第三章 存储管理.docx

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第三章存储管理

第三章存储管理

一、填空题：

1、置换算法是在内存中没有____________时被调用的，它的目的是选出一个被___________的页面。

如果内存中有足够的存放所调入的页，则不必使用___________。

（空闲页面,淘汰,空闲页面,置换算法）

2、文件的存储器是分成大小相等的_______________，并以它为单位交换信息。

（物理块）

3、在请求页式管理中，当__________发现所需的页不在________时，产生_______中断信号，_____________作相应的处理。

（硬件变换机构,内存,缺页,中断处理程序）

4、动态存储分配时，要靠硬件地址变换机构实现__________。

（重定位）

5、在页式管理中，页式虚地址与内存物理地址的映射是由C和_________完成的。

（页表,硬件地址变换机构）

6．为了扩大主存容量采用虚拟存储器，它的容量由计算机系统的______和_____存储器

的容量决定，而与实际的主存容量无关。

（地址机构外（或辅））

7．在存贮管理中，把逻辑地址转换为绝对地址的工作称为_______或叫___________。

（地址转换重定位）

8．在段页式存贮管理中，逻辑地址由_____、______和_______三部分组成．

（段号页号段内地址）

9．分页管理是把内存分成_______的许多区，每个区称为_______；而把程序的逻辑地址分为若干_______，_______的大小与_________的大小________。

（大小相等块页页块相等）

10．实现虚拟存储技术，需要一定的物质基础，其一是____________，其二是_________，

其三是__________。

（相当容量的外存一定容量的内存地址变换机构）

11．在没有______的系统中采用覆盖技术，可利用较小的存储空间处理______的作业．

（虚拟存储较大）

12．交换技术是在__________下用于___________的方法之一．

（多道程序环境扩充内存）

13．在分区管理中，各用户进程和作业所要求的________受到_______限制，可以使用_____技术来扩充________。

（内存容量分区大小覆盖和交换内存）

14．在分页管理中，页表一般驻留在______的某个固定区域，取一个数据或一个指令至少要访问______以上，为了加速查找，一般可采用在______中加入______的方法来提高查找速度．（内存内存2次地址变换机构块表（或联想存储器））

15．请求分页管理是一种——分页管理，它的——与静态分页管理相同，也是通过查找_________来完成的，但是静态分页管理要求作业或进程在_____全部装入______．

（动态地址变换页表执行之前内存）

16．段页式管理中，虚拟空间的最小单位是______而不是_______．内存可风区划分成若干个______，且每个段所拥有的程序和数据在_______中可以分开．

