操作系统5

第四章存储管理4.1、虚拟储存的定义及其特征虚拟储存的定义：虚拟存储器是通过操作系统的管理，将物理上分开的二级存储器——内存和辅存变成面向用户的逻辑上统一编址的编程空间，这个编程空间就是虚存。

引入虚存的目的是为了使一个（或多个之和）比整个内存空间还要大的程序也能在这样的机器上运行。

特征1离散性：指在内存分配时采用离散的分配方式，它是虚拟存储器的最基本的特征。

2多次性：指一个作业被分成多次调入内存运行，即在作业运行时没有必要将其全部装入，只须将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可。

3对换性：指允许在作业的运行过程中在内存和外存的对换区之间换进、换出。

4虚拟性：指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。

它是虚拟存储器最重要的特征。

4.2、4.6win2k3的高速缓存系统有哪些特点？2311、单一集中式系统高速缓存2、与内存管理结合3、高速缓存的一致性4、虚拟块缓存5、基于流的缓存6、可恢复文件系统支持1.地址空间与存储空间的概念地址空间：源程序经过编译后得到的目标程序存在于它所限定的地址范围内，这个范围就是地址空间。

逻辑地址的结合存储空间：指主存中一系列存储信息的物理单元的集合是物理地址的集合2连续分配存储管理的原理与优缺点为一个进程分配一个连续的存储空间在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。

应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。

其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。

CP／M和DOS 2．0以下就是采用此种方式。

这种方式的最大优点就是易于管理。

但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。

⏹同上优缺点：⏹优点：实现简单，不需要复杂的软、硬件支持。

⏹缺点：存在内碎片问题。

资源利用率低，由于存储资源利用率低而造成其他资源利用率低（如CPU、外设等），特别是不允许多个进程并发运行，这是不容忽视的缺点。

CP/M和DOS2．0以下的版本就是采用此种方式。

3内碎片、外碎片、内存紧缩的概念碎片一般可分为内碎片和外碎片。

前者是指分区内不可利用的内存空间，后者是指分区之间难以利用的小空闲分区。

内碎片和外碎片都可以降低内存的利用率，但外碎片对系统的危害更大内存紧缩：当系统无法为用户分配一个连续可用空间时，或用户要求对内存进行紧缩时，对内存的零碎的空闲块进行处理，合并为一个较大的空闲区域。

4固定分区与动态分区的特点固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大小的连续分区。

分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。

分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。

根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。

这种技术的优点在于，易于实现，开销小。

缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。

与固定分区相比较其优点是：没有内碎片。

但它却引入了另一种碎片——外碎片。

动态分区的分区分配就是寻找某个空闲分区，其大小需大于或等于程序的要求。

若是大于要求，则将该分区分割成两个分区，其中一个分区为要求的大小并标记为“占用”，而另一个分区为余下部分并标记为“空闲”。

分区分配的先后次序通常是从内存低端到高端。

动态分区的分区释放过程中有一个要注意的问题是，将相邻的空闲分区合并成一个大的空闲分区5分区分配有哪些常用算法？各有什么特点？首先适配法(nrst-fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到符合要求的第一个分区进行分配。

该算法的分配和释放的时间性能较好，较大的空闲分区可以被保留在内存高端。

但随着低端分区不断划分会产生较多小分区，每次分配时查找时间开销便会增大。

下次适配法(next-fit)：按分区在内存的先后次序，从上次分配的分区起查找(到最后{区时再从头开始}，找到符合要求的第一个分区进行分配。

该算法的分配和释放的时间性能较好，使空闲分区分布得更均匀，但较大空闲分区不易保留。

最佳适配法(best-fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到其大小与要求相差最小的空闲分区进行分配。

