大工20秋《操作系统》辅导资料十一

奥鹏作业答案

操作系统辅导资料十一主 题：第九章的辅导资料
学习时间：2020年12月7日--12月13日 “不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
实现我们确立的奋斗目标，我们既要有“乱云飞渡仍从容”的战略定力，又要有“不到长城非好汉”的进取精神。全党全国各族人民更加紧密地团结起来，勿忘昨天的苦难辉煌，无愧今天的使命担当，不负明天的伟大梦想，下定决心，排除万难，在中国特色社会主义伟大道路上，为实现中华民族伟大复兴的中国梦，前进！
摘选自《在纪念毛泽东同志诞辰一百二十周年座谈会上的讲话》内 容：第九章  
这周我们将学习课件第九章（虚拟存储管理）。本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下：
        1. 掌握虚拟存储管理
重点掌握内容：
1．重点：虚拟存储技术，页面置换算法。
2．难点：页面置换算法。段页式存储管理
课前问题
1.段页式存储管理的基本思想？
2.段页系统的逻辑地址结构是什么？
3.段页系统的地址变换机构是什么？
4.段页式存储管理方式的优点？1.段页式存储管理的基本思想？
在为程序分配内存空间时，首先运用分段存储管理的思想，根据程序自身的逻辑结构，把程序的逻辑地址空间划分为若干个段，每个段有各自的段号；
再运用分页存储管理的思想，将每个分段按照一定的大小划分为不同的页，每个页通过页号进行标识。内存空间亦划分成与页面大小相等的物理块，并对所有物理块从0开始依次编号。
在为程序分配内存空间时，允许以页为单位一次性将一个进程的所有的页面装入内存中若干不相邻接的物理块中。2.段页系统的逻辑地址结构是什么？
在段页式存储管理中，一个程序的逻辑地址结构由段号、段内页号和页内地址三部分组成，如图4-20所示。
程序的逻辑地址空间仍然是一个二维地址空间，程序员可见的仍然是段号和段内地址。假设逻辑地址长度为32位，若段号占8位，段内页号占10位，页内地址占14位，则一个程序最多允许有256（28）个段，每段最多允许1024（210）个页，每页的大小为16KB（214）。//3.段页系统的地址变换机构是什么？
/地址变换机构要完成对内存空间中某个存储单元的访问至少要3次访问内存。
第一次:
访问内存是根据段号，通过段表寄存器中的段表始址在内存中找到段表，从段表的表项中找到对应页表的始址；
第二次:
访问内存是根据页表始址和段内页号到内存中访问页表，从页表中找到与页号对应的物理块号，并将该物理块号与页内地址一起形成指令或数据的物理地址；
第三次:
访问内存才是根据得到的物理地址访问相应的存储单元。4.段页式存储管理方式的优点？
段页式存储管理方式是结合页式和段式存储管理思想产生的，所以有关段页式存储管理中的共享和存储保护问题可按照段式或页式管理中的方法进行解决。
段页式存储管理结合了页式和段式管理的特点，因此其优点十分明显，它既提高了内存利用率，也方便了用户，是一种综合性能较好的存储管理方式。
但由于段页式存储管理有较大的系统开销，因此，段页式存储管理方式一般都是在较大型的计算机系统中使用。虚拟存储管理（一）
课前问题
1.什么是虚拟存储器？
2.请求分页虚拟存储管理实现原理？
3.页面置换算法都有哪些？
4.页面分配和置换策略都有哪些？1.什么是虚拟存储器？
程序的局部性原理：程序在执行过程中的某个较短时间段内呈现出局部性规律，即在访问存储器时，无论是取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域内。
根据局部性原理，一次性和驻留性在进程运行时不是必须的，因此可以按照以下方式运行进程：
进程只装入一部分便投入运行；进程运行中，如果所需要的部分不在内存，则可通过调入功能将其装入；若当前内存空间已满，可将内存中暂不需要执行的进程暂时从内存中调出，以便腾出内存空间装入即将执行的进程。按照这种方式运行进程会明显提高内存空间利用率和系统吞吐量，且对用户而言，觉得系统的内存容量比实际内存容量大得多。我们把用户感觉到的这个存储器称为虚拟存储器。
  所谓虚拟存储器，就是具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。它的大小由内存和外存容量之和决定。其运行速度接近于内存速度，而成本又接近于外存。
