操作系统考研复习 第三章内存管理

第三章存储器管理1 源程序变为内存中可执行的程序需要经过哪些步骤？这些步骤分别有哪几种方式？A编译：源代码编译成目标模块.objB链接：与库函数链接在一起，形成装入模块（静态链接、装入内存时动态链接、运行时动态链接）C装入：装入内存运行。

有绝对装入（绝对地址）、可重定位装入（静态重定位；装入时地址重定位）、动态运行时装入（动态重定位；运行时地址重定位，需要重定位寄存器支持）；2 什么叫重定位？动态重定位特点是什么？（重定位的好处）在存储器管理中什么是重定位？为什么要引进重定位技术？2014当装入程序将可执行代码装入内存时，把逻辑地址转换成物理地址的过程，叫重定位。

（一般没特殊说明，指的就是动态重定位）1将程序分配到不连续的存储器中；2只需投入部分代码即可运行；3运行期间，根据代码需求动态申请内存；4便于程序段的共享，可用向用户提供一个比存储空间大很多大地址空间。

3内存是如何进行保护的？（访问内存的地址是如何识别正确性的？）（内存保护是为了确保操作系统的地址区不受用户进程的影响）使用重定位寄存器（含最小物理地址）和界地址寄存器（逻辑地址）来保护的。

首先将逻辑地址与界地址比较，小于则与重定位地址相加映射成物理地址；大于则出现越界中断。

4什么是覆盖技术、交换技术？覆盖：把用户空间分成一个固定区和若干的覆盖区，经常活跃的放在固定区，其他按需要调入覆盖区。

覆盖优缺点：打破了将进程全部信息装入内存才能运行的限制；当同时运行的程序代码量大于内存仍不能运行、并且用户需给出覆盖区的结构交换：即中级调度的进程的换入和换出。

（现在已经不使用覆盖技术，现在是通过虚拟存储技术来解决的）1内存分配管理有哪些方式？根据作业是否在同一分区划为连续分配和非连续分配。

A连续分配：1单一连续分配、2固定分区、3动态分区。

B非连续分配：1分页、2分段、3段页式（每个又根据是否使用虚拟内存技术分为基本和请求）2简述连续分配管理的方式有哪些？优缺点有什么？A单一连续分配：分为系统区和用户区。

无需内存保护。

优缺点：有内部碎片，内存利用率低，且只适用于单任务单用户的OS中。

B固定分区分配：将内存空间划分为固定大小区域，每个区域只装入一道作业。

缺点：程序太大放不进去、主存利用率低、产生内部碎片。

C动态分区分配：根据进程大小动态建立分区，使分区大小正好适应进程需要。

缺点：刚开始的时候是比较好的，后面会导致外部碎片的产生。

3什么是内部碎片？外部碎片、通过什么技术来解决？内部碎片：程序小于固定分区大小，导致分区内部空间有剩余。

外部碎片：在分区外部产生难以使用的碎片。

外部碎片通过“紧凑”技术来解决。

4动态分区分配的空闲分区的分配策略有哪些？优缺点是什么？首次适应算法First Fit：空闲分区按地址顺序次序链接起来，每次都分配第一个；最佳适应算法Best Fit：空闲分区按从小到大链接起来，每次分配最能适应程序大小的那一个；最坏适应算法Worst Fit：空闲分区按从大到小顺序链接起来，每次分配最大的空间；循环首次适应算法Next Fit：首次适应算法；只不过下一次寻找是从上一次结束位置开始。

First Fit：最简单，且效果最好、最快的。

缺点是内存低址部分出现很多小的分区，且每次查找都要经过这些分区。

Best Fit：实际上比较差，因为每次分配都留下难以利用的内存块，产生最多的碎片。

Worst Fit：导致很快没有可用的大的内存块。

Next Fit：它试图解决首次适应算法的问题，但实际上会导致在内存末尾分配空间。

比首次还差。

1 连续分配的固定分区分配与非连续的分页管理有什么不同？分页在形式上看与固定分区一样，但实际上不一样；分页的大小比固定分区小很多，且分页是按进程分页，内存分块（页框），进程按块为单位申请空间，所以只会在最后一块中产生页内碎片，所以不会产生外部碎片。

这会使一个作业的进程可能被分到了不同的块中。

2什么是页表？分页存储管理系统中，页表的主要作用是什么？现代大多数计算机系统都支持非常大的逻辑地址空间，这给页表设计带来什么问题？（页表太大）2014页表是为了便于在内存中找到进程中每个页面对应的物理块号，系统为每一个进程建立一张页表，记录在内存中物理块号，页表也一般放在内存中。

3分页管理方式存在哪两种主要的问题？每次访问内存需要逻辑地址转化到物理地址，所以转化速度必须快；【快表】每个进程引入页表机制，页表不能太大，否则内存利用率低【多级分页和请求分页】（见下）4页表太大会带来什么问题？解决方法有哪些？难以在内存中找到一块连续的地址，放下这么大的页表。

