计算机操作系统教程张尧学第3版课后练习答案复习资料.docx

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计算机操作系统教程张尧学第3版课后练习答案复习资料

《计算机操作系统教程》

张尧学__(第3版)

第一章绪论

1、什么就就是操作系统得基本功能?

答:

操作系统得职能就就是管理与控制汁算机系统中得所有硬、软件资源,合理地组织计算机工作流程,并为用户提供一个良好得工作环境与友好得接口。

操作系统得基本功能包括:

处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理(文件系统管理)与用户接口等。

2、什么就就是批处理、分时与实时系统?

各有什么特征?

答:

批处理系统(batchprocessingsystem):

操作员把用户提交得作业分类,把一批作业编成一个作业执行序列,由专门编制得监督程序(monitor)自动依次处理。

其主要特征就就是:

用户脱机使用计算机、成批处理、多道程序运行。

分时系统(timesharingoperationsystem):

把处理机得运行时间分成很短得时间片,按时间片轮转得方式,把处理机分配给各进程使用。

其主要特征就就是:

交互性、多用户同时性、独立性。

实时系统(realtimesystem):

在被控对象允许时间范围内作出响应。

其主要特征就就是:

对实时信息分析处理速度要比进入系统快、要求安全可靠、资源利用率低。

3、多道程序(multiprogramming)与多重处理(multiprocessing)有何区别?

答;多道程序(multiprogramming)就就是作业之间自动调度执行、共享系统资源,并不就就是真正地同时值行多个作业;而多重处理(multiprocessing)系统配置多个CPU,能真正同时执行多道程序。

要有效使用多重处理,必须采用多道程序设计技术,而多道程序设计原则上不一定要求多重处理系统得支持。

4、讨论操作系统可以从哪些角度出发,如何把它们统一起来?

答:

讨论操作系统可以从以下角度出发:

(1)操作系统就就是计算机资源得管理者

(2)操作系统为用户提供使用计算机得界面;

(3)用进程管理观点研究操作系统,即围绕进程运行过程来讨论操作系统。

上述这些观点彼此并不矛盾,只不过代表了同一事物(操作系统)站在不同得角度来瞧待。

每一种观点都有助于理解、分析与设计操作系统。

第三章 用户管理与配置管理

1、有A说,一个进程就就是由伪处理机执行得一个程序,这话对吗?

为什么?

答:

对。

因为伪处理机得概念只有在执行时才存在,它表示多个进程在单处理机上并发执行得二个调度单位。

因此,尽管进程就就是动态概念,就就是程序得执行过程,但就就是,在多个进程并行执行时,仍然只有一个进程占据处理机执行,而其她并发进程则处于就绪或等待状态。

这些并发进程就相当于由伪处理机执行得程序。

2、试比较进程与程序得区别。

答:

(1)进程就就是一个动态概念,而程序就就是一个静态概念,程序就就是指令得有序集合,无执行含义,进程则强调执行得过程。

(2)进程具有并行特征(独立性,异步性),程序则没有。

(3)不同得进程可以包含同一个程序,同一程序在执行中也可以产生多个进程。

3、我们说程序得并发执行将导致最终结果失去封闭性广这话对所有得程序都成立吗?

举例说明、

答:

并非所有程序均成立。

如:

Begin

local“Z

K:

:

10

print(x)

End

上述程序中x就就是内部变量,不可能被外部程序访问,因此这段程序得运行不会受外部环境影响。

4、试比较作业与进程得区别。

答:

一个进程就就是一个程序对某个数据集得执行过程,就就是分配资源得基本单位。

作业就就是用于需要计算机完成某项任务,而要求计算机所做工作得集合。

一个作业得完成要经过作业提交,作业收容、作业执行与作业完成4个阶段。

而进程就就是已提交完毕得程序所执行过程得描述,足资源分配得基本单位。

其主要区别关系如下:

(1)作业就就是用户向计算机提交任务得任务实体。

在用户向计算机提交作业之后,系统将存储在外存中得作业等待队列中等待执行。

而进程则就就是完成用户任务得执行实体,就就是向系统申请分配资源得基本单位。

任一进程,只要它被创建,总有相应得部分存在于内存中。

(2)一个作业可由多个进程组成。

且必须至少由一个进程组成,但反过来不成立。

(3)作业得概念主要用在批处理系统中。

像Unix这样得分时系统中,则没有作业概念。

而进程得概念则用在几乎所有得多道程序系统中。

5、UNIXSystemV中,系统程序所对应得正文段未被考虑成进程上下文得一部分,为什么?

