上發(fā)展起來的，兩者根本區(qū)別是：請求分頁提供虛擬存儲器，而簡單分頁系統(tǒng)并未提供虛擬存儲器。10為什么分段技術比分頁技術更容易實現(xiàn)程序或數(shù)據(jù)的共享和保護？答： 每一段在邏輯上是相

11、對完整的一組信息，分段技術中的共享是在段一級出現(xiàn)的。這樣，任何共享的信息就可以單獨成為一段。同樣，段中所有內容可以用相同的方式進行使用，從而規(guī)定相同的保護權限。 然而，頁是信息的物理單位，在一頁中可能存在邏輯上互相獨立的兩組或多組信息，各有不同的使用方式和存取權限，因而，對分頁難以進行共享和保護。 11何謂工作集？它有什么作用？答：工作集是一個進程在某一小段時間內訪問頁面的集合。 利用工作集模型可防止抖動，也可以進行頁面置換。 12什么是頁面抖動？系統(tǒng)怎樣檢測是否出現(xiàn)抖動？一旦檢測到抖動？系統(tǒng)如何消除它？答：頁面抖動是系統(tǒng)頻繁進行頁面置換的現(xiàn)象。整個系統(tǒng)的頁面替換非常頻繁，以致大部分機器時間都

12、用在來回進行的頁面調度上，只有一小部分時間用于進程的實際運算方面。 操作系統(tǒng)監(jiān)督每個進程的工作集，并給它分配工作集所需的內存塊。若有足夠多的額外塊，就可以裝入并啟動另外的進程。如果工作集增大了，超出可用塊的總數(shù)，即系統(tǒng)中全部進程對內存塊的總請求量大于可用內存塊的總量，將出現(xiàn)抖動，因為某些進程得不到足夠的內存塊。 一旦檢測到抖動，操作系統(tǒng)要選擇一個進程讓它掛起，把它的頁面寫出去，把它占用的內存塊分給別的進程。被掛起的進程將在以后適當時機重新開始執(zhí)行。綜合題1考慮下面頁面走向：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6 當內存塊數(shù)量分別為3時，試問LRU,FIF

13、O,OPT三種置換算法的缺頁次數(shù)各是多少？（注意，所有內存最初都是空的，凡第1次用到的頁面都產生一次缺頁）答：LRU12342156212376321236111444555111777222222222111222226661116333336666333333333×××××××××××××××(2)FIFO12342156212376321236111444466663333222262222111222277771111333355511

14、116666633××××××××××××××××(2)OPT12342156212376321236111111111113333333332222222222277722222344456666666661116××××××××××× (2)內存塊數(shù)置換算法FIFOLRUOPT3161511 (3)2考慮下面存儲訪問序列，該

15、程序大小為460字：10，11，104，170，73，309，185，245，246，434，458，364 設頁面大小是100字，請給出該訪問序列的頁面走向。又設該程序基本可用內存是200字，采用FIFO置換算法，求出缺頁率。如果采用LRU算法，缺頁率是多少？如果采用最優(yōu)淘汰算法，其缺頁率又是多少？解: 該序列的頁面走向為：0、1、0、3、1、2、4、3。 (1)FIFO01031243000333421111223×××××× (2)LRU01031243000011441133223××××

16、;××× (2)OPT01031243000333331111244×××××(2)算法FIFOLRUOPT缺頁次數(shù)675缺頁率6/12=0.57/12=0.5835/12=0.417 (3)3設某頁系統(tǒng)中，頁幀大小為100字。一個程序大小為1200字，可能的訪問序列如下：10，205，110，735，603，50，815，314，432，320，225，80，130，270系統(tǒng)采用LRU算法。當為其分配4個主存塊時，給出該作業(yè)駐留的各個頁的變化情況及頁故障數(shù)。答：首先將邏輯地址變換成頁號。這樣10，205，110

17、，735，603，50，815，314，432，320，225，80，130，720，通過除以頁的大小100，頁號分別為0，2，1，7，6，0，8，3，4，2，0，1，2。(3)系統(tǒng)為運行進程分配4個主存塊，采用LRU算法，因此可以列表給出進程的缺頁情況：0217608343201202176083432012021760834320102176088432002176008433FFFFFFFFFSFFFS (5)由上表可見，被淘汰的頁依次為0，2，1，7，6，0，8，4。缺頁次數(shù)為12次 (2)4某請求頁式管理系統(tǒng)，用戶編程空間有40個頁面，每個頁面為200H字節(jié)。假定某時刻用戶頁表中虛頁

18、號和物理塊號對照表如下：虛頁號0251720物理塊號52081436求虛地址0A3CH、223CH分別對應的物理地址。答：虛地址0A3CH轉換成十進制數(shù)為2620，每個頁為200H，即512B，由2620/512可得，頁號為5，頁內地址為60。查頁表可知，其主存塊號為8。(3)因此地址為2620的物理地址為：8*512+60=4156。(2)虛地址223CH轉換成十進制數(shù)為8762，由8762/512可得，其頁號為17，頁內地址為58。查頁表可知，其主存塊號為14。(3)因此地址為8762的物理地址為14*512+58=7226。(2)5某系統(tǒng)采用頁式存儲管理策略，擁有邏輯空間32頁，每頁2K

