第4章儲存管理
學習重點：
（1）儲存管理的任務和功能。
（2）概念：邏輯（相對）位址、物理（絕對）位址、重定位、虛擬儲存、分割槽分配儲存管理（固定分割槽分配、可變式動態分割槽分配、可重定位分割槽分配、多重分割槽分配）。
（3）動態分割槽分配的分配演算法：首次適應法、迴圈適應法、最佳適應法和最壞適應法。
（4）記憶體「擴充」技術：交換與覆蓋；記憶體保護技術：儲存保護鍵和界限暫存器。
（5）請求頁式儲存管理：實現原理、頁表的設計、請求淘汰換頁演算法（先進先出演算法、迴圈檢測法、lru最近最少使用頁面先淘汰、lfu最不經常使用的頁面先淘汰、nur最近沒有使用頁面先淘汰、opt最優淘汰演算法replacement 和隨機數淘汰頁面演算法）；頁式儲存管理優缺點。
（6）段式儲存管理特點；段頁式儲存管理特點。
教學要求：
（1）理解記憶體管理的任務和功能。
（2）理解**儲存器結構：快取記憶體、記憶體、外存。
（3）掌握分割槽儲存器管理方法：記憶體分配、記憶體擴充、記憶體保護。
（4）掌握分頁和分段概念，二者的主要區別。
（5）掌握頁式儲存管理技術的實現思想，如何實現從邏輯位址到實體地址的轉換。
（6）掌握解分段儲存管理技術的實現思想。
（7）理解頁面置換的先進先出法、迴圈檢測法和最近最少使用置換法（lru）等。
（8）牢固掌握以下概念：邏輯位址、實體地址、可重定位位址、重定位、虛擬儲存器。
習題1、儲存管理的主要功能是什麼？
答：儲存管理的主要功能是解決多道作業的主存空間的分配問題。主要包括：
（1）記憶體區域的分配和管理：設計記憶體的分配結構和調入策略，保證分配和**。
（2）記憶體的擴充技術：使用虛擬儲存或自動覆蓋技術提供比實際記憶體更大的空間。
（3）記憶體的共享和保護技術。除了被允許共享的部分之外，作業之間不能產生干擾和破壞，須對記憶體中的資料實施保護。
2、解釋下列與儲存管理有關的名詞：
（1）位址空間與儲存空間
答：目標程式所在的空間稱為位址空間，即程式設計師用來訪問資訊所用的一系列位址單元的集合；儲存空間是指主存中一系列儲存資訊的物理單元的集合。
（2）邏輯位址與實體地址
答：在具有位址變換機構的計算機中，允許程式中編排的位址和資訊實際存放在記憶體中的位址有所不同。邏輯位址是指使用者程式經編譯後，每個目標模組以0為基位址進行的順序編址。
邏輯位址又稱相對位址。實體地址是指記憶體中各物理儲存單元的位址從統一的基位址進行的順序編址。實體地址又稱絕對位址，它是資料在記憶體中的實際儲存位址。
（3）虛位址與實位址
答：虛位址同邏輯位址，實位址同實體地址。
（4）位址重定位
答：重定位是把邏輯位址轉變為記憶體的實體地址的過程。根據重定位時機的不同，又分為靜態重定位（裝入記憶體時重定位）和動態重定位（程式執行時重定位）。
（5）虛擬儲存器
答：虛擬儲存器是一種儲存管理技術，用以完成用小的記憶體實現在大的虛空間中程式的執行工作。它是由作業系統提供的乙個假想的特大儲存器。
但是虛擬儲存器的容量並不是無限的，它由計算機的位址結構長度所確定，另外虛存容量的擴大是以犧牲cpu工作時間以及內、外存交換時間為代價的。
3、什麼是請求頁式管理？能滿足使用者哪些需要？
答：請求頁式管理的基本原理是將邏輯位址空間分成大小相同的頁，將儲存位址空間分塊，頁和塊的大小相等，通過頁表進行管理。頁式系統的邏輯位址分為頁號和頁內位移量。
頁表包括頁號和塊號資料項，它們一一對應。根據邏輯空間的頁號，查詢頁表對應項找到對應的塊號，塊號乘以塊長，加上位移量就形成儲存空間的實體地址。每個作業的邏輯位址空間是連續的，重定位到記憶體空間後就不一定連續了。
此外，頁表中還包括特徵位（指示該頁面是否在記憶體中）、外存位址、修改位（該頁的內容在記憶體中是否修改過）等。
頁式儲存管理在動態位址轉換過程中需要確定某一頁是否已經調入主存。若調入主存，則可直接將虛位址轉換為實位址，如果該頁未調入主存，則產生缺頁中斷，以裝入所需的頁。
頁式儲存管理將不常用的頁面調出記憶體，使記憶體的利用率高；虛擬的容量大，使用者不必擔心記憶體不夠；不要求作業連續存放，有效地解決了「碎片」問題。
4、簡述什麼是記憶體的覆蓋和交換技術？兩者有什麼區別？
答：在多道系統中，對換是指系統把記憶體中暫時不能執行的某部分作業寫入外存交換區，騰出空間，把外存交換區中具備執行條件的指定作業調入記憶體。對換是以時間來換取空間，減少對換的資訊量和時間是設計時要考慮的問題。
由於cpu在某一時刻只能執行一條指令，所以乙個作業不需要一開始就全裝入記憶體，於是將作業的常駐部分裝入記憶體，而讓那些不會同時執行的部分共享同一塊記憶體區，後調入共享區的內容覆蓋前面調入的內容，這就是記憶體的覆蓋技術。
