聊城大学计算机学院计算机操作系统课件 第4章（2）.ppt

第四章 存储器管理 Memory Management 本章主要内容 基本存储管理方式的共同特性 内存的扩充方法 物理扩充： 增加硬件投入，受机器自身和成本的限制。 从逻辑上扩充内存： 对换技术： 覆盖技术： 虚拟存储器技术 覆 盖 (overlay) 思想：程序运行时并非任何时候都要访问程序及数据的各个部分。因此，内存中只保留程序运行所需的指令和数据；当需要其它指令时，它们会装入到刚刚不再需要的指令所占用的内存空间； 实现： 把程序划分为若干个功能上相对独立的程序段，按照其自身的逻辑结构使不会同时执行的程序段共享同一块内存区域。 内存用户空间分成一个固定区和一个或多个覆盖区。 覆 盖 (overlay) 将程序的必要部分（常用功能）放在固定区，常驻内存； 可选部分（覆盖段）平时存放在外存中，需要用到时才装入到内存覆盖区，替换覆盖区原有内容； 不存在调用关系的模块不必同时装入到内存，从而可以相互覆盖。(即不同时用的模块可共用一个分区） 覆盖段：程序执行时不要求同时装入主存的段，为之分配同一个主存区。 覆盖区：主存中可由覆盖段共享的区域。 要求： 作业各模块之间有明确的调用结构； 程序员要向系统指明覆盖结构，然后由操作系统完成自动覆盖。 覆盖与交换比较： 相同点： 均利用外存实现主存的逻辑扩充。 区别： 与覆盖技术相比，交换技术不要求用户给出程序段之间的逻辑覆盖结构。 进程交换发生在进程或作业之间，而覆盖发生在同一进程或作业内。此外，覆盖只能覆盖那些与覆盖段无关的程序段。 进程交换，打破了进程的“驻留性”，但需要管理对换区；覆盖实现部分段进入内存运行，打破了“一次性”。但把解决空间不足的问题交给了用户。 一、虚拟存储器基本原理 当进程运行时，先将当前要运行的部分程序装入内存，其他部分暂留外存； 当要执行的指令不在内存时，处理器发生中断，通知操作系统将所缺部分从外存调入内存，保证程序继续执行； 当内存不足时，允许程序部分换入、换出。 1）基于局部性原理。一个作业运行前，仅将那些当前要运行的页面（段）装入内存启动运行，其余暂在外存。 2）若运行所需页面（段）不在内存，则利用请求调页（段）功能将其调入内存。 3）若此时内存满，则利用置换功能，将内存中暂时不用的部分页面（段）调至外存，再将所需页面（段）调入。 4）这样，可实现大程序在小内存中运行，也可实现内存中同时装入更多的进程并发执行。 三、虚拟存储器的实现方式( Implementation of Virtual Memory) 1.请求分页系统(Demanding Paged System) 基本分页系统＋请求调页＋页面置换 一开始只装入部分页的用户程序和数据，就开始运行。在运行过程中，若发现所需的页不在内存，则请求调页，若内存不足，还将使用页面置换。 基本分段系统＋请求调段＋分段置换 一开始只装入部分段，就开始运行。在运行过程中，若发现所需的段不在内存，则请求调段，若内存不足，还将使用段置换功能。 四、虚拟存储器的特征(The Characteristics of Virtual Memory) 1）离散性(discreteness)：采用离散的内存分配方式； 2）多次性(Multi-time) ：一个作业被分成多次的调入内存运行； 3）对换性(Swapping) ：允许在作业的运行过程中换出、换进； 4）虚拟性(Virtuality) ：从逻辑上扩充内存容量。 4.7 请求分页存储管理方式Demanding Paged-Memory Management 一、请求分页中的硬件支持 作用是将逻辑地址转变为物理地址。由于请求分页管理的特殊要求，故需对页表内容进行扩充，增加某些页表项。 二、内存分配策略和分配算法(Page Allocation Strategy and Algorithm) 为进程分配物理块，即确定常驻集/驻留集(resident set)时，要考虑到： 2）预调页策略 4.7 页面置换算法 Page Replacement Algorithm 页面置换算法 最佳置换算法(OPT, optimal) 先进先出算法(FIFO) 最近最久未使用算法(LRU, Least Recently Used) Clock置换算法(轮转算法) 最不常用算法(LFU, Least Frequently Used) 页面缓冲算法(PBA，page buffering Algorithm) 一、最佳置换算法和先进先出算法 （OPT and FIFO Algorithm） 三、Clock置换算法(Clock