操作系統(tǒng)內(nèi)存管理

1、15.3 覆蓋與交換技術(shù)覆蓋與交換技術(shù)(內(nèi)存擴(kuò)充內(nèi)存擴(kuò)充) 問題的提出 物理存儲(chǔ)器 物理存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是一維的線性空間，容量有限。 用戶程序 用戶程序的大小，可能比內(nèi)存容量小，也可能比內(nèi)存容量大，有時(shí)候要大得多。 解決辦法 內(nèi)存擴(kuò)充2 實(shí)現(xiàn)內(nèi)存擴(kuò)充的方法： 采用覆蓋技術(shù) 采用交換技術(shù) 采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)3 覆蓋技術(shù) 將程序結(jié)構(gòu)分層 第0層設(shè)置為常駐內(nèi)存區(qū)。 第一層起，為該層中的多個(gè)模塊設(shè)置一個(gè)共享覆蓋區(qū)，其容量與該層中最大模塊的容量相當(dāng)。程序執(zhí)行到哪個(gè)模塊就將該模塊送到它所共享的覆蓋區(qū)中。5.3.1 覆蓋技術(shù)覆蓋技術(shù)4A、B、C、D、E、F總計(jì)190K，實(shí)際分配110K5 采用交換技術(shù) 在系統(tǒng)盤上開

2、辟一個(gè)專門的空間作為內(nèi)存的擴(kuò)充，這部分磁盤空間稱為“交換區(qū)”或“對(duì)換區(qū)”，由內(nèi)存管理模塊進(jìn)行管理。 交換區(qū)的作用是當(dāng)內(nèi)存空間不夠時(shí)，將暫時(shí)不用的進(jìn)程映像調(diào)到磁盤交換區(qū)，以騰出內(nèi)存空間，當(dāng)再度用到被調(diào)出的這部分進(jìn)程映像時(shí)再將其調(diào)回內(nèi)存。5.3.2 交換技術(shù)交換技術(shù)6交換技術(shù)7 1虛擬存儲(chǔ)器的基本思想 問題 作業(yè)在運(yùn)行時(shí)暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)，全部駐留于內(nèi)存中降低了內(nèi)存利用率。 解決方法 當(dāng)作業(yè)開始運(yùn)行時(shí)，將當(dāng)前使用的部分先裝入內(nèi)存，其余部分先存放在外存中，等到用到這些信息時(shí)，再由系統(tǒng)自動(dòng)把它們裝入到內(nèi)存中，這就是虛擬存儲(chǔ)器的基本思想。 概念：虛擬存儲(chǔ)器（虛擬內(nèi)存） 是操作系統(tǒng)采用虛擬技術(shù)，在不改變

3、物理內(nèi)存實(shí)際大小的情況下提供的邏輯上被擴(kuò)充了的內(nèi)存。這種物理上不具備而邏輯上具備的內(nèi)存就是虛擬內(nèi)存。補(bǔ)充: 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)8 2. 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的依據(jù)虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的依據(jù) 局部性理論（8/2原理） 時(shí)間局部性: 是指程序即將用到的信息可能就是目前正在使用的信息。 空間局部性: 是指程序即將用到的信息可能與目前正在使用的信息在空間上相鄰或者臨近。 局部性理論的應(yīng)用意義 虛擬存儲(chǔ)管理：程序執(zhí)行時(shí)往往會(huì)遵循局部原理(時(shí)間、空間)訪問內(nèi)存，將部分進(jìn)程存入內(nèi)存，結(jié)合外存實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)。9 3. 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的硬件技術(shù)基礎(chǔ)虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的硬件技術(shù)基礎(chǔ) 相當(dāng)數(shù)量的外存 足以存放多個(gè)用戶程序 一定容量的內(nèi)存 程序運(yùn)行