兩者的區別主要有：交換技術由作業系統自動完成，不需要使用者參與，而覆蓋技術需要專業的程式設計師給出作業各部分之間的覆蓋結構，並清楚系統的儲存結構；交換技術主要在不同作業之間進行，而覆蓋技術主要在同乙個作業內進行；另外覆蓋技術主要在早期的作業系統中採用，而交換技術在現代作業系統中仍具有較強的生命力。
5、分頁式和分段式記憶體管理有什麼區別？怎樣才能實現共享和保護？
答：段式與頁式儲存管理的比較如下表所示。
實現頁（段）的共享是指某些作業的邏輯頁號（段號）對應同一物理頁號（記憶體中該段的起始位址）。頁（段）的保護往往需要對共享的頁面（段）加上某種訪問許可權的限制，如不能修改等；或設定位址越界檢查，對於頁內位址（段內位址）大於頁長（段長）的訪問，產生保護中斷。
2、常用的記憶體管理方法有分割槽管理，頁式管理，段式管理，段頁式管理。
3、動態儲存分配時，要靠硬體位址變換機構實現重定位。
4、在儲存管理中常用虛擬儲存器方式來擺脫主存容量的限制。
5、在頁式管理中，頁式虛位址與記憶體實體地址的對映是由頁表和硬體位址變換機構完成的。
6、在請求頁式管理中，當硬體變換機構發現所需的頁不在記憶體時，產生缺頁中斷訊號，中斷處理程式作相應的處理。
7、置換演算法是在記憶體中沒有空閒頁面時被呼叫的，它的目的是選出乙個被淘汰的頁面。如果記憶體中有足夠的空閒頁面存放所調入的頁，則不必使用置換演算法。
8、在頁式管理中，頁表的作用是實現從頁號到物理塊號的位址對映，儲存頁表的作用是記錄記憶體頁面的分配情況。
9、段式管理中，以段為單位分配記憶體，每段分配乙個連續的記憶體區。由於各段長度不等，所以這些儲存區的大小不一，而且同一程序的各段之間不要求連續。
10、在段頁式儲存管理系統中，面向使用者的位址空間是段式劃分，面向物理實現的位址空間是頁式劃分。
11、檔案的儲存器是分成大小相等的物理塊，並以它為單位交換資訊。
12、儲存管理的目的是（）。
a.方便使用者b.提高記憶體利用率
c.方便使用者和提高記憶體利用率d.增加記憶體實際容量
13、儲存分配解決多道作業位址空間的劃分問題。為了實現靜態和動態儲存分配，需採用位址重定位，即把[1]變成[2]，靜態重定位由[3]實現，動態重定位由[4]實現。
供選擇的答案：
[1]、[2]：a頁面位址b段位址c邏輯位址
d實體地址e外存位址f裝置位址
[3]、[4]：a硬體位址變換機構b執行程式c匯程式設計序
d連線裝入程式e除錯程式f編譯程式g解釋程式
（說明：匯程式設計序、解釋程式、編譯程式的作用是將源程式變為機器語言指令；除錯程式是進行程式除錯的一種工具。執行程式是可被計算機直接執行的機器**程式。）
14、在請求頁式儲存管理中，若所需頁面不在記憶體中，則會引起（ ）。
a.輸入輸出中斷b.時鐘中斷
c.越界中斷d.缺頁中斷
15、若處理器有32位位址，則它的虛擬位址空間為（）位元組。
a.2gb b.4gbc.100kb d.640kb
16、虛擬儲存技術是（）。
a.補充記憶體物理空間的技術b.補充相對位址空間的技術
c.擴充外存空間的技術d.擴充輸入輸出緩衝區的技術
17、虛擬記憶體的容量只受（）的限制。
a.物理記憶體的大小b.磁碟空間的大小
c.資料存放的實際位址d.計算機位址位數
18、（）是指將作業不需要或暫時不需要的部分移到外存，讓出記憶體空間以調入其他所需資料。
a.覆蓋技術b.交換技術
c.虛擬技術d.物理擴充
19、外存（如磁碟）上存放的程式和資料（ ）。
a．可由cpu直接訪問b．必須在cpu訪問之前移入記憶體
c．是必須由檔案系統管理的d．必須由程序排程程式管理
20、分割槽管理要求對每乙個作業都分配（ ）的記憶體單元。
a.位址連續b.若干位址不連續
c.若干連續的幀 d.若干不連續的幀
21、段頁式儲存管理汲取了頁式管理和段式管理的長處，其實現原理結合了頁式和段式管理的基本思想，即（ ）。
a、用分段方法來分配和管理物理儲存空間，用分頁方法來管理使用者位址空間。
b、用分段方法來分配和管理使用者位址空間，用分頁方法來管理物理儲存空間。
c、用分段方法來分配和管理主存空間，用分頁方法來管理輔存空間。
d、用分段方法來分配和管理輔存空間，用分頁方法來管理主存空間。
22、（ ）儲存管理支援多道程式設計，演算法簡單，但儲存碎片多。
a.段式 b.頁式
c.固定分割槽d.段頁式
23、（ ）儲存管理方式提供一維位址結構。
a.固定分割槽 b.分段
c.分頁d.分段和段頁式
24、分段管理提供（ ）維的位址結構。
a.1 b.2c.3 d.4
25、（ ）實現了段式、頁式兩種儲存方式的優勢互補。
a.請求分頁管理 b.可變式分割槽管理
c.段式管理 d.段頁式管理
26、從下列有關儲存管理的敘述中，選出四條正確敘述。
a、在頁式儲存管理方案中，為了提高記憶體的利用效率，允許同時使用不同大小的頁面；
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