（页段大小相等的页内存）

17．在请求分页管理中，当发现所需的页不在______时，产生_______中断信号，由________作出相应的处理。

（地址变换机构内存缺页中断处理程序）

18.按操作系统中文件的性质与用途分，文件分为：

____、____和_____。

（系统文件、库文件、用户文件）

19.按使用情况，文件可分为____、____和_____。

（临时文件、永久文件、档案文件）

20.在UNIX系统中，文件分为_____、_____和______。

（普通文件、目录文件、特殊文件）

21.按文件的逻辑存储结构分，文件分为有结构文件，又称为____和无结构文件，又称______。

（记录式文件、流式文件）

22.UNIX的文件物理结构采用_______。

（成组链接法）

二、选择题：

1.下列（）存储管理方式能使存储碎片尽可能少，而且使内存利用率较高。

A、固定分区B、可变分区C、分页管理D、段页式管理

2.以下存储管理技术中，支持虚拟存储器的技术是（）。

A、动态分区法B、可重定位分区法C、请求分页技术D、对换技术

3.碎片现象的存在使得（）。

A、内存空间利用率降低B、内存空间利用率提高

C、内存空间利用率得以改善D、内存空间利用率不影响

4.当内存碎片容量大于某一作业所申请的内存容量时，（）。

A、可以为这一作业分配内存B、不可以为这一作业分配内存

C、拼接后，可以为这一作业分配内存D、一定能够为这一作业分配内存

5.（）实现了段式、页式两种存储方式的优势互补。

A、请求分页管理B、可变式分区管理

C、段式管理D、段页式管理

6．地址转换或叫重定位的工作是将（）·

A．绝对地址转换为逻辑地址B．逻辑地址转换为浮动地址

C．逻辑地址转换为绝对地址D．逻辑地址转换为相对地址

7．在下列存储管理方案中，不要求将作业全部装入且不要求一个连续存贮空间的管理方式是（）．

A．单用户连续存贮管理B．固定分区存贮管理

c．分页存贮管理D．请求分页存贮管理

8．存贮管理是对主存贮器中（）区域进行管理·

A．供系统使用的·B．供用户使用的

c．供程序使用的D．整个主存“

9．可变分区存贮管理中移动技术可以（）·

A．集中空闲区B．增加主存容量

C．缩短访问周期D。

加速地址转换

10．在固定分区管理中，每个分区的大小是（）·

A．相同的B．根据用户的要求而定

C．可以不同但预先固定D．可以不同但作业长度固定

11．采用分页存贮管理，使处理器执行指令速度（）·

A．提高B．降低c．有时提高有时降低D．不受影响

12．分页存贮管理中的页表是由（）建立·

A．操作员B．系统程序员

c．地址转换机构D．操作系统

13．某采用分页存储管理字长为32位的系统中，逻辑地址用24位表示，其中页号占12位，则主存的分块大小应该为（）字节，程序最大占用（）页．

A．12B．24C．212D．224

14．在一个请求分页管理中，一个程序的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1

5，并采用LRU算法。

设分配给该程序的存储块数M分别为3和4，在该访问中发生的缺页次数F和缺页率f是（）．

A．M_3，F=8，f_67％M=4，F=5，f_42％

B．M=3，F=10，f=83％M=4，F=8，f=67％

C．M-3，F--9，仁75％M=4，F=10，f=83％

D．M_3，F=7，f=58％M=4，F--6，f=50％

15．在请求分页系统中，LRU算法是指（）。

A．最早进入内存的页先淘汰B．近期最长时间以来没有被访问的页先淘汰

C．近期被访问次数最少的页先淘汰D．以后再也不用的页先淘汰

16．段页式管理中，地址映像表是（）．

A．每个作业或进程的一张段表，一张页表

B．每个作业或进程的每个段一张段表，一张页表

c．每个作业或进程一张段表，每个段一张页表

D．每个作业一张页表，每个段一张段表”

17．在提供虚拟存储的系统中，用户的逻辑地址空间主要受（）的限制．

A．内存空闲块的大小B．外存的大小

c．计算机编址范围D．页表的大小

18．段页式存储管理中，其虚拟地址空间是（）．

A．一维B．二维C．三维D．四维

14．段页式管理每取一数据，要访问（）次内存．

A．1B．2C．3D．4

19．当内存碎片容量大于某一作业所申请内存容量时，（）．

A．可以为这一作业分配内存B．不可以为这一作业分配内存

C．拼接后，可以为这一作业分配内存D．一定能够为这一作业分配内存

20．在虚拟存储系统中，若进程在内存中占3块（开始时为空），采用先进先出页面淘汰算

法，当执行访问页号序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5、6时，将产生

（）次缺页中断。

A．7B．8C．9D．10

三、思考题

1．存储管理的主要目的是什么?

阐述它主要研究的问题。

答：

存储管理的主要目的足方便用户使用和提高内存的利用率。

存储管理的主要任务包括：

内存的分配与回收、地址的映射、内存的共享与保护以及存储扩充等。

主要研究的问题：

如何存?

如何取?

当内存空间不够时．如何替换?

2．分页存储管理中页面的大小根据什么决定的?

页表的长度又是根据什么决定的?

答：

分页存储管理中页面大小与内存的分块大小一致。

由地址机构决定，页表的长度由作业的逻辑地址空间的大小决定。

若逻辑地址空间大小为N，页内地址为i位，则页面

大小K=2i，则页表长度为[N／K]（取整）。

3．固定分区存储管理和可变分区存储管理的区别是什么?

答：

固定分区存储管理是把主存中供用户使用的区域预先划分成若干个连续区域，每一个连续区称为一个分区，在系统运行过程中，分区的大小和个数都是固定的。

可变分区存储管理不是预先把主存中的用户区划成分区，而是在作业要求装入时，根据作业的需求情况和主存空间的使用情况来决定是否为该作业分配一个分区；系统初始时，用户区是一个分区，随着作业的不断装入运行，撤消，分区的个数和长度在不断变化。

4．典型的存储方案的地址映射和存储保护的流程图有哪几种?

