第3章存储器管理习题解答

第3章（大本）习题解答

一、填空

1．将作业相对地址空间的相对地址转换成内存中的绝对地址的过程称为 地址重定位 。 2．使用覆盖与对换技术的主要目的是 提高内存的利用率 。

3．存储管理中，对存储空间的浪费是以 内部碎片 和 外部碎片 两种形式表现出来的。 4．地址重定位可分为 静态重定位 和 动态重定位 两种。

5．在可变分区存储管理中采用最佳适应算法时，最好按 尺寸 法来组织空闲分区链表。 6．在分页式存储管理的页表里，主要应该包含 页号 和 块号 两个信息。

7．静态重定位在程序 装入 时进行，动态重定位在程序 执行 时进行。

8．在分页式存储管理中，如果页面置换算法选择不当，则会使系统出现 抖动 现象。

9．在请求分页式存储管理中采用先进先出（FIFO）页面淘汰算法时，增加分配给作业的块数时， 缺页中断 的次数有可能会增加。

10．在请求分页式存储管理中，页面淘汰是由于 缺页 引起的。

11．在段页式存储管理中，每个用户作业有一个 段 表，每段都有一个 页 表。 二、选择

1．虚拟存储器的最大容量是由 B 决定的。

A．内、外存容量之和 C．作业的相对地址空间

B．计算机系统的地址结构 D．作业的绝对地址空间

2．采用先进先出页面淘汰算法的系统中，一进程在内存占3块（开始为空），页面访问序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5、6。运行时会产生 D 次缺页中断。

A．7

B．8

C．9

D．10

从图3-1中的“缺页计数”栏里可以看出应该选择D。

页面走向→ 1 1 2 2 1 3 3 2 1 4 4 3 2 1 1 4 3 2 2 1 4 5 5 2 1 1 5 2 1 2 5 2 1 3 3 5 2 4 4 3 5 5 4 3 5 6 6 4 3 3个内存块→ 缺页计数→ √ √ √ √ √ √ √ 图3-1 选择题2配图

√ √ √

3．系统出现“抖动”现象的主要原因是由于 A 引起的。

A．置换算法选择不当

C．内存容量不足

B．交换的信息量太大

D．采用页式存储管理策略 B．允许程序浮动

4．实现虚拟存储器的目的是 D 。

A．进行存储保护

C．允许程序移动 D．扩充主存容量

5．作业在执行中发生了缺页中断，那么经中断处理后，应返回执行 B 指令。

A．被中断的前一条

B．被中断的那条

C．被中断的后一条 D．程序第一条 6．在实行分页式存储管理系统中，分页是由 D 完成的。 A．程序员 B．用户 C．操作员 7．下面的 A 页面淘汰算法有时会产生异常现象。

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D．系统

第3章 存储管理

A．先进先出 B．最近最少使用 C．最不经常使用

页号 0 1 D．最佳

为：

块号 2 1 8．在一个分页式存储管理系统中，页表的内容若页的大小为4KB，则地址转换机构将相对地址物理地址是 A 。

A．8192 C．2048

B．4096 D．1024

0转换成的

注意，相对地址0肯定是第0页的第0个字节。查页表可知第0页存放在内存的第2块。现在块的尺寸是4KB，因此第2块的起始地址为8192。故相对地址0所对应的绝对地址（即物理地址）是8192。

9．下面所列的存储管理方案中， A 实行的不是动态重定位。

A．固定分区 B．可变分区 C．分页式 D．请求分页式 10．在下面所列的诸因素中，不对缺页中断次数产生影响的是 C 。

A．内存分块的尺寸

B．程序编制的质量

C．作业等待的时间 D．分配给作业的内存块数

11．采用分段式存储管理的系统中，若地址用24位表示，其中8位表示段号，则允许每段的最大长度是 B 。

A．224

三、问答

1．什么是内部碎片？什么是外部碎片？各种存储管理中都可能产生何种碎片？

答：所谓“内部碎片”，是指系统已经分配给用户使用、用户自己没有用到的那部分存储空间；所谓“外部碎片”，是指系统无法把它分配出去供用户使用的那部分存储空间。对于教材而言，单一连续区存储管理、固定分区存储管理、分页式存储管理和请求页式存储管理都会出现内部碎片。只是前两种存储管理造成的内部碎片比较大，浪费较为严重；后两种页式存储管理，平均来说每个作业都会出现半页的内部碎片。教材中，只有可变分区存储管理会产生外部碎片。

2．叙述静态重定位与动态重定位的区别。

答：静态重定位是一种通过软件来完成的地址重定位技术。它在程序装入内存时，完成对程序指令中地址的调整。因此，程序经过静态重定位以后，在内存中就不能移动了。如果要移动，就必须重新进行地址重定位。

