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第7章 实存储管理技术 引言 7．1 存储管理的基本概念 7．2 连续分配存储管理方式 7．3 离散分配存储管理方式 引言 存储器是一种最重要的计算机资源，内存管理一直是操作系统最主要的功能之一。早期的存储器价格比较昂贵，内存容量有限。尽管现在个人计算机的存储容量已经是60年代早期最大的计算机IBM 7094的存储容量的数百倍以上，但是程序的大小也是原来的数百倍以上，正如Parkinson定律所说：“存储器有多大，程序就会有多大”。 因此，内存容量一直是计算机硬件资源中最关键而又最紧张的“瓶颈”资源。特别是在多道程序设计技术出现以后，对存储管理提出了更高的要求。一方面要使内存得到充分、有效的利用；另一方面又要为用户提供安全、方便的使用环境。这是操作系统必须解决的问题。 存储器管理技术可分为两大类：实存储器管理和虚拟存储器管理。本章研究常用的实存储管理技术，第八章研究虚拟存储管理技术。 7．1存储管理的基本概念 存储管理的主要对象是内存。对存储器管理不当，不但直接影响到存储器的利用率，而且会对系统性能产生严重影响。本节介绍存储管理需要解决的问题，存储管理方式等。 7．1．1 存储管理要解决的问题 存储分配：这是存储管理要研究的主要内容，也是本章讨论的重点。在本章中将研究各种内存分配算法，以及每种算法所要求的数据结构。 地址映射：研究各种地址变换机构，以及静态和动态重定位方法。 存储保护：研究如何确保每道程序都在自己的内存空间运行，互不干扰；研究如何保护各程序区中信息不被破坏和偷窃。 内存扩充：内存扩充研究的是如何从逻辑上扩充内存，而不是从物理上扩充内存。为了实现内存的逻辑扩充，我们采用虚拟存储管理技术，这将在第八章进行讨论。 7．1．2 存储管理的分类 连续分配方式：连续分配方式是指系统为一个用户程序分配一个连续的存储空间。这种分配方式曾被广泛应用于60?70年代的操作系统中，今天仍有它的一席之地。连续分配主要有两种： 单一连续分配方式：这种存储管理方式把内存划分成系统区和用户区两个分区，用户区仅被一个用户所独占。例如MS-DOS就是采用的单一连续分区管理方式。 分区式分配方式：这种存储分配方式适用于多道程序的存储管理，可以分为固定分区式和可变分区式。固定分区式是将内存的用户区预先划分成若干个固定大小的区域，每个区域中驻留一道程序。可变分区式是根据用户程序的大小，动态地对内存进行划分，所以每个分区的大小不是固定的，分区数目也不是固定的。可变分区式显著地提高了存储器的利用率。 7．1．2 存储管理的分类 离散分配方式：为了进一步提高内存的利用率，提高进程的并发粒度，引入了离散分配方式。它将一个用户进程离散地分配到内存中多个互不邻接的区域。离散分配方式有以下三种： 分页存储管理方式：在这种存储管理方式中，用户地址被划分成若干大小相等的区域，称为页或页面；而内存空间也相应地划分成若干个物理块，页和块的大小相等。这样，就可以将用户程序离散地分配到内存中的任意一块中，从而实现内存的离散分配，这时内存中的碎片不会超过一页。 7．1．2 存储管理的分类 分段存储管理方式：这种管理方式是从逻辑关系考虑，把用户地址空间分成若干个大小不等的段，每段可以定义一个相对完整的逻辑信息。在进行内存分配时，以段为单位，段与段之间在内存中可以不相邻接，实现离散分配。 段页式存储管理方式：这是分页和分段存储管理方式的结合，即将用户程序分成若干个段，再把每一段分成若干个页，相应地将内存空间划分成若干物理块，页和块的大小相等，将页装入块中。这种存储管理方式不但提高了内存的利用率，而且又能满足用户的要求。 7．1．2 存储管理的分类 虚拟存储管理系统：为了进一步提高内存的利用率，实现从逻辑上扩充内存的功能，引入了虚拟存储管理系统，虚拟存储管理系统有三种： 请求分页系统：请求分页系统是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分页式虚拟存储系统。它只把用户程序的部分页面（而非全部页）装入内存，就可以启动运行，以后再通过请求调页功能和页面置换功能，陆续把将要运行的页面调入内存，同时把暂不运行的页面置换到外存上，置换时以页面为单位。 7．1．2 存储管理的分类 请求分段系统：请求分段系统是在分段系统的基础上，增加了请求调段功能和分段置换功能所形成的分段式虚拟存储系统。它只把用户程序的部分段（而非全部段）装入内存，就可以启动运行，以后再通过请求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。 请求段页系统：请求段页系统是在段页式系统的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的