从个别来看，外碎片较小；但从整体来看，会形成较多外碎片优点是较大的空闲分区可以被保留。

最坏适配法(worst- fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到最大的空闲分区进行分配。

基本不留下小空闲分区，不易形成外碎片。

但由于较大的空闲分区不被保留，当对内存需求较大的进程需要运行时，其要求不易被满足。

6覆盖与交换技术特点第一种答案：两种答案自选引入覆盖(overlay)技术的目标是在较小的可用内存中运行较大的程序。

这种技术常用于多道程序系统之中，与分区式存储管理配合使用。

覆盖技术的原理很简单，一个程序的几个代码段或数据段，按照时间先后来占用公共的内存空间。

将程序必要部分(常用功能)的代码和数据常驻内存；可选部分(不常用功能)平时存放在外存(覆盖文件)中，在需要时才装入内存。

不存在调用关系的模块不必同时装入到内存，从而可以相互覆盖。

覆盖技术的缺点是编程时必须划分程序模块和确定程序模块之间的覆盖关系，增加编程复杂度；从外存装入覆盖文件，以时间延长换取空间节省。

覆盖的实现方式有两种：以函数库方式实现或操作系统支持。

交换(swapping)技术在多个程序并发执行时，可以将暂时不能执行的程序送到外存中，从而获得空闲内存空间来装入新程序，或读人保存在外存中而处于就绪状态的程序。

交换单位为整个进程的地址空间。

交换技术常用于多道程序系统或小型分时系统中，与分区式存储管理配合使用又称作“对换”或“滚进／滚出”(roll-in／roll-out)。

其优点之一是增加并发运行的程序数目，并给用户提供适当的响应时间；与覆盖技术相比交换技术另一个显著的优点是不影响程序结构。

交换技术本身也存在着不足，例如：对换人和换出的控制增加处理器开销；程序整个地址空间都进行对换，没有考虑执行过程中地址访问的统计特性。

第二种：将程序划分为若干个功能上相对独立的程序段，按照程序的逻辑结构让那些不会同时执行的程序段共享同一块内存区的内存扩充技术就是覆盖。

交换是指先将内存某部分的程序或数据写入外存交换区，再从外存交换区中调入指定的程序或数据到内存中来，并让其执行的一种内存扩充技术。

与覆盖技术相比，交换不要求程序员给出程序段之间的覆盖结构，而且，交换主要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的程序段。

第三种：参考答案：所谓覆盖技术，就是使一个程序的若干个数据段或程序段按照时间先后占用内存空间的某一部分。

交换技术（swapping）是另外一种扩展内存空间的技术。

当多个程序并发执行时，将暂时不需要的程序送到外存中，剩余空间用来装载新的需要即将投入运行的程序。

7简述页式与段式存储管理的基本原理、优缺点，二者有哪些区别？(1)页式存储管理1)基本原理。

将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页(page)，而物理内存划分为同样大小的页框(pageframe)。

程序加载时，可将任意一页放人内存中任意一个页框，这些页框不必连续，从而实现了离散分配。

该方法需要CPU的硬件支持，来实现逻辑地址和物理地址之间的映射。

在页式存储管理方式中地址结构由两部构成，前一部分是页号，后一部分为页内地址，如图4-2所示。

这种管理方式的优点是，没有外碎片，每个内碎片不超过页大比前面所讨论的几种管理方式的最大进步是，一个程序不必连续存放。

这样就便于改变程序占用空间的大小(主要指随着程序运行，动态生成的数据增多，所要求的地址空间相应增长)。

缺点是仍旧要求程序全部装入内存，没有足够的内存，程序就不能执行。

(2)段式存储管理1)基本原理。

在段式存储管理中，将程序的地址空间划分为若干个段(segment)，这样每个进程有一个二维的地址空间。

在前面所介绍的动态分区分配方式中，系统为整个进程分配一个连续的内存空间。

而在段式存储管理系统中，则为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可以不连续地存放在内存的不同分区中。

程序加载时，操作系统为所有段分配其所需内存，这些段不必连续，物理内存的管理采用动态分区的管理方法。

在为某个段分配物理内存时，可以采用首先适配法、下次适配法、最佳适配法等方法。

在回收某个段所占用的空间时，要注意将收回的空间与其相邻的空间合并。

段式存储管理也需要硬件支持，实现逻辑地址到物理地址的映射。

程序通过分段划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。

这样做的优点是：可以分别编写和编译源程序的一个文件，并且可以针对不同类型的段采取不同的保护，也可以按段为单位来进行共享。

总的来说，段式存储管理的优点是：没有内碎片，外碎片可以通过内存紧缩来消除；便于实现内存共享。

缺点与页式存储管理的缺点相同，进程必须全部装入内存。

页式和段式系统的区别页式和段式系统有许多相似之处。

比如，两者都采用离散分配方式，且都通过地址映射机构来实现地址变换。

但概念上两者也有很多区别，主要表现在：·页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，以减少内存的外零头，提高内存的利用率。

或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。

段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。

分段的目的是为了更好地满足用户的需要。

·页的大小固定且由系统决定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的。

段的长度不固定，且决定于用户所编写的程序，通常由编译系统在对源程序进行编译时根据信息的性质来划分。

·页式系统地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，程序员只需利用一个标识符，即可表示一个地址。

分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。

8局部性原理的含义第一种答案：局部性原理是指在几乎所有程序的执行过程中，在一段时间内，CPU总是集中地访问程序中的某—个部分而不是对程序的所有部分具有平均的访问概率。

第二种局部性原理指程序在执行过程中的一个较短时期，所执行的指令地址和指令操作数的地址，分别局限于一定区域内。

它可以表现为：时间局部性，即一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问，都集中在一个较短时期内；空间局部性，即当前指令和邻近的几条指令，当前访问的数据和邻近的数据，都集中在一个较小区域内9虚拟存储器的基本原理、好处、特征、置换算法基于局部性原理，在程序装入时，不必将其全部读人到内存，而只需将当前需要执行的部分页或段读人内存，就可让程序开始执行。