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西安交通大学 2002.12.01 第4章 存储管理 学习目标 熟悉存储管理的目的和功能，掌握地址重定位的概念 熟悉单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配实现原理；掌握可变式分区分配的数据结构和分配回收算法，掌握动态重定位分区分配实现原理和分配算法 熟悉交换的概念 熟练掌握分页存储管理原理，熟练掌握基本的地址变换机构和具有快表的地址变换机构，了解页表机制 掌握分段存储管理原理和分段地址变换机构，进行分页和分段比较，熟悉分页和分段的共享，掌握段页式存储管理原理和地址变换机构 4.1存储器管理概述 存储器管理——主存管理 主存（内存） 处理器可以直接存取指令和数据 现代操作系统的进行操作的中心 重要的系统资源 必须有效、精心的管理 存储器管理的目的 充分、有效地利用内存空间 为用户提供方便的使用环境 存储器研究的内容 存储器分配问题：存储共享、各种分配算法 地址重定位问题：地址变换机构、静态动态在定位方法 存储保护问题：保护程序、数据区的方法 存储扩充问题：虚拟存储和各种调度方法 4.1存储器管理概述 存储器管理的功能 存储分配和回收 分配和回收算法及相应的数据结构 地址变换 程序加载(装入)时的重定位技术，即静态地址重定位和动态地址重定位 进程运行时硬件和软件的地址变换技术和机构 存储共享和保护 代码和数据共享 地址空间访问权限（读、写、执行） 存储器扩充 虚拟存储问题 各种调度算法 4.1存储器管理概述 地址重定位 地址空间和存储空间 名空间——程序中用符号名组成的空间 地址空间 程序编译、链接装配形成程序的装配模块形式，采用相对地址编制，0为基地址 相对地址——逻辑地址（虚地址）——逻辑地址空间 绝对地址——物理地址（实地址）——物理地址空间（绝对地址空间） 存储空间 地址重定位 地址映射（地址重(再)定位）——逻辑地址空间的程序装入到物理地址空间的地址变换 4.1存储器管理概述 逻辑地址空间 4.1存储器管理概述 静态重定位：当用户程序被装入内存时，一次性实现逻辑地址到物理地址的转换，以后不再转换。 优点：不需硬件支持，可以装入多道程序。 缺点：一个程序通常需要占用连续的内存空间，而且程序装入内存后不能移动；不易实现共享(各用户使用自己的副本) 说明：重定位表中列出所有修改的位置。如：重定位表的150表示相对地址150处的内容为相对地址(即100为从0起始的相对位置)。在装入时，要依据重定位后的起始位置(2000)修改相对地址。 重定位修改：重定位表中的150-绝对地址2150(=2000+150) 内容修改：内容100变成2100(=100+2000)) 4.1存储器管理概述 动态重定位 在把装入模块装入内存时，并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。因此，装入内存后的所有地址仍是相对地址。 优点： OS可以将一个程序分散存放于不连续的内存空间，可以移动程序，有利用实现共享。 缺点： 需要硬件支持（如：再定位寄存器——基地址寄存器、限长寄存器），OS实现存储管理的算法较复杂。它是虚拟存储的基础。 4.1存储器管理概述 动态重定位示例 4.1存储器管理概述 虚拟存储 引入——大作业、小内存 虚拟存储器实现思想 把主存和辅存统一管理实现自动覆盖 何谓虚拟存储器 系统在逻辑上通过了一个比主存大的多得存储器，这种存贮器成为虚拟存储器 虚拟存储器容量 虚拟存储器地址空间 单段式虚存与多段式虚存 最大容量受限于地址长度2n-1 实现虚拟存储的相关技术 覆盖与交换 ——早期使用 请求页式、请求段式及段页式存储管理方法 4.1存储器管理概述 虚拟存储的特性 离散性：指在内存分配时采用离散的分配方式，它是虚拟存储器的最基本的特征。 多次性：指一个作业被分成多次调入内存运行，即在作业运行时没有必要将其全部装入，只须将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可。多次性是虚拟存储器最重要的特征。 对换性：指允许在作业的运行过程中在内存和外存的对换区之间换进、换出。 虚拟性：指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。 4.2 早期的存储器管理 单一连续区分配方案 基本思想 优点：简单、易实现 缺点：适用于单道程序、内存利用率低 4.2 早期的存储器管理 固定式分区分配 基本思想 在系统建立时，即系统初始化时，将主存空间划分成若干大小、数目固定的分区，每一分区长度可以不等，一旦划分好后，在系统运行期间不再重新划分。 当接受到一个要运行的作业时，操作系统把它放入一个恰能容纳它并且最小的一个分区。由于分区的大小是固定的，分区中的作业没有占用的空间就被浪费了。 数据结构 分区说明表 优点 支持多道程序、实现简单 缺点 浪费