19、B；擁有物理空間1MB。1） 寫出邏輯地址的格式2） 若不考慮訪問權限位，進程的頁表有多少項？每項至少多少位？3） 如果物理空間減少一半，頁表結構應作怎樣的改？答：1）邏輯空間32頁，占5個二進制位。每頁2KB，占11位。故描述邏輯空間需要16位(2)。1511 100邏輯地址的格式： | (1)2)進程的頁表有32項，每項的位數(shù)由主存的分塊數(shù)決定(2)。1MB的空間可劃分為512個2KB的塊，每個塊用9個二進制位表示(2)。3）如果物理空間減少一半時，主存地址需要19位表示，仍大于邏輯空間的大小，故頁表結構可以不變。(3)6有一虛擬存儲系統(tǒng)，采用先進先出（FIFO）的頁面淘汰算法。在主存忠為

20、每一個作業(yè)進程開辟3頁。某作業(yè)運行中使用的操作數(shù)所在的頁號依次為：4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5。1） 該作業(yè)運行中總共出現(xiàn)多少次缺頁？2） 若每個作業(yè)進程在主存擁有4頁，又將產生多少次缺頁？3） 如何解釋所出現(xiàn)的現(xiàn)象？解：先進先出算法的實質是：總是選擇作業(yè)中在主存駐留時間最長的一頁進行淘汰。若在主存中為每一作業(yè)進程開辟3頁，對于題中的頁面訪問過程，其頁面調度過程如下所示432143543215頁面1444111555555頁面233344444222頁面32223333311缺頁中斷FFFFFFF FF (3)1） 該作業(yè)運行中總共出現(xiàn)9次缺頁(1)2） 在主存擁有4頁，又將

21、產生10次缺頁(1)。其頁面調度過程見下圖：432143543215頁面1444444555511頁面233333344445頁面32222223333頁面4111111222缺頁中斷FFFFFFFFFF (3)3)從這個例子可以看出，當主存中為每一作業(yè)進程開辟4頁時，出現(xiàn)了缺頁次數(shù)反而增加的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為Belady現(xiàn)象。(2)7關于存儲管理，試問：（1） 在分頁、分段和段頁式存儲管理中，當訪問一條指令或數(shù)據(jù)時，需要訪問內存幾次？各做什么處理？（2） 假設一個分頁存儲系統(tǒng)具有快表，多數(shù)活動頁表都可以存在其中，頁表放在內存中，內存訪問時間是1us。若快表的命中率是85%，快表的訪問時間為0

22、.1us，則有效存取時間為多少？若快表命中率為50%，那么有效存取時間為多少？解答：（1）分頁需要訪問2次，第一次訪問頁表，第二次執(zhí)行訪內操作(2)；分段需要訪問2次，第一次訪問段表，第二次執(zhí)行訪內操作；段頁式需要訪問3次，第一次訪問段表，第二次訪問頁表，第三次執(zhí)行訪內操作(2)。（2）當快表的命中率為85%時，執(zhí)行一次訪內操作需要的時間： T=1*0.85+2*(1-0.85)=1.15(us) (3)當快表的命中率為50%時，執(zhí)行一次訪內操作需要的時間： T=1*0.5+2*(1-0.5)=1.5(us) (3)8在一個采用頁式虛擬存儲管理的系統(tǒng)中，有一用戶作業(yè)，它依次要訪問的字地址序列是

23、：115，228，120，88，446，102，321，432，260，167，若該作業(yè)的第0頁已經(jīng)裝入主存，現(xiàn)分配給該作業(yè)的主存共300字，頁的大小為100字，請回答下列問題： （1）按FIFO調度算法將產生多少次缺頁中斷，依次淘汰的頁號為多少，缺頁中斷率為多少。 （2）按LRU調度算法將產生多少次缺頁中斷，依次淘汰的頁號為多少，缺頁中斷率為多少。答：頁面走向為：1，2，1，0，4，1，3，4，2，1（1）按FIFO調度算法將產生5次缺頁中斷；依次淘汰的頁號為：0，1，2； 缺頁中斷率為：5/10=50% (3)1210413421000004444441111113333222222221××××× (2)（2）按LRU調度算法將產生6次缺頁中斷；依次淘汰的頁號為：2，0，1，3； 缺頁中斷率為：6/10=60% (3)1210413421000000033331111111122222444441×××××× (2)9一臺計算機含有65536字節(jié)的存儲空間，這一空間被分成許多長度為4096字節(jié)的頁。有一個程序，其代碼段為32768字節(jié)，數(shù)據(jù)段為16386字節(jié)，棧段為15870字節(jié)。試問該機器的主存空間適合這個進程嗎？如果將每頁改成512字節(jié)，合適嗎？答：當存儲空