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第4章 存储管理 4.0 本章学习目标 4.1 概述 4.2 单道环境下的存储管理 4.3 分区存储管理 4.4 纯分页存储管理 4.5 纯段式存储管理 4.6 虚拟存储器管理 4.7 段页式存储管理 4.8 虚拟存储管理的性能分析 4.9 小结 4.0 本章学习目标 ★操作系统中的存储管理主要是指对主存的管理。 ★主存，即内存，是指处理机可以直接存取指令和数据的存储器。 ★近年来，存储器容量虽然一直在不断扩大，但仍不能满足现代软件发展的需要，因此，存储器仍然是一种宝贵而又紧俏的资源。 ★在多道程序设计技术出现后，对存储管理提出了更高的要求。 一方面，要使主存得到充分、有效地利用； 另一方面又要为用户提供方便的使用环境。 ★这两点正是本章的主要目的。 本章学习目标： 1、掌握存储管理基本知识； 2、正确理解页式存储管理、段式存储管理和段页式存储管理； 3、理解虚拟存储管理实现原理； 4、理解局部性原理与工作集概念。 4.1 概述 ★程序和数据必须装入内存，即要占用一定的内存空间才能执行和使用。 ★暂时不执行或不用的程序和数据可放在外存中。 ★ CPU不能直接访问外存，需通过I/O设备实现内、外存信息交换。 ★内存空间一般分为两部分：一部分是系统区，存放操作系统、标准子程序、例行程序和系统数据等；另一部分是用户区，用于存放用户的程序和数据等。如图4.1所示。 4.1.1 存储分配 在多道程序设计的环境中， ★当有作业进入计算机系统时，存储管理应能根据当时的内存分配状况，按作业要求分配给它适当的内存。 ★当某个作业完成不再使用内存时，应回收占用的内存空间，以便供其他用户使用。 内存分配按分配时机的不同，可分为两种方式。 （1）静态存储分配：指内存分配是在作业运行之前各目标模块连接后，把整个作业一次性全部装入内存，并在作业的整个运行过程中，不允许作业再申请其他内存，或在内存中移动位置。即：内存分配是在作业运行前一次性完成的。 （2）动态存储分配：作业要求的基本内存空间是在目标模块装入内存时分配的，但在作业运行过程中，允许作业申请附加的内存空间，或是在内存中移动，即：分配工作可以在作业运行前及运行过程中逐步完成。 4.1.2 地址映射1.物理地址和逻辑地址 1）内存空间 ★主存储器以字节为编址单位， ★容量为n的主存储器中，每个单元有唯一的编号，分别为：0，1，2，…，n－1， ★这个唯一的编号就是主存储器的物理地址（即绝对地址）。 ★内存地址的集合称为内存地址空间（或物理地址空间），简称内存空间（或物理空间）， ★是一维线性空间。 ★例如，某个系统，有64kb内存，则其内存空间编号为： 0，1，2，3，……，65535。 2）逻辑空间 ★用汇编语言或高级语言编写程序时，常常用符号名来访问某一单元。把源程序中由符号名组成的程序空间称为符号名空间，简称名空间。 ★源程序经过汇编或编译后，形成目标程序，每个目标程序都是以0为基址顺序进行编址的，原来用符号名访问的单元用具体的数据——单元号取代。 ★这样生成的目标程序占据一定的地址空间，称为作业的逻辑地址空间，简称逻辑空间。 ★在逻辑空间中每条指令的地址和指令中要访问的操作数地址统称为逻辑地址（或相对地址）。 ★一个编译好的程序存在于它自己的逻辑空间中，运行时，要把它装入内存空间， ★如图4.2所示,一个作业在编译前、编译后及装入内存后不同空间的情形。 ★由图4.2可以看出：该作业经过编译后，大小为300字节，逻辑地址空间为0～299。在作业的第100号单元处有指令 Mov Rl，[200]，即把200号单元内的数据6817送入寄存器Rl。 ★假如把作业装入到内存第1000～1299号单元处。由图4.2可以看出，若只是简单地装入第1000～1299号单元，执行Mov Rl，[200]指令时，会把内存中200号单元的内容送入Rl，显然这样会出错。只有把1200单元的内容送入Rl才是正确的。 ★所以作业装入内存时，需对指令和指令中相应的逻辑地址部分进行修改，才能使指令按照原有的逻辑顺序正确运行。 2. 地址重定位 ★在多道程序系统中，每个用户不可能用内存的物理地址来编写程序。 ★程序在装入内存之前通常为逻辑地址形式，有时甚至在装入内存后，程序仍为相对地址形式。 ★为了保证CPU执行程序指令时能正确访问存储单元，需要：将用户程序中的逻辑地址转换为运行时可由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址映射或地址重定位。 地址重定位的方式有两种: （1）静态重定位 ★在装入一个作业时，把作业中的指令地址和数据地址全部转换成绝对地址。 ★这种转换工作是：在作业开始前完成的，在作业执行过程中无需再进行地址转换。所以称为“静态重定位”。 ★如图4.3（a