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(nèi)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(biāo)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(nèi)存中的一系列存儲單元所限定的地址范圍稱作內(nèi)存空間。5重定位把邏輯地址轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)存物理地址的過程叫做重定位。6靜態(tài)重定位在目標(biāo)程序裝入內(nèi)存時所進(jìn)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(nèi)存之前進(jìn)行的重定位。8內(nèi)部碎片在一個分區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)的碎片（即被浪費(fèi)的空間）稱作內(nèi)部碎片。如固定分區(qū)法會產(chǎn)生內(nèi)部碎片。9外部碎片在所有分

2、區(qū)之外新產(chǎn)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(jìn)程，因而被浪費(fèi)掉。10碎片在分區(qū)法中，內(nèi)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(nèi)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(shù)稱為緊縮。12可重定位地址當(dāng)含有它的程序被重定位時，將隨之被調(diào)整的一種地址。13固定分區(qū)法內(nèi)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(yīng)作業(yè)要求進(jìn)入內(nèi)存時才建立的，使其大小恰好適應(yīng)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(nèi)存對待的虛擬存儲空間，在這種計算機(jī)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(nèi)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(jìn)行頁面置換的現(xiàn)象。即如果一個進(jìn)程沒有一定數(shù)量的內(nèi)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(diào)入?？墒钦{(diào)入不久又再被淘汰出去，這樣再訪問，再調(diào)入，如此反復(fù)，使得整個系統(tǒng)的頁面替換非常頻繁，以致大部分機(jī)器時間都用在來回進(jìn)行的頁面調(diào)度上，只有一小部

4、分時間用于進(jìn)程的實際運(yùn)算方面。18工作集工作集是一個進(jìn)程在某一小段時間內(nèi)訪問頁面的集合。利用工作集模型可防止抖動，也可以進(jìn)行頁面置換。19程序局部性原理在相對短的一段時間內(nèi)，進(jìn)程集中在一組子程序或循環(huán)中之行，導(dǎo)致所有的存儲器訪問局限于進(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)中增設(shè)一個具有并行查找能力的高速緩沖存儲器，用以存放當(dāng)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(yùn)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(yīng)的主存區(qū)，并使其投入運(yùn)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(diào)入主存的過程。23實存實存是指計算機(jī)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(nèi)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(yīng)作業(yè)要進(jìn)入內(nèi)存時才建立的，使其大小恰好適應(yīng)作業(yè)的大小。 2說明內(nèi)部碎片和外部

6、碎片的不同之處答：內(nèi)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(nèi)部碎片和外部碎片出現(xiàn)的位置不同 。內(nèi)部碎片出現(xiàn)在一個分區(qū)的內(nèi)部（即被浪費(fèi)的空間），如固定分區(qū)法會產(chǎn)生內(nèi)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(nèi)存時，是將該用戶的程序和數(shù)據(jù)原封不動地裝入到內(nèi)存中 。當(dāng)調(diào)度該進(jìn)程在cpu上執(zhí)行時，操作系統(tǒng)就自動將該進(jìn)程在內(nèi)存的起始地址裝入基址寄存器，將進(jìn)程的大小裝入限長寄存器 。當(dāng)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(jié)果就是真正要訪問的內(nèi)存地

7、址；如果地址越界，則發(fā)出相應(yīng)中斷，進(jìn)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(nèi)存對待的虛擬存儲空間,在這種計算機(jī)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(nèi)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(kuò)充不是物理上,而是邏輯上擴(kuò)充了內(nèi)存容量;部分裝入每個作業(yè)不是全部一次性地裝入內(nèi)存,而是只裝入一部分;離散分配不必占用連續(xù)的內(nèi)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(diào)入內(nèi)存。 5引入虛擬存儲器后，除了獲得主存“擴(kuò)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(yùn)行中通過硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和操作系統(tǒng)的相應(yīng)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(hù) 。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(jìn)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(guān)系進(jìn)行自然劃分，每個分段是作業(yè)中相對獨(dú)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)地址d直接送入物理地址寄存器的塊內(nèi)地址字段中。這樣，物理地址寄存器中的內(nèi)容就是由二者拼接成的實際訪問內(nèi)存地址，從而完成了從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)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(jìn)行內(nèi)存頁面置換時 ，在未給進(jìn)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(shù)的基本思想是什么？它與簡單分頁技術(shù)之間有何根本區(qū)別？答：請求分頁技術(shù)的基本思想是：當(dāng)一個進(jìn)程的部分頁面在內(nèi)存時就可調(diào)度它運(yùn)行；在運(yùn)行過程中若用到的頁面尚未在內(nèi)存，則把它們動態(tài)換入內(nèi)存。這樣，就減少了對換時間和所需內(nèi)存數(shù)量，允許增加程序的道數(shù)。 請求分頁技術(shù)是在簡單分頁技術(shù)基礎(chǔ)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(shù)比分頁技術(shù)更容易實現(xiàn)程序或數(shù)據(jù)的共享和保護(hù)？答： 每一段在邏輯上是相

