【正文】 是物理地址的集合。2. 地址重定位地址重定位是指程序的邏輯地址被轉(zhuǎn)換成主存的物理地址的過程。在可執(zhí)行文件裝入時需要解決可執(zhí)行文件中地址( 指令和數(shù)據(jù)) 和主存地址的對應(yīng)關(guān)系。由操作系統(tǒng)中的裝入程序 Loader 和地址重定位機(jī)構(gòu)來完成。地址重定位分為靜態(tài)地址重定位和動態(tài)地址重定位。(1) 靜態(tài)地址重定位，是指在程序裝入主存時已經(jīng)完成了邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，在程序的執(zhí)行期間將不會再發(fā)生變化。其優(yōu)點(diǎn)是：無需硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的支持，只要求程序本身是可重定位的，它只對那些要修改的地址部分具有某種標(biāo)識，由專門設(shè)計(jì)的程序來完成。(2) 動態(tài)地址重定位，是指在程序運(yùn)行期間完成邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。其實(shí)現(xiàn)機(jī)制要依賴硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，如基地址寄存器 BR。其優(yōu)點(diǎn)是：程序在執(zhí)行期間可以被換入和換出主存，以解決主存緊張的問題；可以在主存中移動，把主存中的碎片集中起來，以充分利用空間；不必給程序分配連續(xù)的主存空間，以便較好地利用較小的主存塊，可以程序員考試同步輔導(dǎo)(上午科目 )(第 2 版)781實(shí)現(xiàn)共享。3. 存儲管理的功能存儲器管理的功能如下。(1) 主存儲器的分配和回收。(2) 提高主存儲器的利用率：減少碎片(也稱零頭) ，允許多道程序動態(tài)共享主存。(3) 存儲保護(hù)：任務(wù)是確保每道程序都在自己的主存空間運(yùn)行，互不干擾。(4) 主存擴(kuò)充：主存擴(kuò)充的任務(wù)是從邏輯上擴(kuò)充主存容量，使用戶認(rèn)為系統(tǒng)所擁有的主存空間遠(yuǎn)比其實(shí)際的主存空間(RAM)大得多。 分區(qū)存儲管理存儲管理主要包括分區(qū)存儲管理、分頁存儲管理、分段存儲管理、段頁式存儲管理和虛擬存儲管理。其中分區(qū)存儲管理是把主存的用戶區(qū)劃分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域分配給一個用戶作業(yè)使用，并限定它們只能在自己的區(qū)域中運(yùn)行。按劃分方式不同，可分為固定分區(qū)、可變分區(qū)和可重定位分區(qū)。(1) 固定分區(qū)。它是一種靜態(tài)分區(qū)方式，在系統(tǒng)生成時已將主存劃分為若干個分區(qū)，每個分區(qū)的大小可不等。(2) 可變分區(qū)。它是一種動態(tài)分區(qū)方式，存儲空間的劃分是在作業(yè)裝入時進(jìn)行的，故分區(qū)的個數(shù)可變，分區(qū)的大小剛好等于作業(yè)的大小。(3) 可重定位分區(qū)。它是解決碎片問題簡單而又行之有效的方法。其基本思想是，移動所有已分配好的分區(qū)，使之成為連續(xù)區(qū)域。分區(qū)劃分完成后的問題就是如何進(jìn)行分區(qū)的保護(hù)，通常采用上界和下界以及基址和限長寄存器保護(hù)法。采用上界和下界寄存器保護(hù)法時，上界寄存器中存放作業(yè)的裝入地址，下界寄存器裝入作業(yè)的結(jié)束地址。形成的物理地址必須滿足：上界寄存器≤物理地址≤下界寄存器采用基址和限長寄存器保護(hù)法時，基址寄存器中存放作業(yè)的裝入地址，限長寄存器裝入作業(yè)的長度，形成的物理地址必須滿足：基址寄存器≤物理地址≤基址寄存器+限長寄存器 分頁存儲管理1. 純分頁存儲管理分頁原理：將一個進(jìn)程的地址空間劃分為若干個大小相等的區(qū)域，稱為頁。相應(yīng)的，將內(nèi)存空間劃分成與頁相同大小的若干個物理塊，稱為塊或頁框。地址機(jī)構(gòu)：分頁系統(tǒng)的地址機(jī)構(gòu)如圖 25 所示，由兩部分組成，頁號 P 和偏移量 W(即頁內(nèi)地址) 。