在现代操作系统中毫无例外地都支持虚拟存储器，但不同系统实现虚拟存储器的具体方式存在差别。程序装入内存时，如果以“页”或“段”为单位装入，则分别形成请求分页虚拟存储管理方式和请求分段虚拟存储管理方式；若将分段和分页结合起来，则可以形成请求段页式虚拟存储管理方式。
虚拟存储器管理方式与常规存储器管理方式的区别就在于前者具有虚拟特性，而虚拟性以多次性和交换性为基础的，而多次性和交换性又必须建立在离散分配的基础上。/
2.请求分页虚拟存储管理实现原理？
请求分页虚拟存储管理方式正是在分页式存储管理方式上增加了支持虚拟存储器而形成的一种存储管理方式。为了支持虚拟存储器，讲求分页虚拟存储管理方式增加了请求调页功能和页面置换功能。要实现请求调页功能和页面置换功能，必须有相应的硬件和软件支持。
进程的页表中增加一些相关的字段。这些新增的字段有：中断位、外存地址、访问位、修改位等。请求分页虚拟存储管理中的页表项结构如图4-22所示。
缺页中断属于一种特殊的中断，它除了具有一般中断有的CPU现场环境保护、分析中断原因、转中断处理程序及CPU现场环境恢复等几个处理环节外，还有特殊表现，主要表现在两个方面：
（1）中断的产生和处理在指令执行期间进行
在进程执行过程中，当发现指令或数据所在的页面不在内存时才产生缺页中断，所以在缺页中断处理完成之前，这些的指令或数据不能执行或访问。而CPU对一般中断的响应是在一条指令执行结束后。
（2）程序运行过程中，一条指令执行期间可能会产生多次缺页中断。
虚拟存储管理（二）
5.请求分段的段表机制和缺段中断机构原理是什么？
6.请求分段的地址变换机构？
7.请求段页式虚拟存储管理的原理？
8.请求段页式的地址变换机构？5.请求分段的段表机制和缺段中断机构原理是什么？请求分段的段表机制
对分段存储管理方式中的段表进行了扩充，增加一些相关的字段，以便支持虚拟存储管理。新增的字段包括：访问位、修改位、中断位、增补位、存取方式和外存始址。
缺段中断机构
缺段中断信号的产生是因为进程运行过程中所要访问的段尚未调入内存而引起的。一旦某进程产生缺段中断，便由缺段中断处理程序进行处理。
系统首先判断内存中是否有足够的空闲空间装入所缺的分段，若有便直接将该段装入内存，同时修改相关的数据结构；若内存中没有能够满足要求的空闲空间，则判断内存中空闲空间的总和是否能满足分段的要求，若能满足则可以采用紧凑技术，将内存空间进行合并后再把所需的分段装入内存；如果不能满足，就必须根据一定的置换算法，将内存中的一个或若干个段淘汰，以便腾出内存空间装入所需的分段，被淘汰的分段若在内存中被修改过，还必须将其重新写入外存。6.请求分段的地址变换机构？/7.请求段页式虚拟存储管理的原理？
请求段页式虚拟存储管理系统是在段页式存储管理系统基础上提出的一种虚拟存储器系统。
首先按照程序自身的逻辑结构把程序划分为若干个不同的分段，再将每个分段划分成固定大小的页面；内存空间根据页面大小划分为若干物理块，内存以物理块为单位进行离散分配；进程不必将所有页面装入内存便可以启动运行，进程运行过程中若要访问的页面不在内存，便会产生缺页中断，若该页所在的段也不在内存，则首先产生缺段中断，再产生缺页中断，由相应的中断处理程序到外存找到该段，并将该段中所需要的页面调入内存。若进程要访问的页面已在内存，则对页面的管理与段页式存储管理相同。
中断处理机制
（1）首先判断段表是否在内存，若已在内存，则进程只产生缺页中断，由缺页中断处理程序进行相应的处理；
（2）若段表也不在内存，先产生缺段中断，再产生缺页中断，由缺页中断程序进行相关的处理，把所缺的页面调入内存。8.请求段页式的地址变换机构？
（1）若系统中设置了快表，先查找页表，若在快表中找到页表项，得到具体的物理地址。
（2）如果快表中没有快表项，便在内存中查找页表，若在内存，则按照请求分页存储管理的处理方式，进行类似处理。
（3）如果还没调入内存，且段表也不在内存，便产生缺段中断，再产生缺页中断，将该页调入内存；若段表在内存，则只产生缺页中断。
（4）最后将得到的物理块号与页内地址拼接形成物理地址。重要考点
一、简单题
1.页面访问序列及内存空间如下表所示，采用最佳置换算法，填写。
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答案：
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缺页率为7／12＝58.3﹪，4次页面置换本内容由易百教育整理发布
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