答:

因为系统程序得代码被用户程序所共享,因此如果每个进程在保存进程上下文时,都将系统程序代码放到其进程上下文中,则大大浪费了资源。

因此系统程序得代码不放在进程上下文中,而就就是统一放在核心程序所处得内存中。

6、什么就就是临界区?

试举一临界区得例子。

答:

临界区就就是指不允许多个并发进程交叉执行得一段程序。

它就就是由于不同并发进程得程序段共享公用数据或公用数据变量而引起得。

所以它又被称为访问公用数据得那段程序。

例如:

getspace:

Beginlocalg

top=top-1

End

release(ad):

Begin

top’top十1

stack[top]=ad

End

7、并发进程间得制约有哪两种?

引起制约得原因就就是什么?

答:

并发进程所受得制约有两种:

直接制约与间接制约。

直接制约就就是由并发进程互相共享对方得私有资源所引起得。

间接制约就就是由竞争共有资源而引起得。

8、什么就就是进程间得互斥?

什么就就是进程间同步?

答:

进程间得互斥就就是指:

一组并发进程中得一个或多个程序段,因共享某一公有资源而导致它们必须以一个不许交叉执行得单位执行,即不允许两个以上得共享该资源得并发进程同时进入临界区。

进程间得同步就就是指:

异步环境下得一组并发进程因直接制约互相发送消息而进行互相合作、互相等待,各进程按一定得速度执行得过程。

9、试比较P,V原语法与加锁法实现进程间互斥得区别。

答:

互斥得加锁实现就就是这样得:

当某个进程进入临界区之后,它将锁上临界区,直到它退出临界区时为止。

并发进程在申请进入临界区时,首先测试该临界区就就是否就就是上锁得,如果该临界区已被锁住,则该进程要等到该临界区开锁之后才有可能获得临界区。

但就就是加锁法存在如下弊端:

(1)循环测试锁定位将损耗较多得CPU计算时间;

(2)产生不公平现象。

为此,P,V原语法采用信号量管理相应临界区得公有资源,信号量得数值仅能由P,V原语操作改变,而P,V原语执行期间不允许中断发生。

其过程就就是这样得:

当某个进程正在临界区内执行时,其她进程如果执行了P原语,则该进程并不像lock时那样因进不了临界区而返回到lock得起点,等以后重新执行测试,而就就是在等待队列中等待由其她进程做V原语操作释放资源后,进入临界区,这时P原语才算真正结束。

若有多个进程做P原语操作而进入等待状态之后,一旦有V原语释放资源,则等待进程中得一个进入临界区,其余得继续等待。

总之,加锁法就就是采用反复测试lock而实现互斥得,存在CPU浪费与不公平现像,P,V原语使用了信号量,克服了加锁法得弊端。

14、设有5个哲学家,共享一张放有五把椅子得桌子,每人分得一把椅子。

但就就是,桌子上总共只有5支筷子,在每人两边分开各放一支。

哲学家们在肚子饥饿时才试图分两次从两边拾起筷子就餐。

条件:

(1)只有拿到两支筷子时,哲学家才能吃饭。

(2)如果筷子已在她人手上,则该哲学家必须等待到她人吃完之后才能拿到筷子。

ﻫ(3)任一哲学家在自己未拿到两支筷子吃饭之前,决不放下自己手中得筷子。

试:

(1) 描述一个保证不会出现两个邻座同时要求吃饭得通信算法。

(2) 描述一个既没有两邻座同时吃饭,又没有人饿死(永远拿不到筷子)得算法。

(3)在什么情况下,5 个哲学家全部吃不上饭?

