操作系統(tǒng)第四章答案4頁

1、第四章 存儲器管理1. 為什么要配置層次式存儲器？答：這是因?yàn)椋篴.設(shè)置多個存儲器可以使存儲器兩端的硬件能并行工作。b.采用多級存儲系統(tǒng)，特別是Cache 技術(shù)，這是一種減輕存儲器帶寬對系統(tǒng)性能影響的最佳結(jié)構(gòu)方案。c.在微處理機(jī)內(nèi)部設(shè)置各種緩沖存儲器，以減輕對存儲器存取的壓力。增加CPU 中寄存器的數(shù)量，也可大大緩解對存儲器的壓力。2、可采用哪幾種方式將程序裝入內(nèi)存？它們分別適用于何種場合？P119答：（1）絕對裝入方式：絕對裝入方式只能將目標(biāo)模塊裝入到內(nèi)存中事先指定的位置。在多道程序環(huán)境下，編譯程序不可能預(yù)知所編譯的目標(biāo)模塊應(yīng)放在內(nèi)存的何處，困此，絕對裝入方式只適用于單道程序環(huán)境。（2）可重

2、定位裝入方式：在多道程序環(huán)境下，所得到的目標(biāo)模塊的起始地址通常是從0 開始的，程序中的其它地址也都是相對于起始地址計(jì)算的。此時應(yīng)采用可重定位裝入方式，根據(jù)內(nèi)存的當(dāng)前情況，將裝入模塊裝入到內(nèi)存的適當(dāng)位置。（3）動態(tài)運(yùn)行時裝入方式：可重定位裝入方式可將裝入模塊裝入到內(nèi)存中任何允許的位置，故可用于多道程序環(huán)境；但這種方式并不允許程序運(yùn)行時在內(nèi)存中移動位置。3、何謂靜態(tài)鏈接？何謂裝入時動太鏈接和運(yùn)行時的動態(tài)鏈接？P120答：1、靜態(tài)鏈接：在程序運(yùn)行之前，先將各目標(biāo)模塊及它們所需的庫函數(shù)，鏈接成一個完整的裝配模塊，以后不再拆開，我們把這種事先進(jìn)行鏈接的方式稱為靜態(tài)鏈接方式.2、裝入時動態(tài)鏈接：這是指將用

3、戶源程序編譯后所得到的一組目標(biāo)模塊，在裝入內(nèi)存時，采用邊裝入邊鏈接的鏈接方式。3、運(yùn)行時動態(tài)鏈接：這是指對某些目標(biāo)模塊的鏈接，是在程序執(zhí)行中需要該（目標(biāo)）模塊時，才對它進(jìn)行的鏈接。4、在進(jìn)行程序鏈接時，應(yīng)完成哪些工作？p120答：靜態(tài)鏈接、裝入時動態(tài)鏈接、運(yùn)行時動態(tài)鏈接；5、在動態(tài)分區(qū)分配方式中，應(yīng)如何將各空閑分區(qū)鏈接成空閑分區(qū)鏈？P123答：為了實(shí)現(xiàn)對空閑分區(qū)的分配和鏈接，在每個分區(qū)的起始部分，設(shè)置一些用于控制分區(qū)分配的信息，以及用于鏈接各分區(qū)所用的前向指針；在分區(qū)尾部則設(shè)置一后向指針，通過前、后向鏈接指針，可將所有的空閑分區(qū)鏈接成一個雙向鏈，為了檢索方便，在分區(qū)尾部重復(fù)設(shè)置狀態(tài)位和分區(qū)大小

4、表目。當(dāng)分區(qū)被分配出去以后，把狀態(tài)位由“0”改為“1”，此時，前、后向指針已無意義。6、為什么要引入動態(tài)重定位？如何實(shí)現(xiàn)？P127 P128答：a. 為了在程序執(zhí)行過程中，每當(dāng)訪問指令或數(shù)據(jù)時，將要訪問的程序或數(shù)據(jù)的邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址，引入了動態(tài)重定位.b. 可在系統(tǒng)中增加一個重定位寄存器，用它來裝入(存放)程序在內(nèi)存中的起始地址，程序在執(zhí)行時，真正訪問的內(nèi)存地址是相對地址與重定位寄存器中的地址相加而形成的,從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)重定位.7、在采用首次適應(yīng)算法回收內(nèi)存時，可能出現(xiàn)哪幾種情況？應(yīng)怎樣處理這些情況？P125答：1、回收區(qū)與插入點(diǎn)的前一個空閑區(qū)相鄰接，此時應(yīng)將回收區(qū)與插入點(diǎn)的前一分區(qū)合并，

