8、页式存储管理

将进程空间分为1个个页,假设每个页大小为4K,同样的将系统的物理空间也分为1个个4K大小的物理块(页帧号),每次将需要运行的逻辑页装入物理块中,运行完再装入其他需要运行的页,可用分批次运行完进程,而无需将整块逻辑空间全部装入物理页内存中。

页式存储管理

  • 有点:利用率高,碎片小(只有最后1个页中有)、分配即管理简单。
  • 缺点:增加了系统开销,可能产生抖动现象

真题:

题1:某计算机系统页面大小为4K,若进程的页面转换表如下所示,逻辑地址为十六进制1D16H。该地址经过变换后,其物理地址应为十六机制(B)

页号物理块号
01
13
24
36
  • A.1054H
  • B.3D16H
  • C.4DI6H
  • D.6D16H

4K=1024*4字节=4096=212,所以页内偏移位12位。由此,可知逻辑地址1D16H的低位12位D16H为偏移地址,高位4位1为逻辑页号,在页表中对应物理块号3,因此物理地址为3D16H

题2:

某进程有4个页面,页号为0~3,页面变换表及状态位,访问位和修改位的含义如下图所示,若系统给该进程分配3个存储块,当访问前页面1不在内存时,淘汰表中页号为(D)的页面代价最小。

页号页帧号状态位访问位修改位
06111
1-000
23111
32110
状态位含义0 不在内存
状态位含义1 在内存、
访问位含义0 未访问过
访问位含义1 访问过
修改位含义0 未修改过
修改位含义1 修改过
  • A.0
  • B.1
  • C.2
  • D.3

快表

是一块小容量的相联存储器,由快速存储器组成,按内容访问,速度快,并且可以从硬件上保证按内容并行查处,一般用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号

快表是将页表村庄与cache中,慢表将页表存在于内存上。

因此慢表需要访问2次内存才能取出页,而快表是访问1次cache和1次内存,因此更快

段式存储管理

将进程空间分为1个个段,每段也有段号和段内地址,与页式存储不同的式,每段物理大小不同,分段式根据逻辑整体分开段的。

地址表示:(段号,段内偏移):其中段内偏移不能超过该段号对应的段长,否则越界错误,而此地址对应的真正内存地址应该是:段号对应的基地址+段内偏移

例题:设某进程的段表如下所示,逻辑地址(B)可以转换未对应的物理地址

段号基地址段长
01598600
148650
290100
313272988
41952960
  • A.(0,1597)、(1,30)和(3,1398)
  • B.(0,128)、(1,30)和(3,1390)
  • C.(0,1597)、(2,98)和(3,1390)
  • D.(0,128)、(2,98)和(4,1066)

解析:(段号,段内偏移)其中段内偏移不能超过该段号对应的段长,否则越界错误。

A:段号0,对应的段长是600,而A选择中段长是1597。所以A错误

C同A

D:段号0,段长128,128<600。段号2,段长98,98小于100。段号4,段长1066,1066>960,已经越界,错误。

所以ACD错误,B正确

段页式存储管理

对进程空间先分段,后分页,具体原理图和优点缺点如下

  • 优点:空间资源小,存储共享容易,能动态连接
  • 缺点:由于管理软件的增加,复杂性和开销也增加,执行速度下降

文件结构

计算机系统中采用的索引文件结构如左图所示:

系统中由13个索引节点,0-9为直接索引,即每个索引节点存放的式内存,假设每个物理盘大小为4KB,共可存4KB*10=40KB数据;

1号索引节点为1级间接索引节点,大小为4KB,存放的并非直接数据,而是链接到直接物理盘块的地址,假设每个地址占4B,则共有1024个地址,对应1024个物理盘,可存1024*4BK=4098KB.

