第四章習(xí)題及答案

第四章存儲器管理1．為何要配置層次式存儲器？答：設(shè)置多種存儲器可以使存儲器兩端的硬件能并行工作；采用多級存儲系統(tǒng)，尤其是Cache技術(shù)，是減輕存儲器帶寬對系統(tǒng)性能影響的最佳構(gòu)造方案；在微處理機(jī)內(nèi)部設(shè)置多種緩沖存儲器，減輕對存儲器存取的壓力。增長CPU中寄存器數(shù)量大大緩和對存儲器壓力。2．可采用哪幾種方式將程序裝入內(nèi)存？它們分別合用于何種場所？答：（1）絕對裝入方式，只合用于單道程序環(huán)境。（2）可重定位裝入方式，合用于多道程序環(huán)境。（3）動態(tài)運(yùn)行時裝入方式，用于多道程序環(huán)境；不容許程序運(yùn)行時在內(nèi)存中移位置。3．何謂靜態(tài)鏈接？何謂裝入時動態(tài)鏈接和運(yùn)行時的動態(tài)鏈接？P120答：靜態(tài)鏈接是指在程序運(yùn)行前，先將各目的模塊及它們所需的庫函數(shù)，鏈接成一種完整的裝配模塊，后來不再拆開的鏈接方式。裝入時動態(tài)鏈接是指將顧客源程序編譯后得到的一組目的模塊，在裝入內(nèi)存時采用邊裝入邊鏈接的鏈接方式。運(yùn)行時動態(tài)鏈接是指對某些目的模塊的鏈接，是在程序執(zhí)行中需要該目的模塊時，才對它進(jìn)行的鏈接。4．在進(jìn)行程序鏈接時，應(yīng)完畢哪些工作？答：由鏈接程序Linker將編譯后形成的一組目的模塊，以及它們需要的庫函數(shù)鏈接在一起，形成一種完整的裝入模塊LoadModule。重要工作是修改程序內(nèi)的相對地址和修改目的程序中的外部調(diào)用標(biāo)號。5．在動態(tài)分辨別配方式中，應(yīng)怎樣將各空閑分區(qū)鏈接成空閑分區(qū)鏈？答：在每個分區(qū)的起始部分，設(shè)置某些控制分辨別配的信息，以及用于鏈接各分區(qū)所用的前向指針；在分區(qū)尾部設(shè)置一種后向指針，通過前后向鏈接指針，將所有空閑分區(qū)鏈成一種雙向鏈。當(dāng)分辨別配出去后，把狀態(tài)位由“0”改為“1”。6．為何要引入動態(tài)重定位？怎樣實現(xiàn)？答：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；詳細(xì)實現(xiàn)措施是在系統(tǒng)中增長一種重定位寄存器，用來裝入程序在內(nèi)存中的起始地址，程序執(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之和，從而實現(xiàn)動態(tài)重定位。7．在采用初次適應(yīng)算法回收內(nèi)存時，也許出現(xiàn)哪幾種狀況？應(yīng)怎樣處理這些狀況？答：在采用初次適應(yīng)算法回收內(nèi)存時也許出現(xiàn)4種狀況：（1）回收區(qū)前鄰空閑區(qū)。將回收區(qū)與前鄰空閑區(qū)合并，將前鄰空閑區(qū)大小修改為兩者之和。（2）回收區(qū)后鄰空閑區(qū)。將兩區(qū)合并，改后鄰空閑區(qū)始址為回收區(qū)始址，大小為兩者之和。（3）回收區(qū)前后均鄰空閑區(qū)。將三個分區(qū)合并，修改前鄰空閑區(qū)大小為三者之和。（4）回收區(qū)前后均不鄰空閑區(qū)。為回收區(qū)設(shè)置空閑區(qū)表項，填入回收區(qū)始址和大小并插入空閑區(qū)隊列。8．令表達(dá)大小為、地址為x的塊的伙伴系統(tǒng)地址，試寫出的通用體現(xiàn)式。答:當(dāng)時，；當(dāng)時，9．分區(qū)存儲管理中常用那些分派方略？比較它們的優(yōu)缺陷。答：分區(qū)存儲管理中的常用分派方略：初次適應(yīng)算法、循環(huán)初次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算法。