4、過程中，必須有一部分放在內(nèi)存 地址變換機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換105.4 頁式管理頁式管理5.4.1 頁式管理的基本原理頁式管理的基本原理頁式管理的引入 分區(qū)存儲(chǔ)管理的主要問題是碎片問題。 問題描述在采用分區(qū)存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)中，會(huì)形成一些非常小的分區(qū)，最終這些非常小的分區(qū)不能被系統(tǒng)中的任何用戶程序利用而浪費(fèi)。 問題產(chǎn)生原因 作業(yè)要求分配的空間連續(xù),主存有足夠的空間但因不連續(xù)而不能分配 解決問題的思路 程序適應(yīng)主存。將程序分開存放分頁存儲(chǔ)管理技術(shù)。 11 分頁的思想 頁(虛擬頁)：程序地址空間分成大小相等的頁面 塊(內(nèi)存塊、頁塊、頁禎、內(nèi)存頁面)：把內(nèi)存分成與頁面大小相等的塊。 思想：當(dāng)

5、一個(gè)用戶程序裝入內(nèi)存時(shí)，針對(duì)。一每一頁分配一個(gè)內(nèi)存塊個(gè)作業(yè)的若干連續(xù)的頁，可以分配到內(nèi)存中若干不連續(xù)的塊中。12內(nèi)存頁面分配與回收頁式存儲(chǔ)管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(1)頁表:頁表包括用戶程序空間的頁面與內(nèi)存塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系。頁表每個(gè)進(jìn)程至少一張。5.4.2靜態(tài)頁面管理13 (2)請(qǐng)求表:表明各進(jìn)程與其分頁的頁面之間的關(guān)聯(lián)。請(qǐng)求表整個(gè)系統(tǒng)一張。圖 5.16請(qǐng)求表示例14 (3)存儲(chǔ)頁面表：表示內(nèi)存的分配情況。存儲(chǔ)頁面表一個(gè)系統(tǒng)一張，可用位示圖表示。圖 5.17位示圖 155.4.2靜態(tài)頁面管理 2.分配算法 利用頁表、請(qǐng)求表、位示圖進(jìn)行分配。圖5.18頁面分配算法流圖163.頁式地址變換(1)虛地址（線性地址

6、、邏輯地址）(2)分頁地址映射機(jī)制 虛地址切分：頁號(hào)與頁內(nèi)位移劃分頁號(hào)和頁內(nèi)地址的依椐：頁的大小。 2X =頁大小，X即為頁號(hào)的最低位CPU字長(zhǎng)為16位，頁長(zhǎng)為1K的地址分割17mov dx,3badh頁號(hào)01234567第0頁第1頁01023010231頁式管理的地址小結(jié)：頁大小決定頁內(nèi)位移（地址）的位數(shù)，所以在地址劃分時(shí)以頁大小作為劃分依據(jù)頁內(nèi)地址頁大小為1K，以字節(jié)（B）為單位劃分，可劃分為1024個(gè)單位，進(jìn)行編址，表示為0-1023，要表示1023需要10位二進(jìn)制（11 1 1 1 1 1 1 1 1 ） ， 1KB=210B 18二進(jìn)制表示虛地址頁號(hào)頁內(nèi)位移十六進(jìn)制表示頁號(hào)、頁內(nèi)位移

7、19(3)地址變換使用二進(jìn)制方法求物理地址將邏輯地址線性分割求出頁號(hào)P和頁內(nèi)位移W：若邏輯地址以十六進(jìn)制、八進(jìn)制的形式給出，將邏輯地址轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制；按頁的大小分離出頁號(hào)P和位移量W（低位部分是位移量，高位部分是頁號(hào)）；將位移量直接復(fù)制到內(nèi)存地址寄存器的低位部分； 以頁號(hào)查頁表，得到對(duì)應(yīng)塊號(hào)，將塊號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)填入地址寄存器的高位部分，從而形成內(nèi)存地址。20mov dx,3badh頁號(hào)01234567頁號(hào)塊號(hào)07B0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1塊號(hào)OS0123456798BACD0101115P=7HW=3ADH0 0 0 0 0 1

8、0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1虛地址3BAD，頁面大小2K，用二進(jìn)制方法求物理地址物理地址=5BADH21 使用十進(jìn)制方法求物理地址 根據(jù)邏輯地址求出頁號(hào)P和頁內(nèi)位移W； 頁號(hào)P=邏輯地址 % 頁大小(%表示整除) 頁內(nèi)位移W=邏輯地址 mod 頁大小 根據(jù)頁號(hào)查頁表得塊號(hào)B； 物理地址=塊號(hào)B頁大小+頁內(nèi)位移W 公式說明 物理地址塊起始地址塊內(nèi)位移W 塊起始地址塊長(zhǎng)塊號(hào) 塊長(zhǎng)=頁長(zhǎng) 塊內(nèi)位移頁內(nèi)位移 22塊號(hào)OS0123456798BACD第0塊起始地址：0第1塊起始地址：塊號(hào)*頁長(zhǎng)=1*2K塊大?。?K02K4K第2塊起始地址：塊號(hào)*頁長(zhǎng)=2*2K塊起始地址計(jì)算mo