11、對完整的一組信息，分段技術(shù)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(dú)成為一段。同樣，段中所有內(nèi)容可以用相同的方式進(jìn)行使用，從而規(guī)定相同的保護(hù)權(quán)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(dú)立的兩組或多組信息，各有不同的使用方式和存取權(quán)限，因而，對分頁難以進(jìn)行共享和保護(hù)。 11何謂工作集？它有什么作用？答：工作集是一個進(jìn)程在某一小段時間內(nèi)訪問頁面的集合。 利用工作集模型可防止抖動，也可以進(jìn)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(jìn)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(jī)器時間都

12、用在來回進(jìn)行的頁面調(diào)度上，只有一小部分時間用于進(jìn)程的實際運(yùn)算方面。 操作系統(tǒng)監(jiān)督每個進(jìn)程的工作集，并給它分配工作集所需的內(nèi)存塊。若有足夠多的額外塊，就可以裝入并啟動另外的進(jìn)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(jìn)程對內(nèi)存塊的總請求量大于可用內(nèi)存塊的總量，將出現(xiàn)抖動，因為某些進(jìn)程得不到足夠的內(nèi)存塊。 一旦檢測到抖動，操作系統(tǒng)要選擇一個進(jìn)程讓它掛起，把它的頁面寫出去，把它占用的內(nèi)存塊分給別的進(jìn)程。被掛起的進(jìn)程將在以后適當(dāng)時機(jī)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(dāng)內(nèi)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(nèi)存最初都是空的，凡第1次用到的頁面都產(chǎn)生一次缺頁）答：LRU12342156212376321236111444555111777222222222111222226661116333336666333333333×××××××××××××××(2)FIFO12342156212376321236111444466663333222262222111222277771111333355511

14、116666633××××××××××××××××(2)OPT12342156212376321236111111111113333333332222222222277722222344456666666661116××××××××××× (2)內(nèi)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(shè)頁面大小是100字，請給出該訪問序列的頁面走向。又設(shè)該程序基本可用內(nèi)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(shè)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(dāng)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(yùn)行進(jìn)程分配4個主存塊，采用LRU算法，因此可以列表給出進(jìn)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(yīng)的物理地址。答：虛地址0A3CH轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)為2620，每個頁為200H，即512B，由2620/512可得，頁號為5，頁內(nèi)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(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)為8762，由8762/512可得，其頁號為17，頁內(nèi)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(quán)限位，進(jìn)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(jié)構(gòu)應(yīng)作怎樣的改？答：1）邏輯空間32頁，占5個二進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jié)構(gòu)可以不變。(3)6有一虛擬存儲系統(tǒng)，采用先進(jìn)先出（FIFO）的頁面淘汰算法。在主存忠為

20、每一個作業(yè)進(jìn)程開辟3頁。某作業(yè)運(yùn)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(yùn)行中總共出現(xiàn)多少次缺頁？2） 若每個作業(yè)進(jìn)程在主存擁有4頁，又將產(chǎn)生多少次缺頁？3） 如何解釋所出現(xiàn)的現(xiàn)象？解：先進(jìn)先出算法的實質(zhì)是：總是選擇作業(yè)中在主存駐留時間最長的一頁進(jìn)行淘汰。若在主存中為每一作業(yè)進(jìn)程開辟3頁，對于題中的頁面訪問過程，其頁面調(diào)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(yùn)行中總共出現(xiàn)9次缺頁(1)2） 在主存擁有4頁，又將

21、產(chǎn)生10次缺頁(1)。其頁面調(diào)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(dāng)主存中為每一作業(yè)進(jìn)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(guān)于存儲管理，試問：（1） 在分頁、分段和段頁式存儲管理中，當(dāng)訪問一條指令或數(shù)據(jù)時，需要訪問內(nèi)存幾次？各做什么處理？（2） 假設(shè)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(nèi)存中，內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)操作(2)。（2）當(dāng)快表的命中率為85%時，執(zhí)行一次訪內(nèi)操作需要的時間： T=1*0.85+2*(1-0.85)=1.15(us) (3)當(dāng)快表的命中率為50%時，執(zhí)行一次訪內(nèi)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(diào)度算法將產(chǎn)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(diào)度算法將產(chǎn)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(diào)度算法將產(chǎn)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(diào)度算法將產(chǎn)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(jī)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(jī)器的主存空間適合這個進(jìn)程嗎？如果將每頁改成512字節(jié)，合適嗎？答：當(dāng)存儲空