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1、1 基本概念和术语逻辑地址、物理地址、逻辑地址空间、内存空间、重定位、静态重定位、动态重定位、碎片、碎片紧缩、虚拟存储器、快表、页面抖动用户程序经编译之后的每个目标模块都以0为基地址顺序编址，这种地址称为相对地址或逻辑地址。内存中各物理存储单元的地址是从统一的基地址开始顺序编址的，这种地址称为绝对地址或物理地址。由程序中逻辑地址组成的地址范围叫做逻辑地址空间，或简称为地址空间。由内存中一系列存储单元所限定的地址范围称作内存空间，也称物理空间或绝对空间。程序和数据装入内存时，需对目标程序中的地址进行修改。这种把逻辑地址转变为内存物理地址的过程称作重定位。静态重定位是在目标程序装入内存时，由装入程
2、序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址都改成实际的内存地址。动态重定位是在程序执行期间，每次访问内存之前进行重定位。这种变换是靠硬件地址转换机构实现的。内存中这种容量太小、无法被利用的小分区称作“碎片”或“零头”。为解决碎片问题，移动某些已分配区的内容，使所有进程的分区紧挨在一起，而把空闲区留在另一端。这种技术称为紧缩（或叫拼凑）。虚拟存储器是用户能作为可编址内存对待的虚拟存储空间，它使用户逻辑存储器与物理存储器分离，是操作系统给用户提供的一个比真实内存空间大得多的地址空间。为了解决在内存中放置页表带来存取速度下降的矛盾，可以使用专用的、高速小容量的联想存储器，也称作快表
3、。若采用的置换算法不合适，可能出现这样的现象：刚被换出的页，很快又被访问，为把它调入而换出另一页，之后又访问刚被换出的页，如此频繁地更换页面，以致系统的大部分时间花费在页面的调度和传输上。此时，系统好像很忙，但实际效率却很低。这种现象称为“抖动”。2 基本原理和技术 （1） 存储器一般分为哪些层次？各有何特性？存储器一般分为寄存器、高速缓存、内存、磁盘和磁带。CPU内部寄存器，其速度与CPU一样快，但它的成本高，容量小。高速缓存（Cache），它们大多由硬件控制。Cache的速度很快，它们放在CPU内部或非常靠近CPU的地方。但Cache的成本很高，容量较小。内存（或称主存），它是存储器系统的
4、主力，也称作RAM（随机存取存储器）。CPU可以直接存取内存及寄存器和Cache中的信息。然而，内存中存放的信息是易变的，当机器电源被关闭后，内存中的信息就全部丢失了。磁盘（即硬盘），称做辅助存储器（简称辅存或外存），它是对内存的扩展，但是CPU不能直接存取磁盘上的数据。磁盘上可以永久保留数据，而且容量特别大。磁盘上数据的存取速度低于内存存取速度。磁带保存的数据更持久，容量更大，但它的存取速度很慢，而且不适宜进行随机存取。所以，磁带设备一般不能用做辅存。它的主要用途是作为文件系统的后备，存放不常用的信息或用做系统间传送信息的介质。 （2） 装入程序的功能是什么？常用的装入方式有哪几种？装入程序
5、的功能是根据内存的使用情况和分配策略，将装入模块放入分配到的内存区中。程序装入内存的方式有三种，分别是绝对装入方式、可重定位装入方式和动态运行时装入方式。 （3） 对程序进行重定位的方式分为哪两种？简述各自的实现方式。对程序进行重定位的方式分为静态重定位和动态重定位。静态重定位是在目标程序装入内存时，由装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址都改成实际的内存地址。对每个程序来说，这种地址变换只是在装入时一次完成，在程序运行期间不再进行重定位。动态重定位是在程序执行期间，每次访问内存之前进行重定位。这种变换是靠硬件地址转换机构实现的。通常，采用一个重定位寄存器，其中放有
6、当前正在执行的程序在内存空间中的起始地址，而地址空间中的代码在装入过程中不发生变化。 （4） 对换技术如何解决内存不足的问题？在多道程序环境中可以采用对换技术。此时，内存中保留多个进程。当内存空间不足以容纳要求进入内存的进程时，系统就把内存中暂时不能运行的进程（包括程序和数据）换出到外存上，腾出内存空间，把具备运行条件的进程从外存换到内存中。 （5） 解释固定分区法和动态分区法的基本原理。固定分区法内存中分区的个数固定不变，各个分区的大小也固定不变，但不同分区的大小可以不同。每个分区只可装入一道作业。动态分区法各个分区是在相应作业要进入内存时才建立的，使其大小恰好适应作业的大小。 （6） 动态