动态重定位是一种通过硬件支持完成的地址重定位技术。作业程序被原封不动地装入内存。只有到执行某条指令时，硬件地址转换机构才对它里面的地址进行转换。正因为如此，实行动态重定位的系统，作业程序可以在内存里移动。也就是说，作业程序在内存中是可浮动的。

3．一个虚拟地址结构用24个二进制位表示。其中12个二进制位表示页面尺寸。试问这种虚拟地址空间总共多少页？每页的尺寸是多少？

答：如下图所示，由于虚拟地址中是用12个二进制位表示页面尺寸（即页内位移），所以虚拟地址空间中表示页号的也是12个二进制位。这样，这种虚拟地址空间总共有： 2 = 4096（页） 每页的尺寸是：

212 = 4096 = 4K（字节）

23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

B．216 C．28

D．232

12

页号 虚拟地址 页内位移

4．什么叫虚拟存储器？怎样确定虚拟存储器的容量？ 答：虚拟存储器实际是一种存储扩充技术。它把作业程序存放在辅助存储器里，运行时只装入程序的

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第3章 存储管理

一部分。遇到不在内存的程序时，再把所需要的部分装入。这样在内存和辅存之间调入、调出的做法，使用户的作业地址空间无需顾及内存的大小。给用户造成的印象是，无论程序有多大，它在这个系统上都可以运行。这种以辅助存储器作为后援的虚幻存储器，就称为虚拟存储器。虚拟存储器的大小是由系统的地址结构确定的。

5．为什么请求分页式存储管理能够向用户提供虚拟存储器？ 答：请求分页式存储管理的基本思想是：操作系统按照存储块的尺寸，把用户作业地址空间划分成页，全部存放在磁盘上。作业运行时，只先装入若干页。运行过程中遇到不在内存的页时，操作系统就把它从磁盘调入内存。这样一来，用户的作业地址空间无需顾及内存的大小。这与虚拟存储器的思想是完全吻合的。所以，请求分页式存储管理能够向用户提供虚拟存储器。

6．在请求分页式存储管理中，为什么既有页表，又有快表？

答：在分页式或请求页式存储管理中，通常是利用内存储器构成页表的。当CPU执行到某条指令、要对内存中的某一地址访问时，因为这个地址是相对地址，所以先要根据这个地址所在的页号去查页表（访问一次内存），然后才能由所形成的绝对地址去真正执行指令（第二次访问内存）。可见，由于页表在内存，降低了CPU的访问速度。

为了提高相对地址到绝对地址的变换速度，人们想到用一组快速寄存器来代替页表。这时查页表是以并行的方式进行，立即就能输出与该页号匹配的块号，这样做无疑比内存式的页表要快得多。但是，快速寄存器的价格昂贵，由它来组成整个页表是不可取的。考虑到程序运行时具有局部性，因此实际系统中总是一方面采用内存页表、另一方面用极少几个快速寄存器组成快表来共同完成地址的变换工作。这时的地址变换过程，如教材中的图3-22所示。

7．试述缺页中断与页面淘汰之间的关系。 答：在请求页式存储管理中，当根据虚拟地址查页表而发现所要访问的页不在内存时，就会产生缺页中断。系统响应中断后，就由操作系统到辅存把所需要的页读入内存。这时，内存可能有空闲的块，也可能没有。只有当内存中没有空闲块时，才会出现将内存现有页面淘汰出去的问题，即要进行页面淘汰。所以，缺页中断和页面淘汰之间的关系是：页面淘汰一定是由缺页中断所引起；但缺页中断则不一定引起页面淘汰。

8．试述缺页中断与一般中断的区别。

答：在计算机系统中，由于某些事件的出现，打断了当前程序的运行，而使CPU去处理出现的事件，这称为“中断”。通常，计算机的硬件结构都是在执行完一条指令后，去检查有无中断事件发生的。如果有，那么就暂停当前程序的运行，而让CPU去执行操作系统的中断处理程序，这叫“中断响应”。CPU在处理完中断后，如果不需要对CPU重新进行分配，那么就返回被中断进程的程序继续运行；如果需要进行CPU的重新分配，那么操作系统就会去调度新进程。

由上面的讲述可以看出，缺页中断与一般中断的区别如下。

（1）两种中断产生的时刻不同：缺页中断是在执行一条指令中间时产生的中断，并立即转去处理；而一般中断则是在一条指令执行完毕后，当硬件中断装置发现有中断请求时才去响应和处理。

（2）处理完毕后的归属不同：缺页中断处理完后，仍返回到原指令去重新执行，因为那条指令并未执行；而一般中断则是或返回到被中断进程的下一条指令去执行，因为上一条指令已经执行完了，或重新调度，去执行别的进程程序。

