软件评测师操作系统基础例题4分析与答案

例题4（软件评测师2008年5月上午第6题）

内存采用段式存储管理有许多优点，但 （7） 不是其优点。

（7）A.分段是信息的逻辑单位，用户不可见

B.各段程序的修改互不影响

C.地址变换速度快且内存碎片少

D.便于多道程序共享主存的某些段

例题4分析

本题考查段式存储管理，常见的存储管理方式如下。

1. 单一连续区管理

这是最简单的存储管理方式，通常用于早期的单道批处理系统的小型机中。采用这种方式时，内存被分成两个区域，一个是系统区域，仅供操作系统使用，通常设置在内存的低端；另一个是用户区，它是除系统区以外的全部内存区域，提供给用户使用。任何时刻主存储器中最多只有一个作业，如图2-6所示。

图2-6  单一连续区管理示意

因此单一连续区存储管理只适用于单用户的情况，其特点如下。

（1）容易记住存储器的状态，不是全部空闲就是全部已分配。

（2）当作业被调度时获得全部空间。

（3）全部主存储空间都分配给一个作业。

（4）作业运行后全部用户区空间恢复为空闲。

单一连续区分配算法简单，操作系统也比较小，因而使用这样的系统很容易。但这种管理方案太简单，存在以下缺点。

（1）存储器没有得到充分利用。

（2）处理机的利用率较低，单道程序处理。一旦一个作业提出I/O请求，则CPU空闲。

（3）作业的周转时间长，当一个大作业装入系统运行后，新进入系统的小作业也必须等待大作业运行完成后才能装入运行。

（4）缺乏灵活性，要求作业的地址空间小于或等于主存可用空间；否则此作业不采用覆盖（虚拟存储）技术无法运行。

2.分区存储管理

分区管理方式把内存划分为若干个连续的区域，每个分区装入一个作业运行。分为固定分区分配、可变分区分配、可再定位式分区分配及多重分区分配等多种方式，其主要优点如下。

（1）实现了主存的共享，因而有助于多道程序设计。更有效地利用了处理机和I/O设备，从而使系统的吞吐量和作业周转时间得到了相应的改善。

（2）相对于后面介绍的存储管理方式，占用的存储容量相对较少，算法也相对简单。

（3）实现存储保护的措施也比较简单。

（4）可共享子程序及数据段。

分区分配存储管理方式的主要缺点如下。

（1）主存仍不能充分利用，存在碎片问题。

（2）不能实现对主存的扩充，因此作业大小受到主存可用空间的限制。

（3）与单一连续分配一样，要求一个作业在执行之前必须全部装入主存，因此在主存中可能包含从未使用过的信息。

（4）采用靠拢方法虽然能解决碎片问题，但有时需移动大量信息，从而损失了处理机时间。

（5）除多重分区外，多个并行作业之间不能共享存入主存的单一信息副本（如公用子程序及数据段等）。

3. 分页存储管理

分页存储管理方式将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片（称为"页"），并为各页编号。相应地，把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为"块"或"页框"（frame），在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻的物理块中。于是作业的地址空间构成一个二维地址空间，其中的任一逻辑地址都表示成有序偶（p,d），其中p是页号，d是页内位移量即相对地址。

页表列出了程序逻辑地址中的页号与主存中的物理地址块号之间的对应关系，其中包含若干个表目。表目的自然序号对应用户程序中的页号，表目中的块号是该页对应的物理块号。页面的大小应选择适中，一般为2的幂，通常为512 B~8 KB.图2-7所示为分页系统中逻辑地址到物理地址的变换示意。

图2-7  逻辑地址到地址变换过程示意

假设一个逻辑地址空间中的地址为A,页面的大小为L,则页号P和页内地址d可按下式求得：

P=Int[A/L]   即A除以L后取整。

d=A mod L即A除以L的余数。

然后根据页号查页表得到物理块号b,计算得到物理地址B=b×L+d.

进程的最后一页装不满一块而形成了不可利用的碎片，称之为"页内碎片".碎片量取决于两个因素。

（1）块或页的大小：块越小，则页内碎片越小，但会增加系统的其他开销。

（2）内存中同时运行的作业数：作业越多，碎片也会越多。

分页存储管理的具有如下特点。

（1）采用动态地址变换会增加计算机成本并降低处理机的速度。

（2）各种表格要占用一定容量的主存空间， 而且还要花费一部分处理机时间用来建立和管理这些表格。

（3）虽然碎片消除，但每个作业的最后一页一般都有不能充分利用的空白区。

（4）存储扩充问题仍未得到解决。

4. 分段存储管理

分页技术有效地实现了内存分配的非连续性，解决了碎片问题，从而大大提高了内存利用率。但是对用户作业地址空间进行分页，使之从一个一维地址空间变成二维地址空间完全由系统实现。这种分页并不是依据作业内在的逻辑关系，而是对连续的地址空间的一种固定长度的连续划分。一页通常不是一个完整的程序或数据逻辑段，一个逻辑段可能被分成若干页，不同的逻辑段也可能在同一页内。本质上，作业地址空间仍然是从0开始顺序编址的线性地址空间。它没有明显的逻辑结构关系，因此分页并不是出于用户使用的需要。这种技术对用户透明，是系统出于管理上的需要，目的是使作业地址空间与内存空间的管理在结构上一致。

在分段存储管理系统中作业地址空间的每一个单元都用两维地址（段名和段内地址）来表示，系统为每个运行作业在内存建立一个段映射表SMT（Segment Map Table），简称为"段表".根据作业的分段数n,段表包括n个表目。表目序号对应于段号，每个表目包含"段长"和"内存起始地址"两项。分段与分页的区别如下：

（1）段是信息的逻辑单位，分段出于作业逻辑上的要求。对用户来说，分段是可见的；页是信息的物理单位，分页并不是用户作业的要求，而仅仅是为了系统管理内存的方便，分页活动对用户不可见。

（2）页的大小固定，由系统决定；段的大小不固定，由用户决定。

（3）把逻辑地址分解成页号和页内位移量是机器硬件的功能，而定义为段号和段内位移量由用户决定，故页内没有地址越界问题，而段内位移量存在地址越界问题。

分段存储管理的优点如下。

（1）消除了碎片。

（2）提供了大容量的虚存。

（3）允许动态增加段的长度。

（4）便于动态装入和链接。

（5）便于实现存储保护。

分段存储管理的缺点如下。

（1）进行地址变换和实现靠拢操作要花费处理机时间，为管理各分段，要设立若干表格，提供附加的存储空间；

（2）在辅存中管理可变长度的段比较困难。

（3）段的最大长度受到实存容量的限制。

（4）会出现系统抖动现象。

4. 段页式存储管理

段页式存储管理技术吸取了分段存储管理和分页存储管理各自的优点，在这种存储管理系统中处理机给出的有效地址被划分为3个部分，即段号、页号和页内地址。

这种技术的主要优点是提供了大量的虚存空间，能有效地利用主存，为组织多道程序运行提供了方便；主要缺点是增加了硬件成本、系统的复杂性和管理上的开销，并且页面使用不充分，各种表格（如SMT和PMT等）占用主存空间，此外存在系统发生抖动的危险。

本题考查段式存储管理的优缺点，分页存储管理系统中的每一页只是存放信息的物理单位。其本身没有完整的意义，因而不便于实现信息的共享。而段却是信息的逻辑单位，各段程序的修改互不影响，无内碎片，有利于信息的共享。但段式存储管理地址变换需要花费处理机的较多时间，因此选项C不是段式存储管理的优点。

例题4答案

（7）C