圖中的地址長度為 32 位，其中 0～11 位為頁內(nèi)地址( 每頁大小為 4KB)，12～31 位為頁號，所以允許的地址空間大小最多為 1M 個頁。 31 12 11 0頁號(P) 頁內(nèi)地址(W)圖 25 分頁系統(tǒng)的地址機(jī)構(gòu)Error! No text of specified style in document.79系統(tǒng)將用戶程序的邏輯空間按照同樣大小也劃分成若干頁面，稱為邏輯頁面，有時也簡稱為頁。程序的各個邏輯頁面從 0 開始依次編號，稱做邏輯頁號或相對頁號。每個邏輯頁面內(nèi)也從 0 開始編址，稱為頁內(nèi)地址。用戶程序的邏輯地址由邏輯頁號和頁內(nèi)地址兩部分組成。頁表：系統(tǒng)為每個進(jìn)程建立一張頁面映射表，簡稱頁表。頁表用于記錄用戶程序邏輯頁面與內(nèi)存物理頁面之間的對應(yīng)關(guān)系。頁表的作用是實(shí)現(xiàn)從頁號到物理塊號的地址映射。地址變換機(jī)構(gòu)：其任務(wù)是利用頁表把邏輯地址變換成內(nèi)存中的物理地址。2. 快表在地址映射過程中，共需兩次訪問內(nèi)存。第一次是訪問頁表，得到數(shù)據(jù)的物理地址，第二次才是存取數(shù)據(jù)。顯然，這樣就增加了訪問的時間。在地址映射機(jī)制中增加一個小容量的聯(lián)想寄存器(相聯(lián)存儲器 )，它由高速寄存器組成一張快表，用來存放當(dāng)前訪問最頻繁的少數(shù)活動頁的頁號及相關(guān)信息?？毂碇淮娣女?dāng)前進(jìn)程最活躍的少數(shù)幾頁，隨著進(jìn)程的推進(jìn)，快表內(nèi)容動態(tài)更新。當(dāng)某一用戶程序需要存取數(shù)據(jù)時，根據(jù)該數(shù)據(jù)所在邏輯頁號在快表中找出對應(yīng)的物理頁號，然后拼接頁內(nèi)地址，以形成物理地址；如果在快表中沒有相應(yīng)的邏輯頁號，則地址映射仍然通過內(nèi)存中的頁表進(jìn)行。 分段存儲管理1. 基本原理在分段存儲管理方式中，作業(yè)的地址空間被劃分為若干個段，每個段是一組完整的邏輯信息，如有主程序段、子程序段、數(shù)據(jù)段及堆棧段等，每個段都有自己的名字，都是從0 開始編址的一段連續(xù)的地址空間，各段長度是不等的。分段系統(tǒng)的邏輯地址由段號(名) 和段內(nèi)地址兩部分組成。在該地址結(jié)構(gòu)中，允許一個作業(yè)最多有 64K 段，每個段的最大長度為 64KB。在分段式存儲管理系統(tǒng)中，為每個段分配一個連續(xù)的分區(qū)，而進(jìn)程中的各個段可以離散地分配到內(nèi)存中不同的分區(qū)中。在系統(tǒng)中為每個進(jìn)程建立一張段映射表，簡稱為“段表”。每個段在表中占用一表項(xiàng)，在其中記錄了該段在內(nèi)存中的起始地址(又稱為“基址”) 和段的長度。進(jìn)程在執(zhí)行中，通過查段表來找到每個段所對應(yīng)的內(nèi)存區(qū)。所以說，段表實(shí)現(xiàn)了從邏輯段到物理內(nèi)存區(qū)的映射。2. 段的動態(tài)鏈接和裝配所謂動態(tài)鏈接，是指在一個程序開始運(yùn)行時，只將主程序裝配好并調(diào)入內(nèi)存，在運(yùn)行過程中若訪問一個新的模塊時，再裝配此模塊，并與主程序鏈接起來。所以，動態(tài)鏈接是以段為基礎(chǔ)的。在可變分區(qū)分配方案中，主存中放置的程序常采用首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)或最差適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)，但運(yùn)行的程序需連續(xù)存放在一個分區(qū)中，一個作業(yè)是由若干個具有邏輯意義的段(如主程序、子程序、數(shù)據(jù)段等 )組成的。分段系統(tǒng)中，允許程序 (作業(yè))占據(jù)主存中若干分離的分區(qū)。每個分區(qū)存儲一個程序分段。這樣，每個作業(yè)需要幾對界限地址，判定訪問地址是否越界就困難了。在分段存儲系統(tǒng)中常常利用存儲保護(hù)鍵來實(shí)現(xiàn)存儲保護(hù)。