在分段存儲管理系統中

A. 在無快表的段頁式存儲管理系統中，為獲得一條指令需要訪問內存多少次每次取出什麼內容

在無快表的段頁式存儲管理系統中，為獲得一條指令需要訪問內存三次。每次取出的內容分別是內存中的段表、內存中的頁表、指令或數據所在的內存頁面。

快表的命中率對訪存時間影響非常大。當命中率從85%降低到50%時，有效存取時間增加一倍。因此在頁式存儲系統中，應盡可能地提高快表的命中率，從而提高系統效率。

在有快表的分頁存儲系統中，計算有效存取時間時，需注意訪問快表與訪問內存的時間關系。通常的系統中，先訪問快表，未命中時再訪問內存；在有些系統中，快表與內存的訪問同時進行，當快表命中時就停止對內存的訪問。

(1)在分段存儲管理系統中擴展閱讀

段頁式存儲管理系統的管理方式：

1、因為作業地址空間進行段式管理，也就是說將作業地址空間分成若干個邏輯分段，並且每個段都有自己的段名（和段式存儲管理一樣）。

2、對於內存空間的管理仍然和分頁存儲管理一樣，將其分成若干個與頁面大小相同的物理塊，並對內存空間的分配都是以物理塊為單位的。

B. 分頁和分段存儲管理相同點是什麼

基本分段存儲管理方式和基本分頁存儲管理方式二者的理論基礎都是相對差不多的，二者都是建立在內存分區管理思想和程序局缺逗部性原理的基礎之上。

基本分頁存儲管理方式在存儲器管理中，連續分配方式會形成許多「碎片」，雖然可通過「緊湊」方法將許多碎租扮此片拼接成可用的大塊空間，但須為之付出很大開銷。

在分段存儲管理方式中，作業的地址空間被劃分為若干個段，每個段定義了一組邏輯信息。例如，有主程序段MAIN、子程序段X、數據段D及棧段S等。

(2)在分段存儲管理系統中擴展閱讀：

基本分段存儲管理方式和基本分頁存儲管弊迅理方式原理的結合就是段頁式系統的基本原理，即先將用戶程序分成若干個段，再把每個段分成若干個頁，並為每一個段賦予一個段名。

在段頁式系統中，為了便於實現地址變換，須配置一個段表寄存器，其中存放段表始址和段表長TL。進行地址變換時，首先利用段號S，將它與段表長TL進行比較。

C. 基本分段存儲管理方式的分段系統的基本原理

在分段存儲管理方式中，作業的地址空間被劃分為若干個段，每個段定義了一組邏輯信息。例如，有主程序段MAIN、子程序段X、數據段D及棧段S等，如圖4-17所示。每個段都有自己的名字。為了實現簡單起見，通常可用一個段號來代替段名，每個段都從0開始編址，並採用一段連續的地址空間。段的長度由相應的邏輯信息組的長度決定，因而各段長度不等。整個作業的地址空間由於是分成多個段，因而是二維的，亦即，其邏輯地址由段號(段名)和段內地址所組成。
分段地址中的地址具有如下結構：
在該地址結構中，允許一個作業最長有 64 K個段，每個段的最大長度為64 KB。分段方式已得到許多編譯程序的支持，編譯程序能自動地根據源程序的情況而產生若干個段。例如，Pascal編譯程序可以為全局變數、用於存儲相應參數及返回地址的過程調用棧、每個過程或函數的代碼部分、每個過程或函數的局部變數等等，分別建立各自的段。類似地，Fortran編譯程序可以為公共塊(Common block)建立單獨的段，也可以為數組分配一個單獨的段。裝入程序將裝入所有這些段，並為每個段賦予一個段號。 為了實現從進程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系統中設置了段表寄存器，用於存放段表始址和段表長度TL。在進行地址變換時，系統將邏輯地址中的段號與段表長度TL進行比較。若S>TL，表示段號太大，是訪問越界，於是產生越界中斷信號；若未越界，則根據段表的始址和該段的段號，計算出該段對應段表項的位置，從中讀出該段在內存的起始地址，然後，再檢查段內地址d是否超過該段的段長SL。若超過，即d>SL，同樣發出越界中斷信號；若未越界，則將該段的基址d與段內地址相加，即可得到要訪問的內存物理地址。
下圖示出了分段系統的地址變換過程。
像分頁系統一樣，當段表放在內存中時，每要訪問一個數據，都須訪問兩次內存，從而極大地降低了計算機的速率。解決的方法也和分頁系統類似，再增設一個聯想存儲器，用於保存最近常用的段表項。由於一般情況是段比頁大，因而段表項的數目比頁表項的數目少，其所需的聯想存儲器也相對較小，便可以顯著地減少存取數據的時間，比起沒有地址變換的常規存儲器的存取速度來僅慢約10%～15%。