答：

分区管理的地址转换与存储保护图如图A-2所示。

段页式管理的地址映射与存储保护图如图A-5所示

图A-5段页式管理的地址映射与存储保护图

5．可变分区管理方式中拼接技术的作用是什么?

答：

拼接技术可使分散的空闲区集中以利于新作业的装入；拼接技术也为作业执行过程扩充主存空间提供了方便。

6．为什么要引进分页管理方法?

在这种管理方法下硬件应提供哪些支持?

答：

分区管理要求对每一个作业都分配一组地址连续的内存空间，导致了作业大小受分区大小的限制；导致了内存碎片问题，使得内存利用率不高；不利于程序段和数据的共享。

分页管理取消了存储分配连续性要求，使得一个作业的地址空闯在内存中可以是若干个不一定连续的区域。

有效地解决了碎片问题，充分利用了内存空间，提高了内存利用率。

分页管理需要硬件地址变换机构的支持。

7．为什么要引进分段管理?

它与分页管理有什么区别?

答：

（1）段是信息的逻辑单位，而页是信息的物理单位，分段对用户是可见的，分页对用户是不可见的．段面向使用．页面向管理。

（2）页大小同定，南系统决定；段大小不同定，由用户决定。

（3）分页中逻辑地址分解为页号和页内位移由机器硬件决定；分段中逻辑地址定义成段号和段内位移由用户决定。

（4）分页中，页内位移没有地址越界问题；分段中．段内位移存在地址越界问题。

（5）分页的地址空间足一维的；分段的地址空间是二维的。

8．在虚存系统中，淘汰页面时为什么要回写?

答：

在虚存系统中，一个作业运行前，并不将全部实体整个装入内存，只装入主要部分，其他部分根据作业运行情况再逐步装入；对暂不执行的部分还要采用一定的淘汰算法，临时将部分页面“换出”，当页面被修改过时，为保证数据的一致性，需要回写。

9．工作集WS策略的主要思想是什么?

答：

所谓工作集WS足指进程在某个时间段里要访问的页的集合。

Denning于1970年提出来的按工作集分配存储空间的方法，即T作集模式，是顺应程序的局部性形态而制定的策略。

让系统跟踪每个作业的工作集，并按工作集预先分配内存，当确认了作业的工作集已在内存后，才让该作业运

四、应用题

1．在可变分区管理下，假定内存中按地址顺序，依次有5个空闲区，空闲区的大小分别为32K，10K，5K，228K，100K．现有5个作业J1，J2，J3，J4，J5．它们各需要内存1K，10K，108K，28K，115K．若采用FF算法，能将这5个作业按J1，J2，J3，J4，J5的顺序全部装入内存吗?

你认为按怎样的次序装入这5个作业可使内存利用率最高?

