免费智能真题库 > 历年试卷 > 软件设计师 > 2021年上半年 软件设计师 上午试卷 综合知识
  第19题      
  知识点:   虚拟存储管理   进程   内存
  章/节:   计算机软件知识       

 
进程P有5个页面,页号为0-4,页面变换表及状态位、访问位和修改位的含义如下图所示,若系统给进程P分配了3个存储块,当访问的页面3不在内存时,应该淘汰表中页号为(  )的页面。
 
 
  A.  0
 
  B.  1
 
  C.  2
 
  D.  4
 
 
 

 
  第22题    2013年上半年  
   29%
在对高级语言源程序进行编译的过程中,为源程序中变量所分配的存储单元的地址属于(22)。
  第28题    2009年上半年  
   28%
某文件系统采用链式存储管理方案,磁盘块的大小为1024字节。文件Myfile.doc 由5个逻辑记录组成,每个逻辑记录的大小与磁盘块的大..
  第28题    2012年上半年  
   30%
假设一台按字节编址的16位计算机系统,采用虚拟页式存储管理方案,页面的大小为2K,且系统中没有使用快表(或联想存储器)。某用户..
   知识点讲解    
   · 虚拟存储管理    · 进程    · 内存
 
       虚拟存储管理
               虚拟存储器的引入
               1)局部性原理
               局部性表现为时间局部性和空间局部性两类。
               (1)时间局部性。它是指最近被执行的指令可能再次被执行,最近被访问的存储空间很可能在不久的将来还要被访问。产生时间局部性的原因是在程序中存在着大量的循环操作。
               (2)空间局部性。它是指程序在一段时间内访问的地址可能集中在一定的范围内,其原因是程序的顺序执行。
               2)虚拟存储器的定义
               根据局部性原理,一个作业在运行之前,没有必要把作业全部装入主存,而仅将当前要运行的那部分页面或段先装入主存启动运行,其余部分暂时留在磁盘上。
               程序在运行时如果它所要访问的页(段)已调入主存,便可继续执行下去;但如果程序所要访问的页(段)尚未调入主存(称为缺页或缺段),程序应利用操作系统所提供的请求调页(段)功能,将它们调入主存,以使进程能继续执行下去。
               如果此时主存已满,无法再装入新的页(段),则还要再利用页(段)的置换功能,将主存中暂时不用的页(段)调出至磁盘上,腾出足够的主存空间后,再将所要访问的页(段)调入主存,使程序继续执行下去。这样,便可使一个大的用户程序在较小的主存空间中运行,也可使主存中同时装入更多的进程并发执行。从用户角度看,该系统所具有的主存容量比实际主存容量大得多,人们把这样的存储器称为虚拟存储器。
               3)虚拟存储器的功能
               虚拟存储器具有请求调入功能和置换功能,能仅把作业的一部分装入主存便可运行作业,能从逻辑上对主存容量进行扩充。其逻辑容量由主存和外存容量之和以及CPU可寻址的范围来决定,其运行速度接近于主存速度。所以说,虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术,被广泛地应用于大、中、小型机和微型机中。
               4)虚拟存储器的实现
               (1)请求分页系统。在分页系统的基础上,增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。请求分页系统中的每个页表项包括页号、物理块号、状态位P、访问字段A、修改位M和外存地址。
               (2)请求分段系统。在分段系统的基础上,增加了请求调段和分段置换功能所形成的段式虚拟存储系统。它允许只装入若干段(而非全部段)的用户程序和数据,就可以启动运行,以后再通过调段功能和置换功能将不运行的段调出,同时调入将要运行的段,置换时以段为单位。
               (3)请求段页式系统。在段页式系统的基础上,增加了请求调页和页面置换功能形成的段页式虚拟存储系统。
               5)虚拟存储器的特征
               虚拟存储器的特征包括离散性、多次性、对换性和虚拟性。
               请求分页管理的实现
               请求分页系统是在纯分页系统的基础上,增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统,是目前常用的一种虚拟存储方式。
               请求分页的页表机制是在纯分页的页表机制上形成的,由于只将应用程序的一部分调入主存,还有一部分仍在磁盘上,故需在页表中再增加若干项,如状态位、访问字段和辅存地址等供程序(数据)在换进、换出时参考。
               请求分页系统中的地址变换机构,是在分页系统的地址变换机构的基础上增加了某些功能,如产生和处理缺页中断,从主存中换出一页实现虚拟存储。
               在请求分页系统中,每当所要访问的页面不在主存时,便要产生一个缺页中断,请求OS将所缺的页调入主存,这是由缺页中断机构完成的。缺页中断与一般中断的主要区别如下。
               (1)缺页中断在指令执行期间产生和处理中断信号,而一般中断是在一条指令执行完,下一条指令开始执行前检查和处理中断信号。
               (2)发生缺页中断时,返回到被中断指令的开始重新执行该指令,而一般中断返回到下一条指令执行。
               (3)一条指令在执行期间,可能会产生多次缺页中断。
               页面置换算法
               请求分页系统的核心问题是选择合适的页面置换算法。常用的页面置换算法如下。
               (1)最佳(Optimal)置换算法。它是一种理想化的算法,性能最好,但在实际中难以实现,通常用来评价其他算法。
               (2)先进先出(FIFO)置换算法。该算法总是淘汰最先进入主存的页面,即选择在主存中驻留时间最久的页面予以淘汰。这是一种最直观,也是性能最差的算法,它有Belady异常现象,即如果对一个进程未分配它所要求的全部页面,有时就会出现分配的页面数增多但缺页率反而提高的异常现象。
               (3)最近最久未使用置换算法。该算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰,在实现时需要硬件的支持(寄存器或栈)。
               (4)最近未用置换算法。将最近一段时间未引用过的页面换出,是一种LRU的近似算法。
               工作集
               工作集是指在某段时间间隔里进程实际要访问的页面集合。工作集理论认为,虽然程序只需要少量的几页就可以运行,但为了使程序能够有效地运行,较少地产生缺页,就必须使程序的工作集驻留在主存中。
 
       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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