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
0	1
1	3
2	4
3	6

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
0	6	1	1	1
1	-	0	0	0
2	3	1	1	1
3	2	1	1	0

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

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
0	1598	600
1	486	50
2	90	100
3	1327	2988
4	1952	960

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