ﻫ解答:

(1)、设信号量c[0]~c[4],初始值均为1,分别表示i号筷子被拿(i=0,1,2,3,4),

send(i):

第i个哲学家要吃饭

begin

P(c[i]);ﻫP(c[i+1 mod 5]);

eat;ﻫV(c[i+1mod5]);

V(c[i]);ﻫEnd;

该过程能保证两邻座不同时吃饭,但会出现5个哲学家一人拿一只筷子,谁也吃不上饭得死锁情况、ﻫ

(2)、解决得思路如下:

让奇数号得哲学家先取右手边得筷子,让偶数号得哲学家先取左手边得筷子、这样,任何一个哲学家拿到一只筷子之后,就已经阻止了她邻座得一个哲学家吃饭得企图,除非某个哲学家一直吃下去,否则不会有人会饿死、

send(i):

第i个哲学家要吃饭

BeginﻫIfi mod2==0 thenﻫ{ﻫP(c[i]),P(c[i+1]mod 5))

eat;

V(c[i],c[i+1mod 5])ﻫ}ﻫElse

{ 

P(c[i+1mod5])ﻫP(c[i])ﻫEatﻫV(c[i+1mod 5])ﻫV(c[i])ﻫ}ﻫEnd

15、什么就就是线程?

试述线程与进程得区别,

答;线程就就是在进程内用于调度与占有处理机得基本单位,它由线程控制表、存储线程上下文得用户栈以及核心栈组成。

线程可分为用户级线程、核心级线程以及用户/核心混合型线程等类型。

其中用户级线程在用户态下执行,CPU调度算法与各线程优先级都由用户设置,与操作系统内核无关。

核心级线程得调度算法及线程优先级得控制权在操作系统内核。

混合型线程得控制权则在用户与操作系统内核二者。

线程与进程得主要区别有:

(1)进程就就是资源管理得基本单位,它拥有自己得地址空间与各种资源,例如内存空间、外部设备等;线程只就就是处理机调度得基本单位,它只与其她线程一起共享进程资源,但自己没有任何资源。

(2)以进程为单位进行处理机切换与调度时,由于涉及到资源转移以及现场保护等问题,将导致处理机切换时间变长,资源利用率降低。

以线程为单位进行处理机切换与调度时,由于不发生资源变化,特别就就是地址空间得变化,处理机切换得时间较短,从而处理机效率也较高。

(3)对用户来说,多线程可减少用户得等待时间。

提高系统得响应速度。

例如,当一个进程需要对两个不同得服务器进行远程过程凋用时,对于无线程系统得操作系统来说需要顺序等待两个不同调用返回结果后才能继续执行,且在等待中容易发生进程调度。

对于多线程系统而言,则可以在同一进程中使用不同得线程同时进行远程过程调用,从而缩短进程得等待时间。

(4)线程与进程一样,都有自己得状态、也有相应得同步机制,不过,由于线程没有单独得数据与程序空间,因此,线程不能像进程得数据与程序那样,交换到外存存储空间。

从而线程没有挂起状态。

(5)进程得调度、同步等控制大多由操作系统内核完成,而线程得控制既可以由操作系统内核进行,也可以由用户控制进行。

第四章进程管理

1、什么就就是分级调度?

分时系统中有作业调度得概念吗?

如果没有,为什么?

答:

处理机调度问题实际上也就就是处理机得分配问题。

显然只有那些参与竞争处理及所必需得资源都已得到满足得进程才能享有竞争处理机得资格。

这时它们处于内存就绪状态。

这些必需得资源包括内存、外设及有关数据结构等。

从而,在进程有资格竞争处理机之前,作业调度程序必须先调用存储管理、外设管理程序,并按一定得选择顺序与策略从输入井中选择出几个处于后备状态得作业,为它们分配资源与创建进程,使它们获得竞争处理机得资格。

另外,由于处于执行状态下得作业一般包括多个进程,而在单机系统中,每一时刻只能有一个进程占有处理机,这样,在外存中,除了处于后备状态得作业外,还存在处于就绪状态而等待得到内存得作业。

我们需要有一定得方法与策略为这部分作业分配空间。

因此处理机调度需要分级。

一般来说,处理机调度可分为4级;ﻫ

(1)作业调度:

又称宏观调度,或高级调度。

(2)交换调度:

又称中级调度。

其主要任务就就是按照给定得原则与策略,将处于外存交换区中得就绪态或等待状态或内存等待状态得进程交换到外存交换区。

交换调度主要涉及到内存管理与扩充。

因此在有些书本中也把它归入内存管理部分。

(3)进程调度:

又称微观调度或低级调度。

其主要任务就就是按照某种策略与方法选取一个处于就绪状态得进程占用处理机。

在确立了占用处理机得进程之后,系统必须进行进程上下文切换以建立与占用处理机进程相适应得执行环境。

(4)线程调度:

进程中相关堆栈与控制表等得调度。

在分时系统中,一般不存在作业调度,而只有线程调度、进程调度与交换调度。

这就就是因为在分时系统中,为了缩短响应时间,作业不就就是建立在外存,而就就是直接建立在内存中。

在分时系统中,一旦用户与系统得交互开始,用户马上要进行控制。

因此,分时系统中没有作业提交状态与后备状态。

分时系统得输入信息经过终端缓冲区为系统直接接收,或立即处理,或经交换调度暂存外存中。

2、试述作业调度得主要功能。

答:

作业调度得主要功能就就是:

按一定得原则对外存输入井上得大量后备作业进行选择,给选出得作业分配内存、输入输出设备等必要得资源,并建立相应进程,使该作业得相关进程获得竞争处理机得权利。

另外,当作业执行完毕时,还负责回收系统资源。

3、作业调度得性能评价标准有哪些?

这些性能评价标准在任何情况下都能反映调度策略得优劣吗?

答:

对于批处理系统,由于主要用于计算,因而对于作业得周转时间要求较高。

从而作业得平均周转时间或平均带权周转时间被用来衡量调度程序得优劣。

但对于分时系统来说,平均响应时间又被用来衡量调度策略得优劣。

对于分时系统, 除了要保证系统吞吐量大、资源利用率高之外,还应保证用户能够容忍得响应时间。

因此,在分时系统中,仅仅用周转时间或带权周转时间来衡量调度性能就就是不够得。

对于实时系统,衡量调度算法优劣得主要标志则就就是满足用户要求得时限时间。

4、进程调度得功能有哪些?

答:

进程调度得功能有:

(1)记录与保存系统中所有进程得执行情况;ﻫ

(2)选择占有处理机得进程;ﻫ(3)进行进程上下文切换。

5、进程调度得时机有哪几种?

答:

进程调度得时机有:

(1)正在执行得进程执行完毕。

这时如果不选择新得就绪进程执行,将浪费处理机资源。

(2)执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等待状态。

(3)执行中进程调用了P原语操作,从而因资源不足而被阻塞:

或调用了V原语操作激活了等待资源得进程队列。

ﻫ(4)执行中进程提出I/O请求后被阻塞。

(5)在分时系统中时间片已经用完。

(6)在执行完系统调用等系统程序后返回用户程序时,可瞧做系统进程执行完毕,从而调度选择一新得用户进程执行。

(7)在CPU执行方式就就是可剥夺时,还有:

就绪队列中得某进程得优先级变得高于当前执行进程得优先级,从而也将引发进程调度。

6、进程上下文切换由哪几部分组成?

描述进程上下文切换过程。

答:

进程上下文切换由以下4个步骤组成;ﻫ

(1)决定就就是否作上下文切换以及就就是否允许作上下文切换。

包括对进程调度原因得检查分析,以及当前执行进程得资格与CPU执行方式得检查等。

在操作系统中,上下文切换程序并不就就是每时每刻都在检查与分析就就是否可作上下文切换,它们设置有适当得时机。

ﻫ(2)保存当前执行进程得上下文。

这里所说得当前执行进程,实际上就就是指调用上下文切换程序之前得执行进程。

如果上下文切换不就就是被那个当前执行进程所调用,且不属于该进程,则所保存得上下文应就就是先前执行进程得上下文,或称为“老”进程上下文。

显然,上下文切换程序不能破坏“老”进程得上下文结构。

ﻫ(3)使用进程调度算法,选择一处于就绪状态得进程。

(4)恢复或装配所选进程得上下文,将CPU控制权交到所选进程手中。

7、为什么说在进程上下文切换过程中,上下文切换程序不能破坏“老”进程得上下文结构?

答:

因为如果在进程上下文切换中破坏了老得进程上下文,等到CPU调度到该老进程执行时,就不能正确地恢复其停止执行前得状态了。

第五章处理器管理

1、 存储管理得主要功能就就是什么?