9．怎样理解把相对地址划分成数对：（页号，页内位移）的过程对于用户是“透明”的？ 答：在操作系统中，所谓“透明”，即指用户不知道的意思。对于分页式存储管理来说，用户向系统提供的相对地址空间，是一个一维的连续空间。系统接受了这个作业后，在内部把这个相对地址空间划分成若干页。由于这种划分对于用户来说是根本不知道的，所以说把相对地址划分成数对：（页号，页内位移）的过程对于用户是“透明”的。

10．做一个综述，说明从单一连续区存储管理到固定分区存储管理，到可变分区存储管理，到分页式存储管理，再到请求分页式存储管理，每一种存储管理的出现，都是在原有基础上的发展和提高。

答：教材共介绍了5种存储管理策略，它们适用于不同的场合，如图3-2所示。图中，在单一连续分

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第3章 存储管理

区存储管理与固定分区存储管理之间画了一条线，那表明位于线以上的存储管理策略只适用于单道程序设计，以下的适用于多道程序设计；在可变分区存储管理与分页式存储管理之间画了一条线，那表明位于线以上的存储管理策略都要求为进入内存的作业分配一个连续的存储区，以下的存储管理策略打破了连续性的要求；在分页式存储管理与请求页式存储管理之间画了一条线，那表明位于线以上的存储管理策略都要求使作业程序全部进入内存，而以下的存储管理策略打破了全部的要求，只要部分装入内存就可以了。

由此可见，每一种存储管理的出现，都是在原有存储管理基础上的一次发展和提高。它们从简单到复杂，从不完善到逐渐完善。

单道 固定分区存储管理 多道 连续 可变分区存储管理 分页式存储管理 不连续 全部 请求页式存储管理 部分 单一连续分区存储管理 图3-2 各种存储管理策略的适用场合

11．试述分页式系统与分段式系统的主要区别。

答：从形式上看，分页式系统与分段式系统有许多相似之处，比如两者都不要求作业在内存中连续存放。但在概念上，两者却完全不同。主要表现在以下几个方面。

（1）把用户作业进行分页，是系统的一种行为，对用户是透明的。所以，页是信息的物理单位。分段是为了满足用户的需要，每段在逻辑上都有完整的意义，因此是信息的逻辑单位。

（2）页的大小固定，且由系统决定。将逻辑地址划分成数对（页号，页内位移），是由机器硬件实现的。段的长度不固定，取决于用户所编写的程序结构，通常由编译程序在对源程序进行编译时根据信息的性质来划分。

（3）分页时，作业的地址空间是一维的；分段时，作业的地址空间是二维的。

四、计算

1．在可变分区存储管理中，按地址法组织当前的空闲分区，其大小分别为：10KB，4KB，20KB，18KB，7KB，9KB，12KB和15KB。现在依次有3个存储请求为：12KB，10KB，9KB。试问使用最先适应算法时的分配情形如何？那么最佳适应、最坏适应呢？

解：我们用表来说明实行各种分配算法时的情形。 （1）最先适应算法

请求队列 初始 12K 10K 9K 10K 10K 0 0 4K 4K 4K 4K 20K 8K 8K 8K 最先适应算法 18K 18K 18K 9K 7K 7K 7K 7K 9K 9K 9K 9K 12K 12K 12K 12K 15K 15K 15K 15K （2）最佳适应算法

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第3章 存储管理

请求队列 初始 12K 10K 9K 10K 10K 0 0 4K 4K 4K 4K 20K 20K 20K 20K 最佳适应算法 18K 18K 18K 18K 7K 7K 7K 7K 9K 9K 9K 0 12K 0 0 0 15K 15K 15K 15K （3）最坏适应算法

请求队列 初始 12K 10K 9K 10K 10K 10K 10K 4K 4K 4K 4K 20K 8K 8K 8K 最坏适应算法 18K 18K 8K 8K 7K 7K 7K 7K 9K 9K 9K 9K 12K 12K 12K 12K 15K 15K 15K 6K 可见，分配算法不同，选择的分配对象也不一样。

2．系统内存被划分成8块，每块4KB。某作业的虚拟地址空间共划分成16个页面。当前在内存的页与内存块的对应关系如下表所示，未列出的页表示不在内存。

页 号 0 1 2 3 块 号 2 1 6 0 页 号 4 5 9 11 块 号 4 3 5 7 试指出对应于下列虚拟地址的绝对地址： （a）20 （b）4100 （c）8300 解：（a）虚拟地址20对应的页号是0，页内位移是20。用0去查页表，知道第0页现在存放在内存的第2块。由于每块的长度是4KB，所以第2块的起始地址为8192。因此，虚拟地址20所对应的绝对地址是：