D. 分區存儲管理中常用哪些分配策略

1、固定分區存儲管理
其基本思想是將內存劃分成若干固定大小的分區，每個分區中最多隻能裝入一個作業。當作業申請內存時，系統按一定的演算法為其選擇一個適當的分區，並裝入內存運行。由於分區大小是事先固定的，因而可容納作業的大小受到限制，而且當用戶作業的地址空間小於分區的存儲空間時，造成存儲空間浪費。

一、空間的分配與回收

系統設置一張「分區分配表」來描述各分區的使用情況，登記的內容應包括：分區號、起始地址、長度和佔用標志。其中佔用標志為「0」時，表示目前該分區空閑；否則登記佔用作業名（或作業號）。有了「分區分配表」，空間分配與回收工作是比較簡單的。

二、地址轉換和存儲保護

固定分區管理可以採用靜態重定位方式進行地址映射。

為了實現存儲保護，處理器設置了一對「下限寄存器」和「上限寄存器」。當一個已經被裝入主存儲器的作業能夠得到處理器運行時，進程調度應記錄當前運行作業所在的分區號，且把該分區的下限地址和上限地址分別送入下限寄存器和上限寄存器中。處理器執行該作業的指令時必須核對其要訪問的絕對地址是否越界。

三、多作業隊列的固定分區管理

為避免小作業被分配到大的分區中造成空間的浪費，可採用多作業隊列的方法。即系統按分區數設置多個作業隊列，將作業按其大小排到不同的隊列中，一個隊列對應某一個分區，以提高內存利用率。

2、可變分區存儲管理
可變分區存儲管理不是預先將內存劃分分區，而是在作業裝入內存時建立分區，使分區的大小正好與作業要求的存儲空間相等。這種處理方式使內存分配有較大的靈活性，也提高了內存利用率。但是隨著對內存不斷地分配、釋放操作會引起存儲碎片的產生。

一、空間的分配與回收

採用可變分區存儲管理，系統中的分區個數與分區的大小都在不斷地變化，系統利用「空閑區表」來管理內存中的空閑分區，其中登記空閑區的起始地址、長度和狀態。當有作業要進入內存時，在「空閑區表」中查找狀態為「未分配」且長度大於或等於作業的空閑分區分配給作業，並做適當調整；當一個作業運行完成時，應將該作業佔用的空間作為空閑區歸還給系統。

可以採用首先適應演算法、最佳（優）適應演算法和最壞適應演算法三種分配策略之一進行內存分配。

二、地址轉換和存儲保護

可變分區存儲管理一般採用動態重定位的方式，為實現地址重定位和存儲保護，系統設置相應的硬體：基址/限長寄存器（或上界/下界寄存器）、加法器、比較線路等。

基址寄存器用來存放程序在內存的起始地址，限長寄存器用來存放程序的長度。處理機在執行時，用程序中的相對地址加上基址寄存器中的基地址，形成一個絕對地址，並將相對地址與限長寄存器進行計算比較，檢查是否發生地址越界。

三、存儲碎片與程序的移動

所謂碎片是指內存中出現的一些零散的小空閑區域。由於碎片都很小，無法再利用。如果內存中碎片很多，將會造成嚴重的存儲資源浪費。解決碎片的方法是移動所有的佔用區域，使所有的空閑區合並成一片連續區域，這一技術稱為移動技術（緊湊技術）。移動技術除了可解決碎片問題還使內存中的作業進行擴充。顯然，移動帶來系統開銷加大，並且當一個作業如果正與外設進行I/O時，該作業是無法移動的。