5、不必為回收區(qū)分配新表項(xiàng)，而只需修改其前一分區(qū)的大小。2、回收區(qū)與插入點(diǎn)的后一個空閑區(qū)相鄰接，此時可將兩分區(qū)合并，形成新的空閑區(qū)，但用回收區(qū)的首址作為新空閑區(qū)的首址，大小為兩者之和。 3、回收區(qū)同時與插入點(diǎn)的前、后兩個空閑區(qū)鄰接，此時可將三個分區(qū)合并，使用前一個分區(qū)的表項(xiàng)和首址，取消后一個分區(qū)的表項(xiàng)，大小為三者之和。 4、回收區(qū)既不與前一個分區(qū)相鄰接，也不與后一個分區(qū)相鄰接，這時應(yīng)為回收區(qū)單獨(dú)建立一新表項(xiàng)，填寫回收區(qū)的首址和大小，并根據(jù)其首址插入到空閑鏈中的適應(yīng)位置。9. 分區(qū)存儲管理中常采用哪些分配策略？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。P123答：分區(qū)存儲管理中常采用的分配策略有：首次適應(yīng)算法、循環(huán)首次適應(yīng)

6、算法、最佳適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算法。a.首次適應(yīng)算法的優(yōu)缺點(diǎn)：保留了高址部分的大空閑區(qū)，有利于后到來的大型作業(yè)的分配；低址部分不斷被劃分，留下許多難以利用的、小的空閑區(qū)，且每次分區(qū)分配查找時都是從低址部分開始，會增加查找時的系統(tǒng)開銷。b.循環(huán)首次適應(yīng)算法的優(yōu)缺點(diǎn)：使內(nèi)存中的空閑分區(qū)分布得更為均勻，減少了查找時的系統(tǒng)開銷；缺乏大的空閑分區(qū)，從而導(dǎo)致不能裝入大型作業(yè)。c.最佳適應(yīng)算法的優(yōu)缺點(diǎn)：每次分配給文件的都是最適合該文件大小的分區(qū)；內(nèi)存中留下許多難以利用的小的空閑區(qū)。d.最壞適應(yīng)算法的優(yōu)缺點(diǎn)：給文件分配分區(qū)后剩下的的空閑區(qū)不至于太小，產(chǎn)生碎片的幾率最小，對中小型文件分配分區(qū)操作有利；使存儲器中缺

7、乏大的空閑區(qū)，對大型文件的分區(qū)分配不利。10. 在系統(tǒng)中引入對換后可帶來哪些好處？p129答：能將內(nèi)存中暫時不運(yùn)行的進(jìn)程或暫時不用的程序和數(shù)據(jù)，換到外存上，以騰出足夠的內(nèi)存空間，把已具備運(yùn)行條件的進(jìn)程或進(jìn)程所需的程序和數(shù)據(jù)換入內(nèi)存，從而大大地提高了內(nèi)存的利用率。11、為實(shí)現(xiàn)對換，系統(tǒng)應(yīng)具備哪幾方面的功能？P129答：兌換空間的管理，進(jìn)程的換出，進(jìn)程的換入。12、在以進(jìn)程為單位進(jìn)行對換時，每次是否都將整個進(jìn)程換出？為什么？P129答：a. 以進(jìn)程為單位進(jìn)行對換時，每次都將整個進(jìn)程換出；b. 目的為了解決內(nèi)存緊張的問題，提高內(nèi)存的利用率.13、為實(shí)現(xiàn)分頁存儲管理，需要哪些硬件支持？P144答：需要