初次適應(yīng)算法優(yōu)缺陷：保留了高址部分的大空閑區(qū)，有助于后來的大型作業(yè)分派；低址部分不停被劃分，留下許多難以運(yùn)用的小空閑區(qū)，每次查找都從低址開始增長了系統(tǒng)開銷。循環(huán)初次適應(yīng)算法優(yōu)缺陷：內(nèi)存空閑分辨別布均勻，減少了查找系統(tǒng)開銷；缺乏大空閑分區(qū)，導(dǎo)致不能裝入大型作業(yè)。最佳適應(yīng)算法優(yōu)缺陷：每次分派給文獻(xiàn)的都是最適合該文獻(xiàn)大小的分區(qū)，內(nèi)存中留下許多難以運(yùn)用的小空閑區(qū)。最壞適應(yīng)算法優(yōu)缺陷：剩余空閑區(qū)不太小，產(chǎn)生碎片幾率小，對中小型文獻(xiàn)分派分區(qū)操作有利；存儲器中缺乏大空閑區(qū)，對大型文獻(xiàn)分辨別配不利。10．在系統(tǒng)中引入對換后可帶來哪些好處？答：互換技術(shù)將暫不需要的作業(yè)移到外存，讓出內(nèi)存空間以調(diào)入其他作業(yè)，互換到外存的作業(yè)也可以被再次調(diào)入。目的是處理內(nèi)存緊張問題，帶來的好處是深入提高了內(nèi)存運(yùn)用率和系統(tǒng)吞吐量。11．為實現(xiàn)對換，系統(tǒng)應(yīng)具有哪幾方面的功能？答：系統(tǒng)應(yīng)具有三方面功能：對換空間管理，進(jìn)程換出，進(jìn)程換入。12．在以進(jìn)程為單位進(jìn)行對換時，每次與否都將整個進(jìn)程換出？為何？答：在以進(jìn)程為單位進(jìn)行對換時，并非每次都將整個進(jìn)程換出。這是由于：(1)從構(gòu)造上講，進(jìn)程由程序段、數(shù)據(jù)段和進(jìn)程控制塊構(gòu)成的，其中進(jìn)程控制塊總有部分或所有常駐內(nèi)存，不被換出。(2)程序段和數(shù)據(jù)段也許正被若干進(jìn)程共享，此時它們也不能換出。13．為實現(xiàn)分頁存儲管理，需要哪些硬件的支持？答：動態(tài)重定位技術(shù)、虛擬存儲技術(shù)、多道程序設(shè)計技術(shù)。14．較詳細(xì)的闡明引入分段存儲管理是為了滿足顧客哪幾方面的需要。答：1)以便編程。顧客一般把自己的作業(yè)按照邏輯關(guān)系劃分為若干段，每段都從0編址，并有自己名字和長度。因此，但愿要訪問的邏輯地址是由段名和段內(nèi)偏移量決定。2)信息共享。在實現(xiàn)對程序和數(shù)據(jù)的共享時，是以信息邏輯單位為基礎(chǔ)。分頁系統(tǒng)中的頁是寄存信息的物理單位，無完整意義，不便于共享；段是信息的邏輯單位。為了實現(xiàn)段的共享，但愿存儲管理能與顧客程序分段的組織方式相適應(yīng)。3)信息保護(hù)。對信息的邏輯單位進(jìn)行保護(hù)，分段能更有效以便地實現(xiàn)信息保護(hù)功能。4)動態(tài)增長。在實際應(yīng)用中，有些段尤其是數(shù)據(jù)段，在使用過程中會不停增長，事先又無法確切懂得增長多少。分段存儲管理方式能很好處理這個問題。5)動態(tài)鏈接。運(yùn)行時先將主程序?qū)?yīng)的目的程序裝入內(nèi)存并啟動運(yùn)行，運(yùn)行過程中又需要調(diào)用某段時，才將該段調(diào)入內(nèi)存鏈接。因此動態(tài)鏈接也規(guī)定以段作為管理單位。15．在具有快表的段頁式存儲管理方式中，怎樣實現(xiàn)地址變換？答：在CPU給出有效地址后，由地址變換機(jī)構(gòu)自動將頁號P送入高速緩沖寄存器，并將此頁號與高速緩存中的所有頁號比較，若找到匹配頁號，表達(dá)要訪問的頁表項在快表中。可直接從快表讀出該頁對應(yīng)物理塊號，送到物理地址寄存器中。如快表中沒有對應(yīng)頁表項，則再訪問內(nèi)存頁表，找到后，把從頁表項中讀出物理塊號送地址寄存器；同步修改快表，將此頁表項存入快表。