程序員考試同步輔導(dǎo)(上午科目 )(第 2 版)801 虛擬存儲器管理1. 虛擬存儲器的引入1) 局部性原理存儲管理策略的基礎(chǔ)是局部性原理— —進(jìn)程往往會不均勻地、高度局部化地訪問主存。局部性表現(xiàn)為時間局部性和空間局部性兩類。? 時間局部性：是指最近被訪問的存儲位置，很可能不久的將來還要訪問，如循環(huán)、棧等。? 空間局部性：是指存儲訪問有成組的傾向，當(dāng)訪問了某個位置后，很可能還要訪問其附近的位置，如訪問數(shù)組、代碼順序執(zhí)行等。2) 虛擬存儲器的定義根據(jù)局部性原理，一個作業(yè)在運(yùn)行之前，沒有必要把作業(yè)全部裝入主存，而僅將那些當(dāng)前要運(yùn)行的那部分頁面或段先裝入主存啟動運(yùn)行，其余部分暫時留在磁盤上。程序在運(yùn)行時如果它所要訪問的頁(段) 已調(diào)入主存，便可繼續(xù)執(zhí)行下去；但如果程序所要訪問的頁(段)尚未調(diào)入主存( 稱為缺頁或缺段) ，程序應(yīng)利用操作系統(tǒng)所提供的請求調(diào)頁(段) 功能，將它們調(diào)入主存，以使進(jìn)程能繼續(xù)執(zhí)行下去。如果此時主存已滿，無法再裝入新的頁( 段) ，則還要再利用頁( 段) 的置換功能，將主存中暫時不用的頁( 段)調(diào)出至磁盤上，以便騰出足夠的主存空間后，再將所要訪問的頁(段) 調(diào)入主存，使程序繼續(xù)執(zhí)行下去。這樣，便可使一個大的用戶程序在較小的主存空間中運(yùn)行，也可使主存中同時裝入更多的進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。從用戶角度看，該系統(tǒng)所具有的主存容量，將比實(shí)際主存容量大得多，人們把這樣的存儲器稱為虛擬存儲器。虛擬存儲器具有請求調(diào)入功能和置換功能，能僅把作業(yè)的一部分裝入主存便可運(yùn)行作業(yè)的存儲器系統(tǒng)，能從邏輯上對主存容量進(jìn)行擴(kuò)充。3) 虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)請求分頁系統(tǒng)：在分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了請求調(diào)頁功能和頁面置換功能所形成的頁式虛擬存儲系統(tǒng)。請求分段系統(tǒng)：在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了請求調(diào)段功能和分段置換功能所形成的段式虛擬存儲系統(tǒng)。2. 請求分頁中的硬件支持請求分頁是目前常用的一種虛擬存儲器方式。1) 請求分頁的頁表機(jī)制請求分頁的頁表機(jī)制是在純分頁的頁表機(jī)制上形成的，由于只將應(yīng)用程序的一部分調(diào)入主存，還有一部分仍在磁盤上，故需在頁表中再增加若干項(xiàng)，如狀態(tài)位、訪問字段、輔存地址等供程序(數(shù)據(jù))在換進(jìn)、換出時引用。2) 缺頁中斷機(jī)構(gòu)在請求分頁系統(tǒng)中，每當(dāng)所要訪問的頁面不在主存時，便要產(chǎn)生一個缺頁中斷，請求操作系統(tǒng)將所缺頁調(diào)入主存。與一般中斷則的主要區(qū)別在于：缺頁中斷在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生和處理中斷信號，而一般中斷在一條指令執(zhí)行完后檢查和處理中斷信號。缺頁中斷返回到該指令的開始重新執(zhí)行該指令，而一般中斷則返回到該指令的下一條指令執(zhí)行。Error! No text of specified style in document.813) 地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)請求分頁系統(tǒng)中的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)是在分頁系統(tǒng)的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)虛擬存儲器而增加了某些功能后形成的，如產(chǎn)生和處理缺頁中斷、從主存中換出一頁等。3. 