9、v dx,3badh頁號(hào)0123456723【例】：有一系統(tǒng)采用頁式存儲(chǔ)管理，有一作業(yè)大小是8KB，頁大小為2KB，依次裝入內(nèi)存的第7、9、A、5塊，試將虛地址0AFEH，1ADDH轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址。解：求虛地址0AFEH的物理地址：0000 1010 1111 1110P P1 W010 1111 1110MR0100 1010 1111 11104AFEH求虛地址1ADDH的物理地址：0001 1010 1101 1101P3 W010 1101 1101MR0010 1010 1101 11012ADDH24【例】：有一系統(tǒng)采用頁式存儲(chǔ)管理，有一作業(yè)大小是8KB，頁大小為2KB，依次裝入內(nèi)

10、存的第7、9、10、5塊，試將虛地址7145，3412轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址。解：轉(zhuǎn)換虛地址 3412：P3412 2048 1W 3412 mod 2048 1364MR=9*2048+1364=19796轉(zhuǎn)換虛地址 7145：P7145 2048 3W7145 mod 2048 1001MR=5*2048+1001=11241問題：塊號(hào)若為十六進(jìn)制的字母表示，MR如何計(jì)算？(十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制)例：考慮一個(gè)由8個(gè)頁面，每頁有1024個(gè)字節(jié)組成的邏輯空間，把它裝入到有32個(gè)物理塊的存儲(chǔ)器中，問：（1）邏輯地址至少需要多少二進(jìn)制位表示？ （2）物理地址至少需要多少二進(jìn)制位表示？分析 ：邏輯地址結(jié)構(gòu)由

11、兩個(gè)部分組成：前一部分表示該地址所在頁面的頁號(hào)P；后一部分表示頁內(nèi)地址(頁內(nèi)位移)W。物理地址中塊號(hào)的地址位數(shù)決定了塊的數(shù)量。由于頁式存儲(chǔ)管理內(nèi)存空間塊的大小與頁面大小相同，所以物理地址中塊內(nèi)地址與邏輯地址中的頁內(nèi)地址位數(shù)相同。解 ：因?yàn)轫撁鏀?shù)為8=23，故需要3位二進(jìn)制數(shù)表示。每頁有1024個(gè)字節(jié)，1024=210，于是頁內(nèi)地址需要10位二進(jìn)制數(shù)表示。32個(gè)物理塊，需要5位二進(jìn)制數(shù)表示（32=25）。（1）頁的邏輯地址由頁號(hào)和頁內(nèi)地址組成，所以需要3+10=13位二進(jìn)制數(shù)表示。（2）頁的物理地址由塊號(hào)和頁內(nèi)地址的拼接，所以需要5+10=15位二進(jìn)制數(shù)表示。26相聯(lián)存儲(chǔ)器和快表 問題提出 在頁

12、式存儲(chǔ)技術(shù)中，每訪問一次內(nèi)存，就要做兩次訪問內(nèi)存的工作： 查頁表時(shí)（頁表在內(nèi)存中）； 訪問程序時(shí)。 為了提高查頁表的速度，將當(dāng)前常用的一部分頁表內(nèi)容存放到高速緩存（相聯(lián)存儲(chǔ)器）中，存放在相聯(lián)存儲(chǔ)器中的頁表稱之為快表(TLB-translation lookaside buffer)。 查表時(shí)首先在快表中查，只有當(dāng)快表中沒有時(shí)才訪問內(nèi)存中的頁表，從而減少在內(nèi)存查表的次數(shù)，達(dá)到提高查找速度的目的。27作業(yè) 習(xí)題：P134:5.2, 物理地址計(jì)算 有一系統(tǒng)采用頁式存儲(chǔ)管理，某個(gè)作業(yè)大小是4GB，頁大小為4KB，依次裝入內(nèi)存的第6、5、3、2塊， （1）畫出頁表； （2）試將虛地址5000，12000

