免费智能真题库 > 历年试卷 > 系统架构设计师 > 2019年下半年 系统架构设计师 上午试卷 综合知识
  第2题      
  知识点:   存储组织   进程   内存
  章/节:   操作系统       

 
进程P有8个页面,页号分别为0~7,页面大小为4K,假设系统给进程P分配了4个存储块,进程P的页面变换表如下所示。表中状态位等于1和0分别表示页面在内存和不在内存。若进程P要访问的逻辑地址为十六进制5148H,则该地址经过变换后,其物理地址应为十六进制_  (2)    ;如果进程P要访问的页面6不在内存,那么应该淘汰页号为_  (3)    的页面。
 
 
  A.  3148H
 
  B.  5148H
 
  C.  7148H
 
  D.  9148H
 
 
 

 
  第2题    2013年下半年  
   35%
某操作系统采用分页存储管理方式,下图给出了进程A和进程B的页表结构,如果物理页的大小为512字节,那么进程A逻辑地址为1111(十进..
  第3题    2010年下半年  
   57%
某虚拟存储系统采用最近最少使用(LRU)页面淘汰算法,假定系统为每个作业分配4个页面的主存空间,其中一个页面用来存放程序。现有..
  第1题    2013年下半年  
   50%
某操作系统采用分页存储管理方式,下图给出了进程A和进程B的页表结构,如果物理页的大小为512字节,那么进程A逻辑地址为1111(十进..
   知识点讲解    
   · 存储组织    · 进程    · 内存
 
       存储组织
        虚拟存储器可以分为单一连续分区、固定分区、可变分区、可重定位分区、页式、段式、段页式7种。
        (1)单一连续分区。把所有用户区都分配给唯一的用户作业,当作业被调度时,进程全部进入内存,一旦完成,所有内存恢复空闲,因此,它不支持多道程序设计。
        (2)固定分区。这是支持多道程序设计的最简单的存储管理方法,它把内存划分成若干个固定的和大小不同的分区,每个分区能够装入一个作业,分区的大小是固定的,算法简单,但是容易生成较多的存储器碎片。
        (3)可变分区。引入可变分区后虽然内存分配更灵活,也提高了内存利用率,但是由于系统在不断地分配和回收中,必定会出现一些不连续的小的空闲区,尽管这些小的空闲区的总和超过某一个作业要求的空间,但是由于不连续而无法分配,产生了碎片。解决碎片的方法是拼接(紧凑),即向一个方向(如向低地址端)移动已分配的作业,使那些零散的小空闲区在另一方向连成一片。分区的拼接技术,一方面是要求能够对作业进行重定位,另一方面系统在拼接时要耗费较多的时间。
        (4)可重定位分区。这是克服固定分区碎片问题的一种存储分配方法,它能够把相邻的空闲存储空间合并成一个完整的空区,还能够整理存储器内各个作业的存储位置,以达到消除存储碎片和紧缩存储空间的目的。紧缩工作需要花费大量的时间和系统资源。
        (5)页式。页式存储组织的基本原理是将各进程的虚拟空间划分为若干个长度相等的页,把内存空间以与页相等的大小划分为大小相等的片或页面,采用请求调页或预调页技术实现内外存的统一管理。页式存储组织的主要优点是利用率高,产生的内存碎片小,内存空间分配及管理简单。主要缺点是要有相应的硬件支持,增加了系统开销;请求调页的算法如选择不当,有可能产生抖动现象。
        (6)段式。一个作业是由若干个具有逻辑意义的段(如主程序、子程序、数据段等)组成。段式存储管理中,允许程序(作业)占据内存中若干分离的分区。分段系统中的虚地址是一个有序对(段号,段内位移)。系统为每一个作业建立一个段表,其内容包括段号与内存起始地址的对应关系、段长和状态等。状态指出这个段是否已调入内存,若已调入内存,则指出这个段的起始地址位置,状态同时也指出这个段的访问权限。如果该段尚未调入内存,则产生缺段中断,以便装入所需要的段。段式存储管理的主要优点是便于多道程序共享内存,便于对存储器的保护,各段程序修改互不影响。其缺点是内存利用率低,内存碎片浪费大。
        (7)段页式。这是分段式和分页式结合的存储管理方法,充分利用了分段管理和分页管理的优点。作业按逻辑结构分段,段内分页,内存分块。作业只需将部分页装入即可运行,所以支持虚拟存储,可实现动态连接和装配。
        现在,最常见的虚存组织有分段技术、分页技术、段页式技术3种。下面把这3种存储组织的特点列于下表。
        
        常见的虚存组织
        说明:段内偏移也称为段内地址,页内偏移也称为页内地址。
        例如:某页式存储系统的地址变换过程如下图所示。假定页面的大小为8K,下图中所示的十进制逻辑地址9612经过地址变换后,形成的物理地址a应为十进制多少呢?
        