8、一臺具有一定容量的內(nèi)存及外存的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外，頁表機(jī)制、缺頁中斷機(jī)構(gòu)以及地址變換機(jī)構(gòu)。14、較詳細(xì)地說明引入分段存儲管理是為了滿足用戶哪幾方面的需要。P136答：方便編程、信息共享、信息保護(hù)、動態(tài)增長、動態(tài)鏈接。15、在具有快表的段頁式存儲管理方式中，如何實(shí)現(xiàn)地址變換？答：物理地址=該段在主存的起始地址+頁框號*大小+頁內(nèi)地址。16. 為什么說分段系統(tǒng)較之分頁系統(tǒng)更易于實(shí)現(xiàn)信息共享和保護(hù)?答：a.對于分頁系統(tǒng)，每個頁面是分散存儲的，為了實(shí)現(xiàn)信息共享和保護(hù)，則頁面之間需要一一對應(yīng)起來，為此需要建立大量的頁表項(xiàng)；b.而對于分段系統(tǒng)，每個段都從0 開始編址，并采用一段連續(xù)的地址空間，這樣在實(shí)現(xiàn)共享和保

9、護(hù)時，只需為所要共享和保護(hù)的程序設(shè)置一個段表項(xiàng)，將其中的基址與內(nèi)存地址一一對應(yīng)起來即可。17、分頁和分段存儲管理有何區(qū)別？P138答：主要表現(xiàn)在（1）頁是信息的物理單位，分頁是為實(shí)現(xiàn)離散分配方式，以消減內(nèi)存的外零頭，提高內(nèi)存的利用率?；蛘哒f，分頁僅僅是由于系統(tǒng)管理的需要而不是用戶的需要。段則是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對完整的信息。分段的目的是為了能更好地滿足用戶的需要。（2）頁的大小固定且由系統(tǒng)決定， 由系統(tǒng)把邏輯地址劃分為頁號和頁內(nèi)地址兩部分，是由機(jī)器硬件實(shí)現(xiàn)的，因而在系統(tǒng)中只能有一種大小的頁面；根據(jù)信息的性質(zhì)來劃分。（3）分頁的作業(yè)地址空間是一維的，即單一的線性地址空間，程序員只

10、需利用一個記憶符，即可表示一個地址；而分段的作業(yè)地址空間則是二維的，程序員在標(biāo)識一個地址時，即需給出段名，又需給出段內(nèi)地址。18. 試全面比較連續(xù)分配和離散分配方式。P130答：（1）連續(xù)分配是指為一個用戶程序分配一個連續(xù)的地址空間，包括單一連續(xù)分配方式和分區(qū)式分配方式，前者將內(nèi)存分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)，系統(tǒng)區(qū)供操作系統(tǒng)使用，用戶區(qū)供用戶使用，是最簡單的一種存儲方式，但只能用于單用戶單任務(wù)的操作系統(tǒng)中；分區(qū)式分配方式分為固定分區(qū)和動態(tài)分區(qū)，固定分區(qū)是最簡單的多道程序的存儲管理方式，由于每個分區(qū)的大小固定，必然會造成存儲空間的浪費(fèi)；動態(tài)分區(qū)是根據(jù)進(jìn)程的實(shí)際需要，動態(tài)地為之分配連續(xù)的內(nèi)存空間，常用三種

11、分配算法: 首次適應(yīng)算法，該法容易留下許多難以利用的小空閑分區(qū)，加大查找開銷；循環(huán)首次適應(yīng)算法，該算法能使內(nèi)存中的空閑分區(qū)分布均勻，但會致使缺少大的空閑分區(qū)；最佳適應(yīng)算法，該算法也易留下許多難以利用的小空閑區(qū)；（2）離散分配方式基于將一個進(jìn)程直接分散地分配到許多不相鄰的分區(qū)中的思想，分為分頁式存儲管理，分段存儲管理和段頁式存儲管理. 分頁式存儲管理旨在提高內(nèi)存利用率，滿足系統(tǒng)管理的需要，分段式存儲管理則旨在滿足用戶(程序員)的需要，在實(shí)現(xiàn)共享和保護(hù)方面優(yōu)于分頁式存儲管理，而段頁式存儲管理則是將兩者結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，即具有分段系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)，可共享，易于保護(hù)，可動態(tài)鏈接等優(yōu)點(diǎn)，又能像分頁系統(tǒng)那樣

