考研复试操作系统面试题（五）-内存管理

编译、链接、装入

编译：编译程序将源码编译成目标模块；

链接：链接程序将目标模块和函数库链接，形成装入模块；

装入：装入程序将装入模块装入内存运行。

链接又分为：静态链接、装入时动态连接、运行时动态连接。

静态链接：装入前一次性链接完成。

装入时动态链接：边装入边链接。

运行时动态链接：在程序要执行到目标模块时才进行链接，优点是易于更新和修改，便于实现目标模块的共享。

装入又分为：绝对装入、可重定位装入、动态运行时装入。

绝对装入：知道程序在内存中驻留的位置，编译程序产生绝对地址。

可重定位装入：多道环境中，多个模块的起始地址都从0开始，程序中的其它地址都是相对起始地址的。特点是：作业装入内存必须给它一次性分配所需空间，运行期间不可移动，不可再次申请内存空间。

动态运行时装入：程序装入内存后，并不立刻转化成绝对地址，而是到真正要运行这段程序时在转换。特点是：可以将程序分配到不连续的内存；可以只装入部分代码就能运行；可动态申请内存；需要重定位寄存器支持。

内存保护如何实现的？

内存保护采用两种方法：①上下限寄存器法；②重定位寄存器和界地址寄存器组合法。

第二种方法中：界地址寄存器含有逻辑地址的最大地址，是用来“比较”的；重定位寄存器含有物理地址最小值，是用来“加”的。

逻辑地址和物理地址

逻辑地址：编译后每个目标模块都从0开始编制，叫做相对地址或逻辑地址。

物理地址：是地址转换后的最终地址。装入程序将代码装入内存，必须将逻辑地址变成物理地址，称为地址重定位。

单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配的比较？

单一连续分配：将内存分成系统区和用户区。优点：简单、无外部碎片；缺点：适用于单道程序，有内部碎片，内存利用率非常低。

固定分区分配：将内存空间划分成大小固定的分区，每个分区只装入一个作业。分区大小可以相等也可以不等。优点：可以多道程序；缺点是：分区固定不变，程序不能太大，否则放不进去，有内部碎片；内存利用率低。

动态分区分配：不预先划分分区，而是等程序装入内存时再划分。优点是：可以使分区大小刚好合适。缺点是：会产生较小的外部碎片分配不出去。

动态分区有哪些策略？

首次适应算法、最佳适应、最坏适应、邻近适应算法。

覆盖与交换的概念？

覆盖是在同一程序或进程中进行的。交换是在不同进程之间进行的。

多级页表解决了什么问题，带来了什么问题？

解决了当逻辑地址空间大时，页表的长度会大大增加的问题。带来了采用多级页表时，一次访盘需要多次访问内存甚至磁盘，会增加一次访问的时间。

描述页式存储管理。

思想：把主存空间划分成大小相等且固定的块，块相对较小，作为主存的基本单位。每个进程也以块为单位划分。不会产生外部碎片，平均只会产生半个块大小内部碎片。

进程中的页称为页，内存中的页称为页框。外存中也进行划分称为块。

页式存储管理由：页及相关概念、地址结构、页表、地址变换机构组成。

地址结构包括：页号、页内偏移。

页表的组成包括：页号、块号。

地址变换是硬件自动完成的；分页机制是对用户完全透明的。

描述段式存储管理

这种管理方式考虑到了程序员的感受，以满足方便变成、信息保护和共享、动态增长及动态链接等要求。它按用户进程中的自然段划分逻辑空间，每个段从0开始编址，并分配连续的地址空间。段内连续，段之间可以不连续。

段式存储管理由：分段、段表、地址结构、地址变换机构组成。

段表结构包括：段号，段长，段的起始地址

段地址的组成：段号、段内的偏移。

虚拟存储器的定义和特性

定义:基于局部性原理，只需要把程序的一部分装入内存就可运行起来。在执行过程中，程序要访问的信息不在内存，由操作系统将所需的部分调入内存执行。操作系统将暂时不用的内容换出到外存上，空闲空间存放从外存换入的信息。这样操作系统就好像为用户提供了一个比实际内存大得多的存储器。

特性：多次性、对换性、虚拟性

虚拟内存技术的实现需要的硬件支持

1、一定容量的内存和外存；2、页表机制；3、中断机构，产生中断；4、地址变换机构

页面置换算法

最佳置换算法：最优，但由于无法预测未来，只能是理想中的算法，可以用来作为参考评估其他算法的性能。

先进先出算法：最公平，但会出现belady现象。

最近最久未用算法（LRU）：算法原理是，如果一个数据在最近一段时间没有被访问到，那么在将来它被访问的可能性也很小。算法性能好，需要寄存器和堆栈的支持。

时钟置换算法clock算法（又称为NRU最近未用算法）：时钟轮转法将所有的页组成一个圆，圆心的指针指向下一个要被置换的页面，置换前检查使用位，如果使用位为1，同样将其使用位置为0，随后将顺指针旋转，检查下一个页面，直到发现某页的使用位为0，将此页置换出内存。

描述三种页面分配策略

固定分区局部置换：系统为每个进程分配一定数量的物理块，在整个运行期间都不改变。若进程在运行过程中发生缺页，则只能从该进程在内存中的页面中选出一页换出，然后再调入需要的页面。缺点：难以确定进程所需的合适的物理块数。

可变分区全局置换：刚开始会为每个进程分配一定数量的物理块。操作系统会保持一个空闲物理块队列。当某个进程发生缺页时，从空闲的物理块中取出一块分配给该进程；缺点，有可能会盲目的给进程增加物理块，导致多道程序并发能力下降。

可变分区局部置换：刚开始会为每个进程分配一定数量的物理块。当某进程发生缺页时，只允许从该进程自己的物理块中选出一个进行换出外存。如果进程中运行中频繁缺页，系统会为该进程多分配几个物理块，直至该进程缺页率趋势适当程度；反之，如果进程在运行中缺页率特别低，则可适当减少分配给该进程的物理块。