1、第3章存儲管理3.1 存儲管理的功能及目的是什么？答：在多道程序環(huán)境中，存儲管理的主要目的有兩個：一是提高資源的利用率，盡量滿足多個用戶對內(nèi)存的要求；二是能方便用戶使用內(nèi)存，使用戶不必考慮作業(yè)具體放在內(nèi)存哪塊區(qū)域，是如何實現(xiàn)正確運行等復雜問題。為此，存儲管理一般應能實現(xiàn)如下所述的基本功能： 按作業(yè)要求進行內(nèi)存分配并進行適時回收。 實現(xiàn)程序中的邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。對操作系統(tǒng)及用戶信息提供存儲保護。 實現(xiàn)內(nèi)存的邏輯擴充，提供給用戶更大的存儲空間。3.2 什么是物理地址？什么是邏輯地址？答：內(nèi)存是由若干個存儲單元組成的，每個存儲單元有一個編號，這種編號可惟一標識一個存儲單元，稱為內(nèi)存地址（或物

2、理地址）。源程序經(jīng)過匯編或編譯后，形成目標程序，每個目標程序都是以0為基址順序進行編址的，原來用符號名訪問的單元用具體的數(shù)據(jù)一一單元號取代。這樣生成的目標程序占據(jù)一定的地址空間，稱為作業(yè)的邏輯地址空間，簡稱邏輯空間。在邏輯空間中每條指令的地址和指令中要訪問的操作數(shù)地址統(tǒng)稱為邏輯地址。3.3 什么是地址重定位？為什么要進行地址重定位？答：為了實現(xiàn)靜態(tài)或動態(tài)存儲分配策略，必須考慮地址的重定位問題。我們把用戶程序裝入內(nèi)存時，對有關指令的邏輯地址部分的修改稱為地址重定位，即地址重定位是建立用戶程序的邏輯地址與物理地址之間的對應關系。按實現(xiàn)地址重定位的時機不同，地址重定位又分為兩種：靜態(tài)地址重定位和動態(tài)

3、地址重定位。3.4 什么是動態(tài)地址重定位？試舉例說明實現(xiàn)動態(tài)地址重定位的過程。答：動態(tài)地址重定位是在程序執(zhí)行期間進行的。一般說來，這種轉(zhuǎn)換由專門的硬件機構來完成，通常采用一個重定位寄存器，在每次進行存儲訪問時，對取出的邏輯地址加上重定位寄存器的內(nèi)容，形成正確的物理地址，重定位寄存器的內(nèi)容是程序裝入內(nèi)存的起始地址。舉例說明略。3.5 什么是存儲保護？舉例說明常用的硬件存儲保護措施是如何實現(xiàn)的？答：在多道程序設計環(huán)境中，要保證各道程序只能在自己的存儲區(qū)中活動，不能對別的程序產(chǎn)生干擾和破壞，尤其是不能破壞操作系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)。因此，必須對存儲信息采取各種保護措施，這也是存儲管理的一個重要功能。存儲信息的

4、保護體現(xiàn)在不能越界訪問，破壞操作系統(tǒng)或其他用戶的程序。實現(xiàn)這種存儲保護，可以采用硬件的方法，也可采用軟、硬件結合的方法。舉例說明略。3.6 實存管理和虛擬存儲器管理方案的區(qū)別在哪里？常用的實存管理方案有哪些？答：虛擬存儲技術的基本思想是把有限的內(nèi)存空間與大容量的外存統(tǒng)一管理起來，構成一個遠大于實際內(nèi)存的、虛擬的存儲器。此時，外存是作為內(nèi)存的邏輯延伸，用戶并不會感覺到內(nèi)、外存的區(qū)別，即把兩級存儲器當作一級存儲器來看待。一個作業(yè)運行時，其全部信息裝入虛存，實際上可能只有當前運行所必需的一部分信息存入內(nèi)存，其它則存于外存，當所訪問的信息不在內(nèi)存時，系統(tǒng)自動將其從外存調(diào)入內(nèi)存。當然，內(nèi)存中暫時不用的信