7、重定位分区管理方式中如何实现虚-实地址映射？进程装入内存时，是将该其程序和数据原封不动地装入到内存中。当调度该进程在CPU上执行时，操作系统就自动将该进程在内存的起始地址装入基址寄存器，将进程的大小装入限长寄存器。当执行指令时，如果地址合法，则将相对地址与基址寄存器中的地址相加，所得结果就是真正访问内存的地址；如果地址越界，则发出相应中断，进行处理。 （7） 分页存储管理的基本方法是什么？ 分页存储管理的基本方法是：逻辑空间分页，内存空间分块，块与页的大小相等。页连续而块离散，用页号查页表，由硬件作转换。 （8） 在分页系统中页面大小由谁决定？页表的作用是什么？如何将逻辑地址转换成物理地址？在
8、分页系统中页面大小由硬件决定。页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。 逻辑地址转换成物理地址的过程是：用页号p去检索页表，从页表中得到该页的物理块号f，把它装入物理地址寄存器中。同时，将页内地址d直接送入物理地址寄存器的块内地址字段中。这样，物理地址寄存器中的内容就是由二者拼接成的实际访问内存的地址，从而完成了从逻辑地址到物理地址的转换。 （9） 虚拟存储器有哪些基本特征？虚拟存储器的基本特征是：虚拟扩充不是物理上，而是逻辑上扩充了内存容量；部分装入每个进程不是全部一次性地装入内存，而是只装入一部分；离散分配不必占用连续的内存空间，而是“见缝插针”；多次对换所需的全部程序和数据要分成多次
9、调入内存。 （10） 页面抖动与什么有关？好的页面置换算法能够适当降低页面更换频率，减少缺页率，尽量避免系统“抖动”。此外，一般来说，随着可用内存块数的增加，缺页数也将减少。3 思考题 （1） 为了提高内存的利用率，在可重定位分区分配方式中可通过什么技术来减少内存碎片？ 在可重定位分区分配方式中采用紧缩技术来减少内存碎片。 （2） 请求分页技术与简单分页技术之间的根本区别是什么？请求分页技术与简单分页技术之间的根本区别是：请求分页提供虚拟存储器，而简单分页系统并未提供虚拟存储器。 （3） 某虚拟存储器的用户编程空间共32个页面，每页为1KB，内存为16KB。假定某时刻一用户页表中已调入内存的页
10、面的页号和物理块号的对照表如下：页号物理块号051102437计算逻辑地址0A5C(H)所对应的物理地址。解：页式存储管理的逻辑地址分为两部分：页号和页内地址。由已知条件“用户编程空间共32个页面”，可知页号部分占5位；由“每页为1KB”，1K=210，可知内页地址占10位。由“内存为16KB”，可知有16块，块号为4位。逻辑地址0A5C（H）所对应的二进制表示形式是：000 1010 0101 1100 ，根据上面的分析，下划线部分为页内地址，编码“000 10”为页号，表示该逻辑地址对应的页号为2。查页表，得到物理块号是4（十进制），即物理块地址为：01 00 ，拼接块内地址10 0101
11、 1100，得01 0010 0101 1100，即125C（H）。 （4） 考虑下述页面走向： 1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6当内存块数量分别为3，5时，试问LRU、FIFO、OPT这三种置换算法的缺页次数各是多少？（注意，所有内存块最初都是空的，所以，凡第一次用到的页面都产生一次缺页。）内存块数淘 汰 算 法LRUFIFOOPT315161158107 （5） 考虑下面存储访问序列，该程序大小为460字： 10，11，104，170，73，309，185，245，246，434，458，364设页面大小是100字，请给出该访问序列的页面走向。
12、又设该程序基本可用内存是200字，采用FIFO置换算法，求出其缺页率。如果采用LRU置换算法，缺页率是多少？如果采用最优淘汰算法，其缺页率又是多少？（注：缺页率缺页次数/访问页面总数）解：根据已知条件页面大小是100字，将页面访问序列简化为：0，0，1，1，0，3，1，2，2，4，4，3又因为该程序基本可用内存是200字，可知内存块数为2。采用先进先出置换算法（FIFO），总共有6次缺页，缺页率为6/12=50%，具体算法如下：页面走向001103122443块1003344块211223缺页缺缺缺缺缺缺采用最近最少使用置换算法（LRU），总共有6次缺页，缺页率为6/12=50%，具体算法如下：页面走向001103122443块10001144块2133223缺页缺缺缺缺缺缺缺采用最佳置换算法（OPT），总共有5次缺页，缺页率为5/12=41.6%，具体算法如下：页面走向001103122443块100333块21124缺页缺缺缺缺缺