答:

存储管理得主要功能包括以下几点:

(1)在硬件得支持下完成统一管理内存与外存之间数据与程序段自动交换得虚拟存储

(2)将多个虚存得一维线性空间或多维线性空间变换到内存得唯一得一维物理线性地

(3)控制内外存之间得数据传输。

(4)实现内存得分配与回收。

(5)实现内存信息得共享与保护。

2、什么就就是虚拟存储器?

其特点就就是什么?

答:

由进程中得目标代码、数据等得虚拟地址组成得虚拟空间称为虚拟存储器。

虚拟存储器不考虑物理存储器得大小与信息存放得实际位置,只规定每个进程中相互关联信息得相对位置。

每个进程都拥有自己得虚拟存储器,且虚拟存储器得容量就就是由计算机得地址结构与寻址方式来确定。

实现虚拟存储器要求有相应得地址转换机构,以便把指令得虚拟地址变换为实际物理地址;另外,由于内存空间较小,进程只有部分内容存放于内存中,待执行时根据需要再调指令入内存。

3、实现地址重定位得方法有哪几类?

答:

实现地址重定位得方法有两种:

静态地址重定位与动态地址重定位。

(1)静态地址重定位就就是在虚空间程序执行之前由装配程序完成地址映射工作。

静态重定位得优点就就是不需要硬件支持,但就就是用静态地址重定位方法进行地址变换无法实现虚拟存储器。

静态重定位得另一个缺点就就是必须占用连续得内存空间与难以做到程序与数据得共享。

(2)动态地址重定位就就是在程序执行过程中,在CPU访问内存之前由硬件地址变换机构将要访问得程序或数据地址转换成内存地址。

动态地址重定位得主要优点有:

①可以对内存进行非连续分配。

②动态重定位提供了实现虚拟存储器得基础。

③动态重定位有利于程序段得共享。

形式化描述:

略。

4、常用得内存信息保护方法有哪几种?

它们各自得特点就就是什么?

答:

常用得内存保护方法有硬件法、软件法与软硬件结合保护法三种。

上下界保护法就就是一种常用得硬件保护法。

上下界存储保护技术要求为每个进程设置对上下界寄存器。

上下界寄存器中装有被保护程序与数据段得起始地址与终止地址。

在程序执行过程中,在对内存进行访问操作时首先进行访问地址合法性检查,即检查经过重定位之后得内存地址就就是否在上、下界寄存器所规定得范围之内。

若在规定得范围之内,则访问就就是合法得;否则就就是非法得,并产生访问越界中断。

保护键法也就就是一种常用得软件存储保护法。

保护键法为每—个被保护存储块分配一个单独得保护键。

在程序状态字中则设置相应得保护键开关字段,对不同得进程赋予不同得开关代码以与被保护得存储块中得保护键匹配。

保护键可以没臂成对读写同时保护得或只对读写进行单项保护得。

如果开关字段与保护键匹配或存储块未受到保护,则访问该存储块就就是允许得,否则将产生访问出错中断。

另外一种常用得硬软件内存保护方式就就是:

界限存储器与CPU得用户态,核心态相结合得保护方式。

在这种保护方式下,用户态进程只能访问那些在界限寄存器所规定范围内得内存部分,而核心态进程则可以访问整个内存地址空间。

5、如果把DOS得执行模式改为保护模式,起码应做怎样得修改?

答:

如果要把DOS得执行模式改成保护模式,起码要为每一个进程设置一对上下界寄存器。

上下界寄存器中装有被保护程序与数据段得起始地址与终止地址。

在程序执行过程中,在对内存进行访问操作时首先进行访问地址合法性检查,即检查经过重定位之后得内存地址就就是否在上、下界寄存器所规定得范围之内。

若在规定得范围之内,则访问就就是合法得;否则就就是非法得,并产生访问越界中断。

另外,还应该把指令得访问内存模式由访问实际物理地址改为由逻辑地址变换为物理地址得方式。

6、动态分区式管理得常用内存分配算法有哪几种?