        页式存储系统的地址变换过程
        因为8K=213,所以页内地址有13位。逻辑地址9612转换成二进制,得到10 0101 1000 1100,这里的低13位为页内偏移量,最高一位则为页号,所以逻辑地址9612的页号为1,根据上图的对照表,即物理块号为3(二进制形式为11)。把物理块号和页内偏移地址拼合得到110 0101 1000 1100,再转换为十进制,得到25 996。
        :在现行的虚存组织方面,最常见的就是段页式管理。在进行虚实地址转换时,可以采用的公式如下:
        (((x)+s)+p)×2n+d
        其中x为基号,s为段号,p为段内页号,d为页内偏移,n的值为d的总位数,(x)表示x里的内容。
 
       进程
        简单而言,一个进程就是一个正在运行的程序。一般来说,一个进程至少应该包括以下几个方面的内容。
        .相应的程序:进程既然是一个正在运行的程序,当然需要有相应程序的代码和数据。
        .CPU上下文:指程序在运行时,CPU中各种寄存器的当前值,包括:程序计数器,用于记录将要取出的指令的地址;程序状态字,用于记录处理器的运行状态信息;通用寄存器,用于存放数据或地址;段寄存器,用于存放程序中各个段的地址;栈指针寄存器,用于记录栈顶的当前位置。
        .一组系统资源:包括操作系统用来管理进程的数据结构、进程的内存地址空间、进程正在使用的文件等。
        进程有动态性、独立性和并发行三个特性。
        (1)动态性。进程是一个正在运行的程序,而程序的运行状态是在不断地变化的。例如,当一个程序在运行的时候,每执行完一条指令,PC寄存器的值就会增加,指向下一条即将执行的指令。而CPU中用来存放数据和地址的那些通用寄存器,它们的值肯定也不断地变化。另外,堆和栈的内容也在不断地变化,每当发生一次函数调用时,就会在栈中分配一块空间,用来存放此次函数调用的参数和局部变量。而当函数调用结束后,这块栈空间就会被释放掉。
        (2)独立性。一个进程是一个独立的实体,是计算机系统资源的使用单位。每个进程都有自己的运行上下文和内部状态,在它运行的时候独立于其他的进程。
        (3)并发性。从宏观上来看,在系统中同时有多个进程存在,它们相互独立地运行。
        下图表示四个进程A、B、C、D在系统中并发地运行。从中可以看出,虽然从宏观上来说,这四个进程都是在系统中运行,但从微观上来看,在任何一个特定的时刻,只有一个进程在CPU上运行。从时间上来看,开始是进程A在运行,然后是进程B在运行,然后是进程C和进程D。接下来又轮到了进程A去运行。因此,在单CPU的情形下,所谓的并发性,指的是宏观上并发运行,而微观上还是顺序运行,各个进程轮流去使用CPU资源。
        
        四个进程在并发运行
        在具体实现上,以CPU中的程序计数器PC为例,真正物理上的PC寄存器只有一个。当四个进程在轮流执行时,PC取值的运动轨迹是先在进程A内部流动,然后再到进程B的内部流动,再到进程C和D。从进程的独立性角度来说,每个进程都有“自己”独立的PC寄存器,即逻辑上的PC寄存器,它们的取值相互独立、互不影响。所谓的逻辑PC,其实就是一个内存变量。例如,在上图中,当进程A要执行的时候,就把A的逻辑PC的值拷贝到物理PC中,然后开始运行。当轮到B运行的时候,先把物理PC的当前值保存到A的逻辑PC中,然后再把B的逻辑PC的值装入到物理PC中,即可运行。这样就实现了各个进程的轮流运行。
 
       内存
        除了CPU,内存也是影响系统性能的最常见的瓶颈之一。看系统内存是否够用的一个重要参考就是分页文件的数目,分页文件是硬盘上的真实文件,当操作系统缺少物理内存时,它就会把内存中的数据挪到分页文件中去,如果单位时间内此类文件使用频繁(每秒个数大于5),那就应该考虑增加内存。具体考察内存的性能的参数包括内存利用率、物理内存和虚拟内存的大小。
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第2题    在手机中做本题