13、轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址。285.4.3 動(dòng)態(tài)頁式管理(請(qǐng)求頁式管理) 復(fù)習(xí): 5.3 覆蓋與交換技術(shù) 實(shí)現(xiàn)內(nèi)存擴(kuò)充的方法： 采用覆蓋技術(shù) 采用交換技術(shù) 采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù) 常用的虛擬存儲(chǔ)技術(shù) 請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理 請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理 請(qǐng)求段頁式存儲(chǔ)管理29動(dòng)態(tài)頁式管理的思想及實(shí)現(xiàn) 分頁內(nèi)存管理方式 靜態(tài)分頁管理 動(dòng)態(tài)分頁管理 靜態(tài)分頁管理 基本思想：進(jìn)程開始執(zhí)行前，將全部頁裝入內(nèi)存。 動(dòng)態(tài)分頁管理（請(qǐng)求頁式管理） 基本思想：進(jìn)程開始執(zhí)行前，只需裝入即將運(yùn)行的頁面，然后根據(jù)需要載入其他頁面。30 請(qǐng)求分頁管理要解決的問題 不在內(nèi)存的頁什么時(shí)候調(diào)入內(nèi)存？（調(diào)入策略） 如何知道要訪問的頁不在內(nèi)存？不在內(nèi)存的頁在外存

14、的什么地方？(頁表) 當(dāng)頁調(diào)入內(nèi)存時(shí)，內(nèi)存沒有空閑塊時(shí)，應(yīng)覆蓋（淘汰）哪些頁？（淘汰策略） 被覆蓋（淘汰）的頁是否需要回寫到輔存？（頁表）31 請(qǐng)求頁式管理的調(diào)入策略 預(yù)測(cè)調(diào)頁：分析預(yù)測(cè)，運(yùn)行前調(diào)入 系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)運(yùn)行的情況，預(yù)測(cè)哪些頁將要運(yùn)行，在其運(yùn)行之前先行調(diào)入內(nèi)存，這樣在程序運(yùn)行的過程中就不會(huì)出現(xiàn)缺頁中斷。 缺點(diǎn):系統(tǒng)無法預(yù)計(jì)系統(tǒng)中作業(yè)的運(yùn)行情況，難以實(shí)現(xiàn)。 請(qǐng)求調(diào)頁（請(qǐng)求分頁）：缺頁請(qǐng)求，運(yùn)行時(shí)調(diào)入 進(jìn)程在執(zhí)行的過程中，發(fā)現(xiàn)要執(zhí)行的程序或處理的數(shù)據(jù)不在內(nèi)存，向系統(tǒng)提出調(diào)入相應(yīng)程序的請(qǐng)求，系統(tǒng)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求將它所請(qǐng)求的頁調(diào)入內(nèi)存。 32 請(qǐng)求頁式管理的頁表結(jié)構(gòu) 頁表：反映該頁是否在內(nèi)存，在

15、外存的位置，在內(nèi)存的時(shí)間的長(zhǎng)短，是否需要回寫等。 頁號(hào)： 塊號(hào)： 中斷位：0 表示該頁在內(nèi)存，1示該頁不在內(nèi)存（需要缺頁中斷） 輔存地址：該頁在輔存的位置 修改位：0 表示該頁調(diào)入內(nèi)存后沒有修改，1表示頁調(diào)入內(nèi)存后修改過 引用位：0 表示最近沒有被訪問，1表示最近被訪問過頁號(hào)頁號(hào) 塊號(hào)塊號(hào) 中斷位中斷位 輔存地址輔存地址 修改位修改位 引用位引用位請(qǐng)求分頁的頁表結(jié)構(gòu)33補(bǔ)充補(bǔ)充:多級(jí)頁表多級(jí)頁表 二級(jí)頁表 問題：頁表占用存儲(chǔ)空間太大 解決：將頁表也分頁后，對(duì)頁表占用的存儲(chǔ)空間的分配也采用動(dòng)態(tài)方式分配（部分分配），提高內(nèi)存利用率。 頁表頁：將頁表分頁，稱為頁表頁，大小與頁面長(zhǎng)度相同。 頁目錄表：

