计算机操作系统实用教程教学课件作者王旭启4.ppt

第4章存储管理 4.1存储管理概述 4.2重定位 4.3分区存储管理 4.4分页存储管理方式 4.5段式存储管理 4.1存储管理概述 计算机系统中的存储器可以分成两类：主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。处理器可直接访问主存储器，但不能直接访问辅助存储器。在输入输出控制系统管理下，辅助存储器与主存储器之间可以进行信息传送。 1．存储管理的任务 (1)方便用户，使用户减少甚至摆脱对存储器使用的管理。 (2)提高主存资源的利用率，关键是实现主存共享。 2．存储管理的功能 存储器管理的对象是内存，其主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用内存，提高内存的利用率，并能从逻辑上对内存进行扩充。 4.1存储管理概述 存储器管理的主要功能如下： (1)主存空间的分配和回收管理。设计主存的分配结构和调入策略，确保主存空间的分配和回收。 (2)将用户的逻辑地址转换成主存的绝对地址，完成重定位。 (3)主存的扩充技术。在硬件的配合下，将部分外存空间虚拟为内存空间，得到一个容量相当于外存、速度接近于内存、价格便宜的虚拟存储系统，使用户编写程序时不受内存实际容量的限制。 (4)主存的共享和保护技术。除了被允许共享的部分之外，作业之间不能产生干扰和破坏，须对内存中的数据实施保护。 4.2重定位 1．绝对地址和逻辑地址 主存储器以字节（每字节为8个二进制位）为编址单位，每个字节都有一个地址与其对应。假定主存储器的容量为粗，则该主存储器就有粗字节的存储空间，其地址编号为0，1，2，3，…，n-l。这些地址称为主存储器的“绝对地址”，由绝对地址对应的主存空间称“物理地址空间”。 在多道程序系统中，主存中同时存放了多个用户作业。操作系统根据主存的使用情况为用户分配主存空间。因此，每个用户不能预先知道他的作业将被存放到主存储器的什么位置。这样，用户程序中就不能使用主存的绝对地址。 4.2重定位 为了方便用户，每个用户都可认为自己作业存放在一组从“0”地址开始的连续空间中。用户程序中使用的地址称为“逻辑地址”，由逻辑地址对应的存储空间称为“逻辑地址空间”。 2．重定位 当用户作业进入计算机系统请求执行时，存储管理要为它分配合适的主存空间，这个分配到的主存空间可能是从某单元开始的一组连续的地址空间。该地址空间的起始地址是不固定的，而且逻辑地址与分到的主存空间的绝对地址经常不一致。因此，每个逻辑地址在主存储器中也没有一个固定的绝对地址与之对应。 4.2重定位 为了保证作业的正确执行，必须根据分配给作业的主存区域多作业中指令和数据的存放地址进行重定位，即要把逻辑地址转换成绝对地址。把逻辑地址转换成绝对地址的工作称为“重定位”或“地址转换”。重定位的方式有“静态重定位”和“动态重定位”两种。 1)静态重定位（或称静态地址映射） 当用户程序被装入内存时，由装入程序一次性地把逻辑地址转换成物理地址，以后不再转换。转换方法是： 物理地址-逻辑地址+程序在内存的起始地址 4.2重定位 转换过程如图4-1所示。静态重定位的优点是无需增加硬件地址转换机构，缺点是程序在内存中需占据一片连续区域，并且在重定位之后就不能再移动位置。 2)动态重定位（或称动态地址映射） 操作系统把程序装入内存后，并不立即将程序中的逻辑地址转换为物理地址，而是在CPU执行每一条指令时进行地址转换。为使地址转换工作不影响指令的执行速度，需要硬件地址转换机构的支持，通常是在系统中设置一个重定位寄存器，用来存放当前正在执行的程序在内存中的起始地址。程序在执行过程中，重定位寄存器的内容将自动与逻辑地址相加，形成访问内存的物理地址，其变换过程如图4-2所示。 4.2重定位 这种地址转换是在程序执行期间随着对每条指令或数据的访问自动进行的，故称为动态重定位。其主要优点是程序装入内存后可移动位置，不必连续存放在一起，且容易实现多个进程共享同一程序副本。 4.3分区存储管理 分区分配存储管理技术是满足多道程序最简单的方法，按重定位机制的不同分为3类：区式、页式和段式。按分区形式不同又可分为固定分区分配、可变式动态分区分配、可重定位分区分配和多重分区分配等。 4.3.1 单一连续存储管理分配 这是最简单的一种存储管理方式，但只适用于单用户、单任务操作系统。它把内存分为系统区和用户区两部分，系统区存放操作系统，通常是内存的低位地址部分；用户区是除系统区以外的全部内存空间，每次只分配给一个用户程序，如图4-3所示。 4.3分区存储管理 由于每次只允许一个作业装入内存，作业在内存中不需要移动位置，因此可采用静态重定位方式进行地址转换。这种方式实现简单，但不支持多道程序设计，内存和CPU的利用率都低。 4.3.2固定分区分配 在固定分区