但若寄存器已滿，則OS必須找到合適的頁表項換出。16．為何說為何說分段系統(tǒng)比分頁系統(tǒng)更易于實現(xiàn)信息的共享和保護(hù)？答：分頁系統(tǒng)的每個頁面是分散存儲的，為了實現(xiàn)信息共享和保護(hù)，頁面之間需要一一對應(yīng)，為此需要建立大量的頁表項；而分段系統(tǒng)的每個段都從0編址，并采用一段持續(xù)的地址空間，在實現(xiàn)共享和保護(hù)時，只需為要共享和保護(hù)的程序設(shè)置一種段表項，將其中的基址與內(nèi)存地址一一對應(yīng)就可以實現(xiàn)。17．分段和分頁存儲管理有何區(qū)別？答：1）頁是信息的物理單位，分頁是為了實現(xiàn)離散分派方式，以消減內(nèi)存的外部零頭，提高內(nèi)存運(yùn)用率。段則是信息的邏輯單位，它具有一組相對完整的信息。（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)械硬件實現(xiàn)的,因而在系統(tǒng)中只能有一種大小的的頁面;而段的長度卻不固定,決定于顧客所編寫的程序,一般由編譯程序在對原程序進(jìn)行編譯時,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,而分段作業(yè)地址空間則是二維的。18．試全面比較持續(xù)分派和離散分派方式.答：1）持續(xù)分派是指為一種顧客程序分派一種持續(xù)的地址空間，包括單一和分區(qū)兩種分派方式。單一方式將內(nèi)存分為系統(tǒng)區(qū)和顧客區(qū)，最簡樸，只用于單顧客單任務(wù)操作系統(tǒng)；分區(qū)方式分固定和動態(tài)分區(qū)。（2）離散分派方式分為分頁、分段和段頁式存儲管理。分頁式存儲管理意在提高內(nèi)存運(yùn)用率，分段式存儲管理意在滿足顧客(程序員)的需要，段頁式存儲管理則將兩者結(jié)合起來，具有分段系統(tǒng)便于實現(xiàn)、可共享、易于保護(hù)和動態(tài)鏈接等長處，又能像分頁系統(tǒng)很好處理外部碎片及為各段可離散分派內(nèi)存等問題，是比較有效的存儲管理方式；19．虛擬存儲器有哪些特性？其中最本質(zhì)的特性是什么？答：虛擬存儲器有多次性、對換性、虛擬性三大特性。最本質(zhì)的特性是虛擬性。20．實現(xiàn)虛擬存儲器需要哪些硬件支持？答：（1）祈求分頁（段）的頁（段）表機(jī)制（2）缺頁（段）中斷機(jī)構(gòu)（3）地址變換機(jī)構(gòu)21．實現(xiàn)虛擬存儲器需要哪幾種關(guān)鍵技術(shù)？答：1）在分頁祈求系統(tǒng)中是在分頁的基礎(chǔ)上，增長了祈求調(diào)頁功能和頁面置換功能所形成的頁式虛擬存儲系統(tǒng)。容許只裝入少數(shù)頁面的程序（及數(shù)據(jù)），便啟動運(yùn)行。（2）在祈求分段系統(tǒng)中是在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增長了祈求調(diào)段及分段置換功能后形成的段式虛擬存儲系統(tǒng)。容許只裝入少數(shù)段（而非所有段）的顧客程序和數(shù)據(jù)，即可啟動運(yùn)行。22．在祈求分頁系統(tǒng)中，頁表應(yīng)包括哪些數(shù)據(jù)項？每項的作用是什么？答：頁表應(yīng)包括：頁號、物理塊號、狀態(tài)位P、訪問字段A、修改位M和外存地址。其中狀態(tài)位P指示該頁與否調(diào)入內(nèi)存，供程序訪問時參照；訪問字段A用于記錄本頁在一段時間內(nèi)被訪問的次數(shù)，或近來已經(jīng)有多長時間未被訪問，提供應(yīng)置換算法選擇換出頁面時參照；修改位M表達(dá)該頁在調(diào)入內(nèi)存后與否被修改正；外存地址用于指出該頁在外存上的地址，一般是物理塊號，供調(diào)入該頁時使用。