16、為頁表頁建立的地址索引表稱為頁目錄表。 二級(jí)頁表機(jī)制：頁目錄表是一級(jí)頁表、頁表頁是二級(jí)頁表，共同構(gòu)成二級(jí)頁表機(jī)制。34二級(jí)頁表結(jié)構(gòu)35具有二級(jí)頁表的地址結(jié)構(gòu)36二級(jí)頁表機(jī)制的地址變換375.4.4 請(qǐng)求頁式管理的頁面置換算法請(qǐng)求頁式管理的頁面置換算法當(dāng)要將輔存中的一頁面并送入到全滿的內(nèi)存中時(shí)，必須把已在內(nèi)存中的某一頁淘汰掉。用來選擇淘汰哪一頁的規(guī)則叫做置換算法，也稱為淘汰算法。常用算法： 先進(jìn)先出算法FIFO：淘汰先調(diào)入內(nèi)存的頁 最久未使用淘汰算法LRU：淘汰未被訪問的頁中時(shí)間最長(zhǎng)的頁 最近未使用淘汰算法NUR：淘汰第1個(gè)最近未被訪問的頁（淘汰頁表中第一個(gè)訪問位為0的頁） 最不經(jīng)常使用頁面淘汰

17、算法（LFU）：淘汰那些到當(dāng)前時(shí)間為止訪問次數(shù)最少的頁。頁表中增加一個(gè)訪問記數(shù)器。 最佳算法：當(dāng)要調(diào)入一新頁而必須淘汰一舊頁時(shí)，所淘汰的頁是以后不再使用的，或者是以后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)使用的。這種算法是不可能的。頁面淘汰算法優(yōu)劣的衡量標(biāo)準(zhǔn)：缺頁中斷率fffa （a是總的頁面訪問次數(shù)，f是缺頁中斷次數(shù)）38【例】一個(gè)進(jìn)程已分到4個(gè)頁幀（塊）（M=4），其頁表如下表所示，當(dāng)進(jìn)程訪問第4頁時(shí)產(chǎn)生缺頁中斷，請(qǐng)分別用FIFO、LRU、NRU算法決定將哪一頁淘汰？是否需要回寫？頁表： 頁號(hào) 頁幀 裝入時(shí)間 最近訪問時(shí)間 訪問位 修改位 2 0 60 161 0 1 1 1 130 160 0 0 0 2

18、26 162 1 0 3 3 20 163 1 1FIFO：淘汰最先調(diào)入的頁面（頁幀為3的頁） 修改位為1，要回寫。LRU：淘汰最久未訪問的頁（頁幀為1的頁） 修改位為0，不要回寫。NRU： 淘汰最近未使用的頁，淘汰第一個(gè)訪問位為0的頁（頁幀為0的頁） 修改位為1，要回寫。39【例】對(duì)訪問串：1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，指出在駐留集大小分別為3和4時(shí)，使用FIFO（先進(jìn)先出）和LRU（最久未使用）置換算法的缺頁率，結(jié)果說明了什么？（設(shè)駐留集M表示分給該作業(yè)的內(nèi)存塊數(shù)）分析：40M=3，F(xiàn)IFO淘汰先調(diào)入內(nèi)存的頁M=4，F(xiàn)IFO41剛被訪問最久未被訪問M=3，LRU淘汰最久未

19、使用的頁M=4，LRU調(diào)整順序42解 FIFO ： M3 f fa91275% M4 f101283% LRU ： M3 f fa101283% M4 f fa81267% Belady異?，F(xiàn)象：對(duì)于FIFO算法，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)當(dāng)M增加時(shí)缺頁次數(shù)不是減少，反而增加的現(xiàn)象。43課堂練習(xí)：設(shè)頁面走向?yàn)椋?、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2，頁幀M=3，試用FIFO和LRU兩種算法分別計(jì)算訪問過程中的缺頁率。44補(bǔ)充補(bǔ)充: 抖動(dòng)抖動(dòng) 抖動(dòng) 主存和輔存之間的頻繁的頁面置換 現(xiàn)象稱為抖動(dòng)，也稱為顛簸，其導(dǎo)致系統(tǒng)效率急劇下降。 產(chǎn)生抖動(dòng)的原因： 系統(tǒng)的淘汰算法不合理從而導(dǎo)致剛淘汰的頁面馬上又要訪問的