5、息也可調(diào)至外存，以騰出內(nèi)存空間供其它作業(yè)使用。這些操作都由存儲管理系統(tǒng)自動實現(xiàn)，不需用戶干預。對用戶而言，只感覺到系統(tǒng)提供了一個大容量的內(nèi)存，但這樣大容量的內(nèi)存實際上并不存在，是一種虛擬的存儲器，因此把具有這種功能的存儲管理技術稱為虛擬存儲管理。實現(xiàn)虛擬存儲管理的方法有請求頁式存儲管理和請求段式存儲管理。常用的實存管理方案有連續(xù)存儲管理、分頁式存儲管理、分段式存儲管理、段頁式存儲管理。3.7 可變式分區(qū)存儲管理常用的分配算法有哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點。答：可變式分區(qū)存儲管理，可采用最佳適應算法、首次適應算法和最差適應算法。最佳適應算法，理論上看起來比較完美，但每次分配時總產(chǎn)生極小的空閑分區(qū)，經(jīng)

6、過一段時間運行，內(nèi)存中可能有多個這樣的小分區(qū)，因太小而無法分配給其它作業(yè)使用。這些無法使用的小分區(qū)，我們稱之為外部碎片，又在此算法中設定一個參數(shù)G,當從一個分區(qū)中,就把整個分區(qū)分配給該作業(yè)，不再劃分成兩部分。個分區(qū)時，為了把它插入到空閑區(qū)鏈表的合適位置,是查詢簡單，而且每次分配的總是最大的空閑區(qū)，外部碎片的增多會降低空閑區(qū)鏈表的查找速度。為此，人們分配Xk給某作業(yè)后，剩余部分小于G時,采用最佳適應法的另一個問題是，回收一也是比較費時的。最差適應算法的優(yōu)點除用戶使用的外，剩余的空閑區(qū)還可能相當大，還能裝入較大的程序，但缺點也在于此，每次總從最大的空閑分區(qū)分配，當有大的作業(yè)到來時，其存儲分配申請往

7、往得不到滿足。首次適應算法的優(yōu)點是分配和回收算法都比較簡單，查找速度快，因這個算法總是從低地址開始查找，因此留在高地址部分的大空閑區(qū)被劃分機會少，在大作業(yè)到來時容易滿足。這三種算法，各有利弊。到底哪一種好，不能一概而論，應針對具體的作業(yè)序列來分析。如果對于某一作業(yè)序列來說，某種算法能將該作業(yè)序列中的所有作業(yè)安置完畢，那么我們就認為該算法對這一作業(yè)序列而言是合適的。3.8 假設某系統(tǒng)內(nèi)存共256kb,其中操作系統(tǒng)占用低址20kb,有這樣一個作業(yè)序列:作業(yè)1(80kb),作業(yè)2(16kb),作業(yè)3(140kb),連續(xù)進入系統(tǒng)，經(jīng)過一段時間運行，作業(yè)1、3先后完成。此時，作業(yè)4(120kb),作業(yè)5

8、(80kb)要求進入系統(tǒng)，分別采用首次適應算法和最佳適應算法，處理上述作業(yè)序列，完成下列要求：畫出作業(yè)1、2、3進入內(nèi)存后，內(nèi)存的分配情況。畫出作業(yè)1、3完成后，內(nèi)存分配情況。畫出兩種算法中空白區(qū)的鏈接情況。(4)哪種算法該對作業(yè)序列而言是合適的？答：(1)操作系統(tǒng)(20K)作業(yè)1(80K)作業(yè)2(16K)作業(yè)3(140K)(2)操作系統(tǒng)（20K）作業(yè)1(80K)作業(yè)2(16K)作業(yè)3(140K)（3）畫出兩種算法的空閑區(qū)鏈接情況首次適應算法（FF）:fr116K8DK作業(yè)2(16K)A140K最佳適應算法（BF）I辨系垃(2OK)4116K80K作強2(16K)A14OK(4)首次適應算法(

9、FF)更好3.9什么是內(nèi)部碎片？什么是外部碎片？如何克服外部碎片問題？假設某彳業(yè)為3.5k大小，在邏輯地址1000號單元處有指令MovR1,3000,3000號單元有數(shù)據(jù)5678。采用分頁式存儲管理，頁面大小為1k字節(jié)，該作業(yè)進入內(nèi)存后，其頁面0,1,2,3被分配到內(nèi)存的2、4、6、7塊中，完成下列要求：畫出該作業(yè)的頁表畫出當執(zhí)行指令MovR1,3000時，如何進行地址重定位，將邏輯地址3000號單元處數(shù)據(jù)5678送入R1寄存器。答：(1)畫出該作業(yè)的頁表貝囿號塊號02142637(2)畫出當執(zhí)行指令MOVR1,3000時，如何進行地址重地位，將邏輯地址3000號單元處數(shù)據(jù)5678送入R1寄存