二级索引节点类似,直接盘存放一级地址,一级地址再存放物理盘块地址,而后链接到存放数据的物理盘块,容量又扩大了1个数量级为1024*1024*4KB数据

真题:设文件索引节点中有8个地址项,每个地址项大小为4字节(B),其中5个地址为直接索引,2个地址项是一级间接索引地址,1个地址是二级间接地址索引,磁盘索引块和磁盘块大小均为1KB,若要访问文件的逻辑块分别为5和518,则系统应采用(),而且表示的单个文件最大长度是()

  • A.直接地址索引和一级间接地址索引
  • B.直接地址索引和一级间接地址索引
  • C.一级间接地址索引和二级地址索引
  • D.一级间接地址索引和一级地址索引
  • A.517
  • B.1029
  • C.16513
  • D.66053

解析:有5个地址项为直接地址索引,索引直接地址索引涉及到的逻辑块号为:0~4,2个地址项为一级间接地址索引,每个一级间接索引节点对应的逻辑块个数为1KB/4B=256个。所以一级间接所以涉及到的逻辑块号为:5-516。二级间接所以多对应的逻辑块号几位:517以上,可表示的单个文件的长度,首先计算直接地址索引,就是5个数据块,为5KB,而后一级间接地址索引,可表示256个数据库,即256KB。二级间接256*256KB,全部加起来共5+256*2+256*256=66053

树形文件目录

相对路径:是从当前路径开始的路径

绝对路径:是从根目录开始的路径

全文件名=绝对路径+文件名(绝对路径和相对路径是不加最后的文件名,只是单纯的路径序列)

树形结构主要是区分相对路径和绝对路径,如左图所示

空闲存储空间管理

  • 空闲区表法:将所有空闲空间整合成一张表,即空闲文件目录。
  • 空闲链表法:将所有空闲空间链接成1个链表,根据需要分配。
  • 成组链接法:即分组,每组内又链接成链表,是上述2种方法的综合。
  • 位示图法:对每个物理空间用1位标识,为1则使用,为0则空闲,形成1张位示图法

真题:某文件管理系统采用位示图(bitmap)记录磁盘的使用情况。如果系统的字长为32位,磁盘物理块的大小位4MB,物理块依次编号为:0、1、2、3.......,位示图依次编号位::0、1、2、3.......,那么16385号物理块的使用情况在位示图种的第()个字中描述:如果磁盘的容量位100GB,那么位示图需要()个字来表示

A. - 127 B 256 C 512 D 1024

A 1200 B 3200 C 6400 D 8000

解析:在位示图中,1个物理块占1个字节中的1位,第16385占到16386位(从0开始),16386/32=512余数2,可知,其在513个字中描述,但因为从0开始编号,是第512个字;磁盘容量100GB,共100GB/4MB=250*1024个物理块,需要250Kb表示,即250*1024bit/32bit=8000个字。

设备管理

设吧的分类方式

  • 按数据组织分类:块设备,字符设备
  • 资源分配角度分类:独占设备,共享设备和虚拟设备
  • 数据传输速率分类:低速设备,中速设备,高速设备

I/0软件层次结构

输入输出技术

  • 程序控制(查询)方式:CPU主动查询外设是否完成数据传输,效率极低
  • 程序中断方式:外设完成数据传输后,向CPU发送中断,等待CPU处理数据,效率相对较高,适用于键盘等实时性较高的场景
  • 中断响应时间指的是从发出中断请求到开始进入中断处理程序;中断处理时间值的是从中断处理开始到中断处理结束。中断向量提供中段服务程序的入口地址。多级中断嵌套,使用堆栈来保护断点和现场
  • DMA方式(直接主存存取):CPU只需要完成必要的初始化等操作,数据传输的整个过程都由DMA控制器来完成,在主存和外设之间建立的数据通路,效率很高。适用于硬盘等高速设备

在1个总线周期结束后,CPU会响应DMA请求开始读取数据:CPU响应程序中断方式请求是在1条指令执行结束时:区分指令执行结束和总线周期结束

虚拟设备和SPOOLING技术

1台实际的物理设备

引入SPOOLING技术,就是在外设上建立2个数据缓冲区,分别称为输入井和输出井,这样无论多少进程,都可以在公用这台打印机,只需要将打印机命令发出,数据就会排队在缓存区中,打印机会自动按顺序打印,实现了物理外设的共享,使得每个进程都感觉在使用1个打印机,这就是物理设备的虚拟化。如右图

真题:计算机系统中主机和外设间的输入输出控制方式又多种,其中占用主机CPU时间最多的是()方式

  • A、通道
  • B、DMA
  • B、中断
  • D、程序查询

解析:在计算机中,输入输出控制方式有5种,分别是程序查询方式(程序控制方式)、程序中断方式、DMA工作方式、I/0处理机。这5种方式占用CPU时间安多到少排序为:

程序查询方式>程序中断方式>DMA工作方式>通道方式>I/O处理机



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