解：

按FF算法，空闲分区表情况如表A-3所示，作业J5没有装入内存。

表A-3分配后的空闲分区表（BF）

分区号

大小

1

31K

2

0K

3

5K

4

11OK

5

72K

BF算法要求空闲分区按大小递增的次序排列，在进行内存分配时，总是从空闲分区表首开始查找一个能满足其大小要求的最小空闲分区。

BF算法，空闲分区表情况如表A-4所示，5个作业J1。

J2，J3，J4，J5全部装入内存。

表A-4分配后的空闲分区表（BF）

分区号

大小

1

4K

2

0K

3

4K

4

100K

5

5K

WF算法要求空闲分区按大小递减的次序排列，在进行内存分配时，总是从空闲分区表首开始查找一个能满足其大小要求的最大空闲分区。

按WF算法，空闲分区表情况如表A-5所示，作业J5没有装入内存。

表A-5分配后的空闲分区表（wF）

分区号

大小

1

81K

2

100K

3

32K

4

1OK

5

5K

可见，BF最佳。

2．一个由4个页面（页号为0-3）、每页有1024个字节组成的程序，把它装入一个由8个物理块（块号为0-7）组成的存贮器中，装入情况如表3-4所示。

表3-4逻辑页号与物理块号对应表

逻辑页号

主存块号

0

3

1

5

2

6

3

2

给出下面的逻辑地址，请按页表计算出对应的绝对地址．

（1）0，100

（2）1，179（3）2，785（4）3，1000

解：

分页存储管理系统中，当进程要访问某个逻辑地址中的数据时，分页地址变换机构自动地将逻辑地址分为页号和页内偏移两部分，再以页号为索引去检索页表。

在检索之前．先将页号与页表长度进行比较，如果页号超过了页表长度，则表示本次所访问的地址已超越进程的地址空间，系统产生地址越界中断。

如果页访问合法，则由页表始址和页号计算

出相应页表项的位置，从中得到该页的物理块号，加上页内偏移地址即是绝对地址。

每页有IK字节，即物理块也有IK字节。

内存中有关物理块的起始地址分别为：

2块：

2K=2048（对应逻辑页号3）

3块：

3K=3072（对应逻辑页号0）

5块：

5K=5120（对应逻辑页号I）

6块：

6K=6144（对应逻辑页号2）

所以，逻辑地址为（0，100）对应的物理地址为：

3072+100=3172

逻辑地址为（1，179）对应的物理地址为：

5120+179=5299

逻辑地址为（2，785）对应的物理地址为：

6144+785=6929

逻辑地址为（3，1000）对应的物理地址为：

2048+1000=-3048

3．在分页管理中，如果一次访问内存的时间需1．2μs，那么访问一次页面要多少时间?

如果增加8个快表，且查询快表的命中率为75％，那么等效存储访问时间为多少?

（假定在快表中查找一个页表项的时间为O）

解：

若页表存放在内存中，则要实现一次页面访问需两次访问内存，一次是访问页表，确定所存取页面的物理地址，第二次才根据该地址存取页面数据。

由于页表放在内存，因此CPU必须两次访问内存才能获得所需数据，又假定了在快表中查找一个页表项的时间为0，所以实现一次页面访问的存取时间是：

1.2×2=2.4（微秒）

在系统增加了快表后，在快表中找到页表项的概率为75％，所以实现一次页面访问的存取时间为：

0.75×1.2+（1-0.75）x2x1.2=1.5（微秒）

4．某系统采用分段存贮管理，一作业由5段组成．给出如下表所示的段表．

段号与基地址对应表

段号

基地址

长度

O

129

600

l

2300

78

2

90

100

3

1327

580

4

1952

96

给出下面逻辑地址，根据上面的段表计算出对应的绝对地址．

（1）0，43

（2）1，10（3）2，90（4）3，400（5）4，60

解：

在分段存储管理系统中，为了实现从逻辑地址到物理地址的转换，系统将逻辑地址中的段号与段表长度进行比较，若段号超过了段表长度，则表示段号太大，于是产生越界中断信号；若未越界。