3、頁式存儲管理

基本原理

1．等分內存

頁式存儲管理將內存空間劃分成等長的若干區域，每個區域的大小一般取2的整數冪，稱為一個物理頁面有時稱為塊。內存的所有物理頁面從0開始編號，稱作物理頁號。

2．邏輯地址

系統將程序的邏輯空間按照同樣大小也劃分成若干頁面，稱為邏輯頁面也稱為頁。程序的各個邏輯頁面從0開始依次編號，稱作邏輯頁號或相對頁號。每個頁面內從0開始編址，稱為頁內地址。程序中的邏輯地址由兩部分組成：

邏輯地址
頁號p
頁內地址 d

3．內存分配

系統可用一張「位示圖」來登記內存中各塊的分配情況，存儲分配時以頁面（塊）為單位，並按程序的頁數多少進行分配。相鄰的頁面在內存中不一定相鄰，即分配給程序的內存塊之間不一定連續。

對程序地址空間的分頁是系統自動進行的，即對用戶是透明的。由於頁面尺寸為2的整數次冪，故相對地址中的高位部分即為頁號，低位部分為頁內地址。

3.5.2實現原理

1．頁表

系統為每個進程建立一張頁表，用於記錄進程邏輯頁面與內存物理頁面之間的對應關系。地址空間有多少頁，該頁表裡就登記多少行，且按邏輯頁的順序排列，形如：

邏輯頁號
主存塊號

0
B0

1
B1

2
B2

3
B3

2．地址映射過程

頁式存儲管理採用動態重定位，即在程序的執行過程中完成地址轉換。處理器每執行一條指令，就將指令中的邏輯地址（p,d）取來從中得到邏輯頁號(p)，硬體機構按此頁號查頁表，得到內存的塊號B』，便形成絕對地址（B』,d）,處理器即按此地址訪問主存。

3．頁面的共享與保護

當多個不同進程中需要有相同頁面信息時，可以在主存中只保留一個副本，只要讓這些進程各自的有關項中指向內存同一塊號即可。同時在頁表中設置相應的「存取許可權」，對不同進程的訪問許可權進行各種必要的限制。

4、段式存儲管理

基本原理

1．邏輯地址空間

程序按邏輯上有完整意義的段來劃分，稱為邏輯段。例如主程序、子程序、數據等都可各成一段。將一個程序的所有邏輯段從0開始編號，稱為段號。每一個邏輯段都是從0開始編址，稱為段內地址。

2．邏輯地址

程序中的邏輯地址由段號和段內地址（s,d）兩部分組成。

3．內存分配

系統不進行預先劃分，而是以段為單位進行內存分配，為每一個邏輯段分配一個連續的內存區（物理段）。邏輯上連續的段在內存不一定連續存放。

3．6．2實現方法

1．段表

系統為每個進程建立一張段表，用於記錄進程的邏輯段與內存物理段之間的對應關系，至少應包括邏輯段號、物理段首地址和該段長度三項內容。

2．建立空閑區表

系統中設立一張內存空閑區表，記錄內存中空閑區域情況，用於段的分配和回收內存。

3．地址映射過程

段式存儲管理採用動態重定位，處理器每執行一條指令，就將指令中的邏輯地址（s,d）取來從中得到邏輯段號(s)，硬體機構按此段號查段表，得到該段在內存的首地址S』， 該段在內存的首地址S』加上段內地址d，便形成絕對地址（S』+d），處理器即按此地址訪問主存。

5、段頁式存儲管理

頁式存儲管理的特徵是等分內存，解決了碎片問題；段式存儲管理的特徵是邏輯分段，便於實現共享。為了保持頁式和段式上的優點，結合兩種存儲管理方案，形成了段頁式存儲管理。

段頁式存儲管理的基本思想是：把內存劃分為大小相等的頁面；將程序按其邏輯關系劃分為若干段；再按照頁面的大小，把每一段劃分成若干頁面。程序的邏輯地址由三部分組成，形式如下：