12、很好的解決外部碎片的問題，以及為各個分段可離散分配內(nèi)存等問題，顯然是一種比較有效的存儲管理方式；19、虛擬存儲器有哪些特征？其中最本質(zhì)的特征是什么？P144答：多次性、對換性、虛擬性；值得說明的是，虛擬性是以多次性和對換性為基礎(chǔ)的，或者說，僅當(dāng)系統(tǒng)允許將作業(yè)分多次調(diào)入內(nèi)存，并能將內(nèi)存中暫時不運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)換至盤上時，才有可能實(shí)現(xiàn)虛擬存儲器；而多次性和對換性又必須建立在離散分配的基礎(chǔ)上。20. 實(shí)現(xiàn)虛擬存儲器需要哪些硬件支持？p143答：（1）對于為實(shí)現(xiàn)請求分頁存儲管理方式的系統(tǒng)，除了需要一臺具有一定容量的內(nèi)存及外存的計(jì)算機(jī)外，還需要有頁表機(jī)制，缺頁中斷機(jī)構(gòu)以及地址變換機(jī)構(gòu)；（2）對于為實(shí)現(xiàn)請

13、求分段存儲管理方式的系統(tǒng)，除了需要一臺具有一定容量的內(nèi)存及外存的計(jì)算機(jī)外，還需要有段表機(jī)制，缺段中斷機(jī)構(gòu)以及地址變換機(jī)構(gòu)；21、實(shí)現(xiàn)虛擬存儲器需要幾個關(guān)鍵技術(shù)？P143答：1、分頁請求系統(tǒng) 2、請求分段系統(tǒng)22、在請求分頁系統(tǒng)中，頁表應(yīng)包括哪些數(shù)據(jù)項(xiàng)？每項(xiàng)的作用是什么？P145答：1、頁號：將一個進(jìn)程的邏輯地址空間分成若干個大小相等的片，成為頁面或頁，并對各頁加以編號。2、物理塊號：內(nèi)存空間分成與頁大小相等的物理塊，對物理塊進(jìn)行編號。3、狀態(tài)位：用于指示該頁是否已調(diào)入內(nèi)存，供程序訪問時參考。4、訪問字段：用于記錄本頁在一段時間內(nèi)被訪問的次數(shù)，或記錄本頁最近已有多長時間未被訪問。5、修改位：表示

14、該頁調(diào)入內(nèi)存是否被修改過。6、外存地址：用于指示該頁在外存上的地址，通常是物理塊號，供調(diào)入該頁時參考。23、在請求分頁系統(tǒng)中，應(yīng)從何處將所需頁面調(diào)入內(nèi)存？P149答：外存。24、在請求分頁系統(tǒng)中，常采用哪幾種頁面置換算法？P150答：先來先服務(wù)，最近最久未使用，最佳置換算法。25. 在請求分頁系統(tǒng)中，通常采用哪種頁面分配方式？p147答：三種分配方式：固定分配局部置換、可變分配全局置換、可變分配局部置換。26. 在一個請求分頁系統(tǒng)中，采用FIFO頁面置換算法時，假如一個作業(yè)的頁面走向?yàn)?、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，當(dāng)分配給該作業(yè)的物理塊數(shù)M分別為3 和4時，試計(jì)算在訪問過程中

15、所發(fā)生的缺頁次數(shù)和缺頁率，并比較所得結(jié)果。答：4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5M=3 4 4 4 1 1 1 5 5 53 3 3 4 4 4 2 22 2 2 3 3 3 1M=4 4 4 4 4 5 5 5 5 1 13 3 3 3 4 4 4 4 52 2 2 2 3 3 3 31 1 1 1 2 2 2M=3 時，采用FIFO 頁面置換算法的缺頁次數(shù)為9 次，缺頁率為75%；M=4 時，采用FIFO 頁面置換算法的缺頁次數(shù)為10 次，缺頁率為83%。由此可見，增加分配給作業(yè)的內(nèi)存塊數(shù)，反而增加了缺頁次數(shù)，提高了缺頁率，這種現(xiàn)象被稱為是Belady 現(xiàn)象。27、實(shí)現(xiàn)LRU算法所需要的硬件支持是什么？P152答：寄存器、棧。28. 試說明改進(jìn)型Clock 置換算法的基本原理。P153答：基本原理：在將一個頁面換出時，如果該頁已被修改過，便須將該頁重新寫回到磁盤上；但如果該頁未被修改過，則不必將它寫回磁盤上。在改進(jìn)型算法中，除需考慮頁面的使用情況外，還須再增加一個因素，即置換代價(jià)，這樣，選擇頁面換出時，既要是未使用過的