则根据段表基址和段号计算出该段对应段表项的位置，从中读出该段在内存的起始地址，然后．再检查段内地址是否超过该段的段长。

若超过，则同样发出越界中断信号；若未越界，则将该段的起始地址与段内偏移地址相加，从而得到了要访问的物理地址。

①（0，43）：

129+43=172

②（1，10）：

2300+10=2310

③（2，90）：

90+90=-180

④（3，400）：

1327+400=1727

⑤（4，60）：

1952+60=2012

5．某程序大小为460个字．考虑如下访问序列：

10，11，104，170，73，309，189，245，246，434，458，364

页面大小为100个字，分配给程序的内存块（驻留集）大小为2个页面．要求：

（1）给出访问串．

（2）分别求出采用FIFO、LRU、LFU及NUR替换算法的缺页中断次数．

解：

因程序大小为460个字，访问序列为：

10，1l，104，170，73，309，189，245，246，434，458，364

且页面大小为100个字，分配给程序的内存块（驻留集）大小为2个页面，则

（1）访问串：

0，0，l，1，O，3，1，2，2，4，4，3

（2）FIFO、LRU、LFU及NUR替换算法的缺页次数分别为：

6，7，6，7

6．假设有如下的访问串：

6，9，2，1，O，3，5，4，3，2，l，O，2，l

取WS控制参数为4，试给出用WS算法控制该访问串驻留集的变化情况．

解：

虚拟页式存储管理中，为解决抖动问题，可采用工作集模型以决定分给进程的物理块数，已经知道，有如下页面访问序列：

……6921O354321021……

△t1△t2

窗口尺寸△=4，一个进程在时间t的工作集可形式化地定义为：

w（t，h）={在时间t-h到t之间历访问的一串页面}

其中，h为工作集窗口尺寸。

由题目所给条件可知：

t1时刻的工作集为{0，1，2，3}

t2时刻的工作集为{0，1，2}

7.考虑一个有760个字节程序的如下存贮器引用：

12，90，351，190，180，475，30，550，635，650，227，430，640，710，745，10，15，650，740，249

（1）假定主存贮器中每块为100个字节，对于以上存贮器的引用序列，给出其页面走向．

（2）假定主存贮器中每块为100个字节，有3块可供该程序使用，采用页式虚拟存储管理方式，程序开始执行时已程序的前三页装入主存，试分别给出采用先进先出页面置换算法和最近最少用页面置换法时产生缺页中断的次数（设FIFO时先顺序置换O，1，2页，LRU时先置换O页）。

解：

（1）因为主存贮器中每块为100个字节，因此逻辑上每页也为100个字节，对于给定的存贮器引用地址，除以100后取整，即是该地址所在页面号，因此，页面走向为：

0，0，3，1，1，4，0，5，6，6，2，4，6，7，7，0，0，6，7，2

（2）因为执行前已将前面三页装入主存即：

0，1，2页在主存，故对于FIFO置换算法，如图所示，共产生11次缺页中断。

页面存取顺序：

（FIFO）

2

1

0

2

1

0

3

2

1

3

2

1

3

2

1

4

3

2

0

4

3

5

0

4

6

5

0

66

5

0

.....

页面存取顺序：

（续上图）

2

5

6

4

2

6

4

2

6

4

7

2

4

7

2

0

7

4

0

7

4

6

0

7

6

0

22

6

0

......

对于LRU置换算法如下图，共10次缺页中断。

页面存取顺序：

（LRU）

2

1

0

2

1

0

3

2

1

3

2

1

3

2

1

4

3

1

0

4

1

5

0

4

6

5

0

66

5

0

.....

页面存取顺序：

（续上图）

2

6

5

4

2

6

4

2

6

7

4

6

7

4

6

0

7

6

0

7

6

0

7

6

0

7

6

22

7

6

.....

8·计算机系统的主存容量为128K，对存贮器采用可变分区的存储管理方式，现已有3个作业（J1、J2、J3）在主存，其存贮器的分配情况如图3-30所示．

图3-30内存分配图

（1）现有一个需要25K存贮空间的作业J4请求装入主存，若采用首次适应分配算法来给J4分配空间，请给出装入J4后的主存分配表．（即主存占用表和主存空闲表）

（2）若采用最佳适应算法来给J4分配存储空间，请给出装入J4后的主存分配表．

（3）在只有J1、J2、J3三个作业的情况下，J2运行结束撤离后，请给出J2撤离后的主存分配表．

解：

（1）当采用最先适应算法将J4装入后，主存分配情况如图A-8所示。

起址

长度

状态

20K

20K

0

75K

15K

0

100K

28K

O

主存占用表和主存空闲表如表A-6和表A-7所示：

起址

长度

作业

O

5K

系统

5K

15K

Jl

40K

10K

J2

50K

25K

J3。

90K

10K

J4

A-6A-7

（2）当采用最优适应算法将J4装入后，主存分配情况如图A-9所示。

主存占用表和主存空闲表如表A-8和表A-9所示。

起址

长度

作业

0

5K

系统

5K

15K

Jl

40K

10K

J2

90K

10K

J3

100K

25K

J4

起址

长度

状态

20K

20K

0

50K

40K

0

125K

3K

0

A-8A-9

（3）J2撤离后，主存分配情况如图A-10所示。

主存占用表和主存空闲表如表A—10和表A-11所示。

起址

长度

作业

O

5K

系统

5K

15K

J1

90K

10K

J3

起址

长度

状态

20K

70K

0

100K

28K

0

A-10A-11

9·假定某采用分页存储管理的系统中，主存容量为1M，被分成256块，块号为O，l，2，3……，

255．某作业