邏輯地址
段號s
頁號p
頁內地址d

內存是以頁為基本單位分配給每個程序的，在邏輯上相鄰的頁面內存不一定相鄰。

系統為每個進程建立一張段表，為進程的每一段各建立一張頁表。地址轉換過程，要經過查段表、頁表後才能得到最終的物理地址。

E. 採用什麼存儲管理方式不會產生內部碎片

在分段存儲管理方式中，作業的地址空間被劃分為若干個段，每禪衡枝個段定義了一組邏輯信息。分段系統的一個突出優點，是易於實現段的共享，即允許若干個進程共享一個或多個分段，且對段的保護也十分簡單易行。

內部碎片就是為每個進程分布的內存空間之中所沒有被使用到的內存碎片。通常出現在分頁式存儲管理之中。分段式存儲管理不會產生內部碎片歸根結底是由分段本身的定義出發的。如果說分頁式是系統對內存的分割，那麼分段式就是用戶對程序數據的分割。將一個程序分段是有邏輯意義的獨立單位的，故不會產生內部碎片。

引入分段攔姿式存儲管理本就在一定程度上賀敏解決了內部碎片，並且滿足了用戶的需求。但是分段式存儲管理也有不足之處，內存利用率變低了。

F. 分段存儲管理需提供二維地址

一. 分頁存儲管理
1.基本思想
用戶程序的地址空間被劃分成若干固定大小的區域，稱為「頁」，相應地，內存空間分成若干個物理塊，頁和塊的大小相等。可將用戶程序的任一頁放在內存的任一塊中，實現了離散分配。
2. 分頁存儲管理的地址機構
15 12 11 0
頁號P 頁內位移量W
頁號4位，每個作業最多2的4次方=16頁，表示頁號從0000~1111（24-1），頁內位移量的位數表示頁的大小，若頁內位移量12位，則2的12次方=4k，頁的大小為4k，頁內地址從000000000000~111111111111
若給定一個邏輯地址為A，頁面大小為L，則
頁號P=INT[A/L]，頁內地址W=A MOD L
3. 頁表
分頁系統中，允許將進程的每一頁離散地存儲在內存的任一物理塊中，為了能在內存中找到每個頁面對應的物理塊，系統為每個進程建立一張頁面映射表，簡稱頁表。頁表的作用是實現從頁號到物理塊號的地址映射。
頁表：
頁號 物理塊號 存取控制
0 2
1 15（F）
2 14（E）
3 1
4. 地址變換
（1） 程序執行時，從PCB中取出頁表始址和頁表長度（4），裝入頁表寄存器PTR。
（2） 由分頁地址變換機構將邏輯地址自動分成頁號和頁內地址。
例：11406D=0010|110010001110B=2C8EH
頁號為2,位移量為C8EH=3214D
或11406 DIV 4096=2
11406 MOD 4096=3214
（3） 將頁號與頁表長度進行比較(2<4)，若頁號大於或等於頁表長度，則表示本次訪問的地址已超越進程的地址空間，產生越界中斷。
（4） 將頁表始址與頁號和頁表項長度的乘積相加，便得到該頁表項在頁表中的位置。
（5） 取出頁描述子得到該頁的物理塊號。 2 14（E）
（6） 對該頁的存取控制進行檢查。
（7） 將物理塊號送入物理地址寄存器中，再將有效地址寄存器中的頁內地址直接送入物理地址寄存器的塊內地址欄位中，拼接得到實際的物理地址。
例：0010|110010001101B
1110|110010001101B=EC8EH=60558D
或 14*4096+3214=60558D
5. 具有快表的地址變換機構
分頁系統中，CPU每次要存取一個數據，都要兩次訪問內存（訪問頁表、訪問實際物理地址）。為提高地址變換速度，增設一個具有並行查詢能力的特殊高速緩沖存儲器，稱為「聯想存儲器」或「快表」，存放當前訪問的頁表項。

