[操作系统]第3章存储管理.ppt

第3章 存储管理 本章研究的主要目的： 第一、要使主存得到充分、有效的利用； 第二、为用户提供方便的使用环境。 第3章 存储管理 3.1 概述 3.2 地址映射 3.3 分区管理 3.4 覆盖与交换 3.5 分页管理 3.6 分段管理 3.7 段页式管理 3.8 虚拟存储器管理 3.1 概述 现代计算机系统的运行机制是基于冯·诺依曼的存储程序原理，即任何一个程序（包括操作系统本身）都必须被装入内存，占用一定的内存空间，才能执行，才能完成程序的特定功能。 计算机采用二级存储结构：内存区包括系统区和用户区，系统区包括操作系统程序本身和系统扩展区，用户区包括目态下运行的系统程序和用户程序与数据；外存是大容量的磁盘或磁带等，存放准备运行的程序和数据，当进程要运行时，这些相应的程序和数据必须调入内存才能执行。在多道程序环境下，用户区可以同时存放几道程序，为多道程序所共享。 内存管理的目的：方便用户使用和提高内存的利用率。 内存管理的主要任务是： （1）内存的分配与回收。 （2）地址映射。 （3）内存的共享。 （4）存储保护。 （5）存储扩充。 3.2 地址映射 3.2.1 逻辑地址 3.2.2 物理地址 3.2.3 地址映射方式 3.2.1 逻辑地址 逻辑地址，也叫虚地址。我们平时用高级语言或汇编语言编程时，源程序中使用的地址都是符号地址，如：goto Label CALL subroutine1 用户不必关心符号地址Label或subroutine1在内存中的物理位置。源程序经过编译或汇编，再经过链接后，形成了一个以0地址为起始地址的虚拟空间，每条指令或每个数据单元都在虚拟空间中拥有确定的地址，该地址就称为逻辑地址，或虚拟地址。 3.2.2 物理地址 物理地址，也叫实地址。所有程序必须装入内存才能执行。程序在执行时所占用的存储空间称作它的内存空间，也叫物理空间。一个物理空间是若干物理地址的集合。 地址映射 3.2.3 地址映射方式 地址映射有两种方式：静态映射和动态映射。 1. 静态映射 静态映射是在程序装入指定内存区时，由重定位装入程序一次性完成的。 假设目标程序分配的内存区起始地址为B，那么程序中所有逻辑地址（假设为a），对应的内存空间的物理地址为B+a。 2. 动态映射 动态映射是在程序执行过程中进行的，由硬件地址映射机构完成。其方法是：设置一个公用的基地址寄存器BR，存放现行程序分配的内存空间的起始地址。CPU以逻辑地址访问内存时，映射机构自动把逻辑地址加上BR寄存器中的内容而形成实际的物理地址如图 3.3 分区管理 3.3.1 固定分区管理 3.3.2 可变分区管理 3.3.3 地址转换与存储保护 分区管理思想 为了满足多道程序设计技术，把内存空间划分成若干个大小可等可不等的连续区域，每个用户作业分配一个区域，用户作业一次整体装入到这个区域中，并限制只能在这个区域中运行。 分区方式分为： 单一连续分配 固定分区 可变分区两种 可重定位式分区 多重分区 分配策略/算法 首次/最先适应First fit： 空白区按地址大小递增顺序排列。查找分区说明表，找到第一个满足申请长度的空闲区，分配并分割。剩余部分保留在空白区表中原来的位置。 最先适应算法：尽可能利用存储器的低地址部分，因此在低地址部分会很快地产生大量碎片。 最佳适应（最优） Best fit ： 空白区表中的空白区按其容量以递增的次序排列。当要求分配一个空白区时，由小到大顺序查找分区说明表，找到第一个满足申请长度的最小空闲区，分配并分割。如果有剩余部分，作为一个空白区将其插入适当的位置； 最佳适应算法：选择容量接近的空闲区来分配，产生大量碎片。 最差适应（最坏） Worst fit ： 空白区表中的空白区按其容量以递减的次序排列。查找分区说明表，找到第一个满足申请长度的空闲区，分配并分割。剩余部分插入适当位置。 最差适应算法：分割大空闲区后，还可以产生较大的空闲区，空闲区均匀地减小，以避免碎片。 唯一最佳适应算法（single best fit） 分区按大小顺序分级（8KB、16KB、32 KB、…… ） 作业按请求容量也分成相应的存储级，仅当PDT中相应级的分区为空闲时，才进行内存分配，即使有更大的分区空闲也不予以分配。 补充：单一连续分配 基本思想 操作系统区 作业区 一个用户程序独占作业区 3.3.1 固定分区管理 固定分区管理的基本原理：把内存分为若干大小相等或不等的分区，分区的大小和分区的总数由操作系统在系统初启时建立，一旦建好，在系统运行过程中，每个分区的大小和分区总数都是固定不变的。 用到的数据结构主要有分区说明表（PDT），PDT中，每一行