10、器。1k2k3k4k-1頁內(nèi)地址w頁號p頁號塊號分頁式存儲管理地址重定位實現(xiàn)過程內(nèi)存(3000)D=(000101110111000)B所以：頁號=(00010)B=(2)D查頁表得：塊號=(6)D=(000110)B頁內(nèi)地址=(1110111000)B=塊內(nèi)地址所以：內(nèi)存地址為：(0001101110111000)B=(1BB8)H法2:3000/1024=2所以：頁號=2查頁表得：塊號=6頁內(nèi)地址=3000-1024*2=952所以：內(nèi)存地址為：（7096）D什么是聯(lián)想存儲器？為什么用聯(lián)想存儲器可有效提高動態(tài)地址轉(zhuǎn)換速度？答：為了提高查表的速度，人們在分頁地址變換機構中，加入一組高速緩沖存

11、儲器，用來存放當前作業(yè)的最常用的頁號和與之相應的物理塊號。一般稱這樣的寄存器組為快表或聯(lián)想存儲器。當處理機給出邏輯地址（p,w）時，分頁機構一方面取出頁號p,并根據(jù)p從頁表中查找相應的內(nèi)存塊號b;另一方面自動把頁號p送入聯(lián)想存儲器，并和聯(lián)想存儲器各單元進行比較，如與某單元頁號相符，則輸出對應塊號b,并與頁內(nèi)地址w形成物理地址進行訪問，同時停止前面查找頁表的工作。由于聯(lián)想存儲器采用的是高速緩存，其訪問速度比訪問頁表要快得多。如果在聯(lián)想存儲器中查不到，仍繼續(xù)在頁表中查找，并把查找到的頁號p和塊號b放到聯(lián)想存儲器的空閑單元中，以備下次使用。如無空閑單元，則通常把最先裝入的那個頁號淘汰，以騰出位置。應

12、用聯(lián)想存儲器和頁表相結合的方式，可有效地提高系統(tǒng)動態(tài)地址轉(zhuǎn)換的速度，是一種行之有效的方法。什么是虛擬存儲器？使用虛擬存儲器有什么好處？答：虛擬存儲技術的基本思想是把有限的內(nèi)存空間與大容量的外存統(tǒng)一管理起來，構成一個遠大于實際內(nèi)存的、虛擬的存儲器。此時，外存是作為內(nèi)存的邏輯延伸，用戶并不會感覺到內(nèi)、外存的區(qū)別，即把兩級存儲器當作一級存儲器來看待。一個作業(yè)運行時，其全部信息裝入虛存，實際上可能只有當前運行所必需的一部分信息存入內(nèi)存，其它則存于外存，當所訪問的信息不在內(nèi)存時，系統(tǒng)自動將其從外存調(diào)入內(nèi)存。當然，內(nèi)存中暫時不用的信息也可調(diào)至外存，以騰出內(nèi)存空間供其它作業(yè)使用。這些操作都由存儲管理系統(tǒng)自動

13、實現(xiàn)，不需用戶干預。對用戶而言，只感覺到系統(tǒng)提供了一個大容量的內(nèi)存，但這樣大容量的內(nèi)存實際上并不存在，是一種虛擬的存儲器，因此把具有這種功能的存儲管理技術稱為虛擬存儲管理。實現(xiàn)虛擬存儲管理的方法有請求頁式存儲管理和請求段式存儲管理。畫圖說明請求頁式存儲管理系統(tǒng)中動態(tài)地址重定位及缺頁中斷的處理過程。答：處理過程如下圖所示請求式分頁存儲管理缺頁中斷處理過程示意圖請求頁式存儲管理系統(tǒng)中有哪幾種常見的頁面置換算法？答：最優(yōu)算法（OPT算法）、先進先出算法（FIFO算法）、最近最久未使用算法（LRU算法）、LRU近似算法。在一個請求頁式存儲管理系統(tǒng)中，一個程序的頁面走向是：5,4,3,2,1,5,4,3

14、,6,5,4,3,2,1,6,5請分別采用FIFO算法和LRU算法，求出在作業(yè)分得的內(nèi)存塊數(shù)分別為M=4和M=5時，缺頁中斷次數(shù)和缺頁率各為多少？答：M=4FIFO65432154365,4,3,216,56666222233335555511116666444455552223333444411缺頁中斷次數(shù)：9缺頁中斷率：9/17M=4LRU65432154365,4,3,216566662222333335555511116222244445555446633334445111缺頁中斷次數(shù)：10缺頁中斷率：10/17M=5FIFO6543215,4,3,654321656666611111