頁面置換算法1) 最佳置換算法最佳(Optimal) 置換算法是一種理想化的算法，性能最好，但在實(shí)際上難于實(shí)現(xiàn)，所以該算法通常用來評價其他算法。2) 先進(jìn)先出置換算法先進(jìn)先出(FIFO)置換算法總是淘汰最先進(jìn)入內(nèi)存的頁面。其算法實(shí)現(xiàn)簡單，是一種最直觀，也是性能最差的算法。3) 最近最久未使用置換算法最近最久未使用(Least Recently Used，LRU) 置換算法是選擇最近最久未使用的頁面予以淘汰，系統(tǒng)在每個頁面設(shè)置一個訪問字段，用以記錄這個頁面自上次被訪問以來所經(jīng)歷的時間 T，當(dāng)要淘汰一個頁面時，選擇 T 最大的頁面。4) 最近未用置換算法最近未用(Not Used Recently， NUR)置換算法將最近一段時間未引用過的頁面換出，是一種 LRU 的近似算法。 典型例題分析例 1：產(chǎn)生中斷時，由硬件保護(hù)并更新程序計(jì)數(shù)器 PC 的內(nèi)容，其主要目的是 (19) 。(2022 年下半年試題 19)A. 節(jié)省內(nèi)存空間并提高內(nèi)存空間的利用率 B. 提高中斷處理程序的運(yùn)行速度C. 簡化中斷處理程序的編寫過程 D. 快速進(jìn)入終端處理程序并正確返回被中斷的程序分析：本題考查的是操作系統(tǒng)基礎(chǔ)，如果 產(chǎn)生中斷，由硬件保護(hù)并更新程序計(jì)數(shù)器 PC的內(nèi)容，那么其主要目的是快速進(jìn)入終端處理程序并正確返回被中斷的程序。答案：D例 2：若分頁系統(tǒng)地址的結(jié)構(gòu)如圖 26 所示，該系統(tǒng)頁的大小為 (24) 字節(jié)，頁號的取值范圍為 (25) 。(2022 年下半年試題 225)(24) A. 1024 B. 2048 C. 4096 D. 8192(25) A. 0～255 B. 1～ 256 C. 0～511 D. 1～512　　 19 12 11 0頁號 頁內(nèi)地址圖 26 分頁系統(tǒng)地址結(jié)構(gòu)分析：圖 26 中頁內(nèi)地址的長 度為 12 位，每頁大小應(yīng)為 212=4096 字節(jié)；頁號的長度為8 位，取值范圍為 0～255。程序員考試同步輔導(dǎo)(上午科目 )(第 2 版)821答案：(24)C (25)A例 3：某 頁 式 存 儲 管 理 系 統(tǒng) 中 的 地 址 結(jié) 構(gòu) 如 圖 27 所 示 ， 則 (27) 。 (2022 年 上 半 年 試 題27)A. 頁的大小為 1KB，最多有 8M 頁B. 頁的大小為 2KB，最多有 4M 頁C. 頁的大小為 4KB，最多有 1M 頁D. 頁的大小為 8KB，最多有 2M 頁 頁 號 頁 內(nèi) 地 址 31 0 1 12 圖 27 頁式存儲管理系統(tǒng)的地址結(jié)構(gòu)分析：頁內(nèi)地址的長度是 12 位， =4096，即 4K；頁號部分的地址長度是 20 位，12=1 048 576，即 1M。20答案：C例 4：若磁盤的轉(zhuǎn)速提高一倍，則 (7) 。(2022 年下半年試題 7)A. 平均存取時間減半 　　　 　　　 B. 平均尋道時間減半C. 存儲道密度提高一倍 　　 　　　 D. 平均尋道時間不變分析：平均訪問時間 = 平均尋道( 址)時間 + 平均等待時間。平均尋道(址) 時間表示從當(dāng)前道移至目標(biāo)道的平均時間，反應(yīng)了磁頭的移動定位速度。平均等待時間表示磁頭到目標(biāo)道后，等待到達(dá)目 標(biāo)扇區(qū)的平均 時間。若磁 盤的轉(zhuǎn)速提高一倍，只是減少了平均等待時間，對 平均尋道時間沒有影響，與磁盤的存儲道密度和磁盤的轉(zhuǎn)速無關(guān)，所以以上選項(xiàng)只有 D 正確。答案：D例 5：在分頁存儲管理系統(tǒng)中，地址由頁號和頁內(nèi)地址組成。如圖 28 所示頁式管理的地址結(jié)構(gòu)中， (50) 。(2022 年下半年試題 50)A. 頁面的大小為 1K，最多有 16M 個頁 B. 頁面的大小為 2K，最多有 8M 個頁　　　C. 頁面的大小為 4K，最多有 1M 個頁 D. 頁面的大小為 8K，最多有 2M 個頁 31 12 11 0頁號 頁