二．分段存儲管理
1.基本思想
將用戶程序地址空間分成若干個大小不等的段，每段可以定義一組相對完整的邏輯信息。存儲分配時，以段為單位，段與段在內存中可以不相鄰接，也實現了離散分配。
2. 分段存儲方式的引入
方便編程
分段共享
分段保護
動態鏈接
動態增長
3. 分段地址結構
作業的地址空間被劃分為若干個段，每個段定義了一組邏輯信息。常式序段、數據段等。每個段都從0開始編址，並採用一段連續的地址空間。
段的長度由相應的邏輯信息組的長度決定，因而各段長度不等。整個作業的地址空間是二維的。
15 12 11 0
段號 段內位移量
段號4位，每個作業最多24=16段，表示段號從0000~1111（24-1）；段內位移量12位，212=4k，表示每段的段內地址最大為4K（各段長度不同），從000000000000~111111111111
4. 段表
段號 段長 起始地址 存取控制
0 1K 4096
1 4K 17500
2 2K 8192
5. 地址變換
(1). 程序執行時，從PCB中取出段表始址和段表長度（3），裝入段表寄存器。
(2). 由分段地址變換機構將邏輯地址自動分成段號和段內地址。
例：7310D=0001|110010001110B=1C8EH
段號為1,位移量為C8EH=3214D
(3). 將段號與段表長度進行比較(1<3)，若段號大於或等於段表長度，則表示本次訪問的地址已超越進程的地址空間，產生越界中斷。
(4). 將段表始址與段號和段表項長度的乘積相加，便得到該段表項在段表中的位置。
(5). 取出段描述子得到該段的起始物理地址。1 4K 17500
(6). 檢查段內位移量是否超出該段的段長(3214<4K)，若超過，產生越界中斷。
(7). 對該段的存取控制進行檢查。
(8). 將該段基址和段內地址相加，得到實際的物理地址。
例：0001|110010001101B
起始地址17500D+段內地址3214D=20714D
三．分頁與分段的主要區別
分頁和分段有許多相似之處,比如兩者都不要求作業連續存放.但在概念上兩者完全不同,主要表現在以下幾個方面:
(1)頁是信息的物理單位,分頁是為了實現非連續分配,以便解決內存碎片問題,或者說分頁是由於系統管理的需要.段是信息的邏輯單位,它含有一組意義相對完整的信息,分段的目的是為了更好地實現共享,滿足用戶的需要.
(2)頁的大小固定,由系統確定,將邏輯地址劃分為頁號和頁內地址是由機器硬體實現的.而段的長度卻不固定,決定於用戶所編寫的程序,通常由編譯程序在對源程序進行編譯時根據信息的性質來劃分.
(3)分頁的作業地址空間是一維的.分段的地址空間是二維的.
四．段頁式存儲管理
1．基本思想：
分頁系統能有效地提高內存的利用率，而分段系統能反映程序的邏輯結構，便於段的共享與保護，將分頁與分段兩種存儲方式結合起來，就形成了段頁式存儲管理方式。
在段頁式存儲管理系統中，作業的地址空間首先被分成若干個邏輯分段，每段都有自己的段號，然後再將每段分成若干個大小相等的頁。對於主存空間也分成大小相等的頁，主存的分配以頁為單位。
段頁式系統中，作業的地址結構包含三部分的內容：段號 頁號 頁內位移量
程序員按照分段系統的地址結構將地址分為段號與段內位移量，地址變換機構將段內位移量分解為頁號和頁內位移量。
為實現段頁式存儲管理，系統應為每個進程設置一個段表，包括每段的段號，該段的頁表始址和頁表長度。每個段有自己的頁表，記錄段中的每一頁的頁號和存放在主存中的物理塊號。
2．地址變換的過程：
（1）程序執行時，從PCB中取出段表始址和段表長度，裝入段表寄存器。
（2）由地址變換機構將邏輯地址自動分成段號、頁號和頁內地址。
（3）將段號與段表長度進行比較，若段號大於或等於段表長度，則表示本次訪問的地址已超越進程的地址空間，產生越界中斷。
（4）將段表始址與段號和段表項長度的乘積相加，便得到該段表項在段表中的位置。
（5）取出段描述子得到該段的頁表始址和頁表長度。
（6）將頁號與頁表長度進行比較，若頁號大於或等於頁表長度，則表示本次訪問的地址已超越進程的地址空間，產生越界中斷。
（7）將頁表始址與頁號和頁表項長度的乘積相加，便得到該頁表項在頁表中的位置。
（8）取出頁描述子得到該頁的物理塊號。
（9）對該頁的存取控制進行檢查。
（10）將物理塊號送入物理地址寄存器中，再將有效地址寄存器中的頁內地址直接送入物理地址寄存器的塊內地址欄位中，拼接得到實際的物理地址。