15、22225555566666111444445555566333334444452222233333缺頁中斷次數(shù)：9缺頁中斷率：9/17M=5LRU6543215,4,3,65,4,3,2165666661122225555555566444444445333333332266111缺頁中斷次數(shù)：6缺頁中斷率：6/173.15請求頁式和請求段式存儲管理的地址變換過程有什么區(qū)別？答：請求頁式和請求段式存儲管理的動態(tài)地址變換過程有許多相似之處，但兩者有著本質(zhì)上的區(qū)別。主要表現(xiàn)在以下幾點：請求分頁存儲管理的作業(yè)地址空間是一個單一的線性地址空間；而分段存儲管理的作業(yè)地址空間是二維的地址空間。請求分頁存

16、儲管理中，頁的大小是固定的，對于分頁活動，用戶是不可見的；分段存儲管理中，段的大小是不定的，是信息的邏輯單位，用戶是可見的。請求分頁存儲管理中，把程序地址分成頁號p和頁內(nèi)位移量w是硬件完成的功能；分段存儲管理中，把程序地址分成段號s和段內(nèi)偏移量d是軟件的功能。請求段式存儲管理有哪些優(yōu)點？答：請求段式存儲管理有如下優(yōu)點：可提供大容量的虛存：這與請求頁式存儲管理類似。一個作業(yè)運行時，內(nèi)存只存放較少的段。在作業(yè)執(zhí)行過程中，需要使用某段時再從外存調(diào)入；若此時內(nèi)存無空間，則需進行段的緊湊或是移出某些段。允許動態(tài)增加段的長度：對于一個較大的段，開始可以裝入其中的一部分。當程序員企圖向段中增加新的內(nèi)容或擴大

17、段的長度時，可以動態(tài)增加段的長度。因為段表中有一個增補位，當訪問的地址大于段長時便產(chǎn)生越界中斷，此時檢查增補位，若為1,則可增加段長度，可通過緊湊或移去一些段的辦法來實現(xiàn)。利用允許動態(tài)增長段的特性，容易處理變化的數(shù)據(jù)結構，比如表格和數(shù)據(jù)段等。便于段的動態(tài)鏈接：一個作業(yè)可能由若干個程序段組成，在采用單一線性地址空間時，這些程序段要在執(zhí)行之前完成鏈接和裝配工作，產(chǎn)生出一個完整的連續(xù)空間。這稱之為靜態(tài)鏈接。這種工作不僅費時，有時甚至是徒勞的，因為在作業(yè)運行過程中，有的程序模塊根本未被調(diào)用和執(zhí)行過。為此，最好是在需要調(diào)用某程序段時，再把它鏈接到作業(yè)空間中，這就是所謂動態(tài)鏈接。由于請求段式存儲管理為用戶

18、提供的是二維地址空間，每個程序模塊構成獨立的分段，有自己的名字，這為實現(xiàn)動態(tài)鏈接提供了基礎。便于實現(xiàn)程序段的共享：進入內(nèi)存中的程序段占據(jù)內(nèi)存中的一個連續(xù)存儲區(qū)。若多個作業(yè)要共享它，只需在它們各自的段表中填入該段的起始地址，設置上適當?shù)拇嫒嘞藜纯伞１阌趯崿F(xiàn)存儲保護：在段表中規(guī)定了段的存取權限和段的長度，超出段長引起越界中斷，違反存取權限引起存儲保護中斷，通過這種方法能防止一個用戶作業(yè)侵犯另一用戶作業(yè)，也可以防止對共享程序的破壞。什么是抖動現(xiàn)象？它有什么危害？答：當發(fā)生缺頁中斷時，如果內(nèi)存已無空閑塊，就要把已在內(nèi)存的一些頁面置換出去。所謂頁面置換算法，就是采取什么辦法淘汰掉內(nèi)存中的某些頁為必須進入內(nèi)存的頁面騰出空間的策略。這一直是人們十分重視的一個問題，因為頁面置換算法的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)效率。如果置換算法不當，就有可能出現(xiàn)某些頁剛被置換出去又要馬上訪問的情況，因而又要將其調(diào)回，而調(diào)回后不久又要被置換出去，這樣不斷反復，以