23．在祈求分頁系統(tǒng)中，應(yīng)從何處將所需頁面調(diào)入內(nèi)存？答：祈求分頁系統(tǒng)中的缺頁從何處調(diào)入內(nèi)存分三種狀況：（1）系統(tǒng)擁有足夠?qū)Q區(qū)空間時，可以所有從對換區(qū)調(diào)入所需頁面，提高調(diào)頁速度。在進(jìn)程運(yùn)行前將與該進(jìn)程有關(guān)的文獻(xiàn)從文獻(xiàn)區(qū)拷貝到對換區(qū)。（2）系統(tǒng)缺乏足夠?qū)Q區(qū)空間時，不被修改的文獻(xiàn)直接從文獻(xiàn)區(qū)調(diào)入；當(dāng)換出這些頁面時，未被修改的不必?fù)Q出，再調(diào)入時，仍從文獻(xiàn)區(qū)直接調(diào)入。對于也許修改的，在換出時便調(diào)到對換區(qū)，后來需要時再從對換區(qū)調(diào)入。（3）UNIX方式。未運(yùn)行頁面從文獻(xiàn)區(qū)調(diào)入。曾經(jīng)運(yùn)行過但被換出頁面，下次從對換區(qū)調(diào)入。UNIX系統(tǒng)容許頁面共享，某進(jìn)程祈求的頁面有也許已調(diào)入內(nèi)存，直接使用不再調(diào)入。24．在祈求分頁系統(tǒng)中，常采用哪幾種頁面置換算法？答：采用的頁面置換算法有：最佳置換算法和先進(jìn)先出置換算法，近來最久未使用（LRU）置換算法，Clock置換算法，至少使用置換算法，頁面緩沖算法等。25．在祈求分頁系統(tǒng)中，一般采用哪種頁面分派方式？為何？答：固定分派方式是基于進(jìn)程的類型(交互型)或根據(jù)程序員、系統(tǒng)管理員的提議，為每個進(jìn)程分派固定頁數(shù)的內(nèi)存空間，整個運(yùn)行期間不再變化；采用可變分派方式有全局置換和局部置換兩種，前者易于實現(xiàn)，后者效率高。26．在一種祈求分頁系統(tǒng)中，采用LRU頁面置換算法時，假如一種作業(yè)的頁面走向為4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5，當(dāng)分派給該作業(yè)的物理塊數(shù)M分別為3和4時，試計算訪問過程中所發(fā)生的缺頁次數(shù)和缺頁率?比較所得成果?答：當(dāng)分派給該作業(yè)的物理塊數(shù)M為3時，缺頁9次，缺頁率:9/12=3/4；當(dāng)分派給該作業(yè)的物理塊數(shù)M為4時，缺頁10次，缺頁率:10/12=5/6.27．實現(xiàn)LRU算法所需的硬件支持是什么?答：需要寄存器和棧等硬件支持。寄存器用于記錄某進(jìn)程在內(nèi)存中各頁的使用狀況，棧用于保留目前使用的各個頁面的頁面號。28．試闡明改善型Clock置換算法的基本原理.答：由于修改正的頁面在換出時付出的開銷比未被修改正的頁面大，在改善型Clock算法中，既考慮頁面的使用狀況，還要增長置換代價的原因；在選擇頁面作為淘汰頁面時，把同步滿足未使用過和未被修改作為首選淘汰頁面。29．闡明祈求分段系統(tǒng)中的缺頁中斷處理過程。答：祈求分段系統(tǒng)中的缺頁中斷處理過程描述如下：（1）根據(jù)目前執(zhí)行指令中的邏輯地址查頁表，判斷該頁與否在主存儲器中（2）該頁標(biāo)志為“0”形成缺頁中斷，中斷裝置通過互換PSW讓操作系統(tǒng)的中斷處理程序占用處理器。（3）操作系統(tǒng)處理缺頁中斷處理的措施是查主存分派表找一種空閑的主存塊，查頁表找出該頁在磁盤上位置，啟動磁盤讀出該頁信息。（4）把從磁盤上讀出的信息裝入找到的主存塊中。（5）當(dāng)頁面住處被裝入主存后，應(yīng)修改頁表中對應(yīng)的表目，填上該頁所占用的主存塊把標(biāo)志置為“1”，表達(dá)該頁已在主存儲器中（6）由于產(chǎn)生缺頁中斷時的那條