即便是找到，也会占用内存很大的空间，内存的空间利用率下降。

1采用离散分配方式解决难以找到一块连续的大内存空间；【多级页表】2只需将当前需要的部分页表项调入内存，其余页表项驻留在外存上。

【请求分页】5 页表是什么组成的？分页的地址结构？整张页表，是由一个个页表项组成。

每一个页表项由页号和所对应的块号组成。

分页的地址结构由“页号”+“页内偏移量”组成。

例如地址长度32位（页号31~12，页内偏移11~0）则1“页号”就是整张页表中页表项的偏移量。

（现在页号20位，即能支持的页表项个数为220个。

最大页表项所对应的页号是220-1。

2如果把一页里面放满页表编号（不是页号，页号是一页里面的页表项的偏移量），即该一页中的页号中的一位对应一张页表，就是能支持最大页数。

（地址空间所允许的最大页数为220页）3“页内偏移量”就是一页的大小。

（现在页内偏移量为12位，即212B=4KB。

即现在一页的大小为4KB）6慢表的地址变换过程？（整个过程由硬件自动完成）整个过程就是把逻辑地址的页号替换成物理块号，就变为了物理地址。

（假设页面大小L=1KB，页号2对应物理块8，计算逻辑地址2500的物理地址？）1系统常设“页表寄存器”，存放该页表的内存开始地址F和页表长度M。

（平时放在PCB中，要用时才调入寄存器）（先找到该页表，页表长度为1024B）2根据逻辑地址计算页号P和页内偏移量W ->比较页号P与页表长度M（页号是页表的里面一个页表项的偏移量与页表长度，即总的页表项相比较）->（页号p=逻辑地址/页面大小；页内偏移量W=逻辑地址%页面大小）（现在页号p= 2500/1024B=2；页内偏移量W=2500%1024B=452）3 P<M 在快表中根据页号P查找块号B；大于则产生越界中断；->（2<1024，继续找到2对应8）4 最后形成物理地址（注意：块号在高位上，快内偏移在低位上，不能直接相加，需要把块号*快内偏移最大量+快内偏移）（物理地址=8*1024+452=8644）7什么是快表？有快表和只有慢表访存到次数是多少？页式管理中为什么要设置页表和快表？（加快地址重定位速度，从而加快了存取速度）2011 快表：在高速缓冲器Cache中增设当前访问的若干表项，它是内存中页表（慢表）的一个很小的副本。

只有慢表需访问两次：一次访问内存的页表，转化成物理地址后，再一次访问内存。

（命中的）快表访问一次内存：虽然是一次Cache一次内存，但访问内存只有1次。

8快表地址变换过程？快表计算有些是慢表快表同时查找、有些是先找快表（一般不用同时查找）；1快表找到则直接可以形成物理地址。

2快表找不到，则找到慢表中的表项时，同时更新快表。

然后再次从头访问。

如果是请求分页，还可能出现该页（不是页表项）不在内存的情况，需要缺页中断处理，调入该页、并且修改页表。

最后一定要记住分页快表中拿到的是地址，还需要再次访问内存拿到数据。

例：现在记快表访问时间为A，缺页中断处理时间为B，访问内存时间为C 则能命中快表的总的访问时间：A+C（访问A拿到地址，再访问C拿数据）不能命中快表的总的访问时间：A+C+C（访问A失败，访问C拿到地址，再访问C拿数据）不能命中快表且内存中没有该页框：A+C+B+A+C（访问A失败，访问C失败，中断处理B，然后再访问A拿到地址，再访问C拿到数据）9两级分页的地址转换过程？先找顶级页表（只有一张），然后找到对应的页表项，取到二级页表的块号；根据该块号找二级页表，然后找到对应的页表项，取到对应的块号；最后块号与页内偏移形成最终的物理地址。

10 两级分页的地址结构？“顶级页表”+“二级页表”+“页内偏移量”（假设32位地址，31~22顶级页表，21~12二级页表，11~0页内偏移量）1二级分页就是把顶级页表的一页来装二级分页的页表编号，所以顶级页表的一位对应二级分页的一张页表。

2二级页表总的页表项数=顶级页表数目*每一个顶级页表对应的二级页表数目（210*210=220项，就是两个位数相加）3分页：一页大小为aKB，一个页表项大小为bKB，则一页可放a/b个页表项；进程大小为cKB，则该进程可以分为c/a页作为二级页表；固二级页表项有c/a个项，将其分页，可以分为(c/a)/(a/b)=cb/a2页；这些页对应出来的就是就是顶级页表的页表项数cb/a2项。

4 32位系统分页（32位，即232B=4GB，假设一页4KB，页表项大小为4B）则一页可容纳4KB/4B=210个页表项；这些地址空间可以分为4GB/4KB=220个页面，这些页面对应页表项也有这么多，固向上分页可以分出220/210=210个页面，这些页面对应的页表项刚好塞进一页，固只需要二级分页即可。

5 64位系统分页（64位，即264B，假设一页4KB，页表项大小为8B，偏移字段12位）则一页可容纳4KB/8B=29个页表项，即每一次分页占9位；这些地址空间64位=12+（9+9+9+9+9+7），即需要6级分页。

（实际上没有使用全部64位寻址，只用了45位，分了4级页表出来）1基本分页和基本分段异同？分页时从计算机角度考虑的，提高计算机内存利用率，且是通过硬件实现的，对用户完全透明；分段则是从程序员角度考虑的，以满足方便编程、信息保护、信息共享、动态增长、动态链接等多方面需要。

页的大小固定，由机器硬件实现地址重定位；段的大小不固定，由编译程序决定。

分页的作业地址空间是一维的；分段则是二维的，程序员标识一个地址既要给出段名，也要给出段内地址。

2 页表、段表、段页式的页表、段表每一项由什么组成？页表、段表、段页式地址结构由什么组成？A页表项由“页号”、“块号(就是首地址)”段表项由“段号”、“段首地址”、“段长”（因为每一段长度不同）段页式的段表“段号”、“页表首地址”、“段长”段页式的页表（同上页表）B页表地址由“页号”+“页内偏移量”段表地址由“段号”+“段内偏移量（以所有段中的最大段长来设计）”段页式由“段号”+“页号”+“页内偏移量”2什么叫纯代码？或者叫可重入代码？有什么作用？不能进行修改的代码叫纯代码，可重入代码。