8192+20=8212

（b）虚拟地址4100对应的页号是： 4100/4096=1（“/”是整除运算符） 对应的页内位移是：

4100@96=4（“%”是求余运算符）

用1去查页表，知道第1页现在存放在内存的第1块。第1块的起始地址为4096。因此，虚拟地址4100所对应的绝对地址是：

4096+4=4100

（c）虚拟地址8300对应的页号是：

8300/4096=2（“/”是整除运算符） 对应的页内位移是：

8300@96=108（“%”是求余运算符）

用2去查页表，知道第2页现在存放在内存的第6块。第6块的起始地址为

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第3章 存储管理

6×4K=24576

因此，虚拟地址8300所对应的绝对地址是

24576+108=24684

3．某请求分页式存储管理系统，接收一个共7页的作业。作业运行时的页面走向如下：

1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6

若采用最近最久未用（LRU）页面淘汰算法，作业在得到2块和4块内存空间时，各会产生出多少次缺页中断？如果采用先进先出（FIFO）页面淘汰算法时，结果又如何？

解：（1）采用最近最久未用（LRU）页面淘汰算法，作业在得到2块内存空间时所产生的缺页中断次数为18次，如图3-3（a）所示；在得到4块内存空间时所产生的缺页中断次数为10次，如图3-3（b）所示。

页面走向→ 2个内存块→ 1 1 2 2 1 3 3 2 4 4 3 2 2 4 1 1 2 5 5 1 6 6 5 2 2 6 1 1 2 2 2 1 3 3 2 7 7 3 6 6 7 3 3 6 2 2 3 1 1 2 2 2 1 3 3 2 6 6 3 缺页计数→ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ (a) 2块时的LRU 页面走向→ 1 1 4个内存块→ 2 2 1 3 3 2 1 4 4 3 2 1 缺页计数→ √ √ √ √ 2 2 4 3 1 1 1 2 4 3 5 5 1 2 4 6 6 5 1 2 2 2 6 5 1 1 1 2 6 5 2 2 1 6 5 3 3 2 1 6 7 7 3 2 1 6 6 7 3 2 3 3 6 7 2 2 2 3 6 7 1 1 2 3 6 2 2 1 3 6 3 3 2 1 6 6 6 3 2 1 √ √ √ √ √ √ (b) 4块时的LUR 图3-3 LRU时的情形

（2）采用先进先出（FIFO）页面淘汰算法，作业在得到2块内存空间时所产生的缺页中断次数为18次，如图3-4（a）所示；在得到4块内存空间时所产生的缺页中断次数为14次，如图3-4（b）所示。

页面走向→ 2个内存块→ 1 1 2 2 1 3 3 2 4 4 3 2 2 4 1 1 2 5 5 1 6 6 5 2 2 6 1 1 2 2 1 2 3 3 1 7 7 3 6 6 7 3 3 6 2 2 3 1 1 2 2 1 2 3 3 1 6 6 3 缺页计数→ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ (a) 2块时的FIFO 页面走向→ 1 1 4个内存块→ 2 2 1 3 3 2 1 4 4 3 2 1 缺页计数→ √ √ √ √ 2 4 3 2 1 1 4 3 2 1 5 5 4 3 2 6 6 5 4 3 2 2 6 5 4 1 1 2 6 5 2 1 2 6 5 3 3 1 2 6 7 7 3 1 2 6 6 7 3 1 3 6 7 3 1 2 2 6 7 3 1 1 2 6 7 2 1 2 6 7 3 3 1 2 6 6 3 1 2 6 √ √ √ √ √ √ √ √ √ (b) 4块时的FIFO

图3-4 FIFO时的情形

关于先进先出（FIFO）页面淘汰算法，在给予作业更多的内存块时，缺页中断次数有可能上升，这是

所谓的异常现象。但要注意，并不是在任何情况下都会出现异常。是否出现异常，取决于页面的走向。本题所给的页面走向，在FIFO页面淘汰算法下，并没有引起异常：2块时缺页中断次数为18次，4块时缺页中断次数为14次。

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第3章 存储管理

4．在一个分段式存储管理中，有段表如下：

段号 段长 基址 0 210 500 1 2350 20 2 100 90 3 1350 590 4

1938

95

试求逻辑地址[0，430]、[1，10]、[2，500]、[3，400]、[4，112]、[5，32]所对应的物理地址。 解：（1）逻辑地址[0，430]的物理地址是210+430=640； （2）逻辑地址[1，10]的物理地址是2350+10=2360；

（3）由于第2段的基址是100，段长是90，所以逻辑地址[2，500]为非法； （4）逻辑地址[3，400]的物理地址是1350+400=1750；

（5）由于第4段的基址是1938，段长是95，所以逻辑地址[4，112]为非法； （6）由于该作业不存在第5段，所以逻辑地址[5，32]为非法。

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