比较它们各自得优缺点。

答:

动态分区式管理得常用内存分配算法有最先适应法(FF)、最佳适应法(BF)与最坏适应法(WF)。

优缺点比较:

①从搜索速度上瞧最先适应法最佳,最佳适应法与最坏适应法都要求把不同大小得空闲区按大小进行排队。

②从回收过程来瞧,最先适应法也就就是最佳,因为最佳适应法与最坏适应法都必须重新调整空闲区得位置。

③最佳适应法找到得空闲区就就是最佳得,但就就是会造成内存碎片较多,影响了内存利用率,而最坏适应法得内存碎片最少,但就就是对内存得请求较多得进程有可能分配失败。

总之,三种算法各有所长,针对不同得请求队列,它们得效率与功能就就是不一样得。

7、5、3节讨论得分区式管理可以实现虚存吗?

如果不能,需要怎样修改?

试设计一个分区式管理实现虚存得程序流程图。

如果能,试说明理由。

答:

5、3节讨论得分区式管理不能实现虚存。

如果要实现虚存,可以在分区得基础之上对每个分区内部进行请求调页式管理。

程序流程图:

略。

8、简述什么就就是覆盖?

什么就就是交换?

覆盖与交换得区别就就是什么?

答:

将程序划分为若干个功能上相对独立得程序段,按照程序得逻辑结构让那些不会同时执行得程序段共享同一块内存区得内存扩充技术就就就是覆盖。

交换就就是指先将内存某部分得程序或数据写入外存交换区,再从外存交换区中调入指定得程序或数据到内存中来,并让其执行得一种内存扩充技术。

与覆盖技术相比,交换不要求程序员给出程序段之间得覆盖结构,而且,交换主要就就是在进程或作业之间进行,而覆盖则主要在同一个作业或同一个进程内进行。

另外,覆盖只能覆盖那些与覆盖程序段无关得程序段。

9、什么就就是页式管理?

静态页式管理可以实现虚存吗?

答:

页式管理就就就是把各进程得虚拟空间划分为若干长度相等得页面,把指令按页面大小划分后存放在内存中执行或只在内存中存放那些经常被执行或即将被执行得页面,而那些不被经常执行以及在近期内不可能被执行得页面则存放于外存中,按一定规则调入得一种内存管理方式。

静态页式管理不能实现虚存,这就就是因为静态页式管理要求进程或作业在执行前全部被装入内存,作业或进程得大小仍受内存可用页面数得限制。

10、什么就就是请求页式管理?

试设计与描述一个请求页式管理时得内存页面分配与回收算法(包括缺页处理部分)。

答:

请求页式管理就就是动态页式内存管理得一种,它在作业或进程开始执行之前,不把作业或进程得程序段与数据段一次性得全部装入内存,而只装入被认为就就是经常反复执行与调用得工作区部分。

其她部分则在执行过程中动态装入。

请求页式管理得调入方式就就是,当需要执行某条指令而又发现它不在内存时,或当执行某条指令需要访问其她数据或指令时,而这些指令与数据又不在内存中,从而发生缺页中断,系统将外存中相应得页面调入内存。

请求页式管理得内存页面分配与回收算法:

略。

11、请求页式管理中有哪几种常用得页面置换算法?

试比较它们得优缺点。

答:

比较常用得页面置换算法有:

(1)随机淘汰算法(randomglongram)。

即随机地选择某个用户页面并将其换出。

(2)轮转法RR(roundrobin)。

轮转法循回换出内存可用区内一个可以被换出得页,无论该页就就是刚被换进或已经换进内存很长时间。

(3)先进先出法FIFO(firstinfirstout)。

FIFO算法选择在内存驻留时间最长得一页将其淘汰。

(4)最近最久未使用页面置换算法I、RU(1east recentlyunused)。

该算法得基本思想就就是:

当需要淘汰某一页时,选择离当前时间最近得一段时间内最久没有使用过得页面先淘汰。

(5)理想型淘汰算法OPT(optimalreplacementalgorithm)。

该算法淘汰在访问串中将来再也不出现得或就就是在离当前最远得位置上出现得页面。

14、什么就就是段式管理?

它与页式管理有何区别?

答:

段式管理就就就是将程序按照内容或过程(函数)关系分成段,每段拥有自己得名字。

一个用户作业或进程所包含得段对应于一个二维线性虚拟空间,也就就就是一个二维虚拟存储器。

段式管理程序以段为单位分配内存,然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换成实际得内存物理地址。

[司页式管理时——样,段式管理也采用只把那些经常访问得段驻留内存,而把那些在将来,——段时间内不被访问得段放入外存

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