20、頻繁的頁面置換狀態(tài)。 系統(tǒng)在考慮置換算法時(shí)既要考慮有盡可能少的缺頁率、置換算法的簡(jiǎn)單性、還要盡量避免系統(tǒng)抖動(dòng)。455.4.5頁的共享與保護(hù)頁面共享（各進(jìn)程中統(tǒng)一頁號(hào)）46 分頁管理的存儲(chǔ)保護(hù)有兩種方式： 一是由CPU提供的越界保護(hù)，當(dāng)?shù)刂酚成錂C(jī)構(gòu)分離出頁號(hào)和頁內(nèi)位移后，若0頁號(hào)用戶程序的總頁數(shù)則訪問合法，否則訪問越界。 二是由操作系統(tǒng)在頁表中為頁的存取權(quán)限設(shè)置的保護(hù)位，表示該頁的存取控制權(quán)限，如r表示可讀，w表示可讀，e表示可執(zhí)行。當(dāng)有一程序訪問該頁時(shí)，系統(tǒng)就按存取控制位設(shè)置的權(quán)限實(shí)施存取控制。475.4.6頁式管理的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 有效地解決了碎片問題； 提供了內(nèi)存和外存統(tǒng)一管理的虛擬存儲(chǔ)器

21、實(shí)現(xiàn)方式，使用戶可以利用的存儲(chǔ)空間大大增加。 缺點(diǎn)： 要求有相應(yīng)的硬件支持； 增加了系統(tǒng)開銷（如缺頁中斷處理）； 如置換算法選擇不當(dāng)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象； 每個(gè)進(jìn)程的最后總有一部分空間得不到利用。48作業(yè) 習(xí)題：缺頁次數(shù)及中斷率的計(jì)算。 在一個(gè)請(qǐng)求分頁虛擬存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，一個(gè)程序頁面的訪問序列是1、2、3、4、2、1、5、2、1、2、3、5、2、1、4、2、3。分別用FIFO和LRU算法，對(duì)分配給程序3個(gè)頁框和4個(gè)頁框的情況下，求出缺頁次數(shù)和缺頁中斷率。495.5分段內(nèi)存管理分段內(nèi)存管理段式管理的引入段式管理的引入 問題的提出 由于分頁方式只考慮程序空間按頁的尺寸切分，沒有考慮各連續(xù)的頁之間是

22、否在邏輯上也是連續(xù)的。 邏輯上的不連續(xù)導(dǎo)致 請(qǐng)調(diào)一頁，可能只用到該頁中的一部分； 不方便實(shí)現(xiàn)段的共享和保護(hù)。 解決辦法 段式管理,保留程序在邏輯上的完整性505.5.1段式管理的基本原理段式管理的基本原理 段式管理原理 作業(yè)：按邏輯意義分段 內(nèi)存分配 段內(nèi)在內(nèi)存中連續(xù) 各段在內(nèi)存中可連續(xù)，也可不連續(xù)51 段 程序按邏輯上有完整意義的段來劃分，稱為邏輯段。例如主程序、子程序、數(shù)據(jù)等都可各成一段。每個(gè)段的大小可以不相等。 邏輯地址 程序中的邏輯地址由段號(hào)和段內(nèi)位移兩部分（二維）組成。 段號(hào) 將一個(gè)程序的所有邏輯段從0開始編號(hào)，稱為段號(hào)。 段內(nèi)地址 每一個(gè)邏輯段都是從0開始編址，稱為段內(nèi)地址。段號(hào)S

23、段內(nèi)位移W程序邏輯地址段式地址5.5.2段式管理的實(shí)現(xiàn)原理52代碼段 （第2段） 數(shù)據(jù)段（第1段） 棧段（第0段） 某行代碼邏輯地址：2：2K段號(hào) 01K-11段內(nèi)地址1K2K02K-1105K-11段式管理地址53 段式管理的分配與回收 參考動(dòng)態(tài)分區(qū)管理 段式管理中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 段表：記錄內(nèi)存分配情況 段表屬性段表屬性 段段號(hào)號(hào) 段首址段首址 段長(zhǎng)段長(zhǎng) 中斷位中斷位 引用位引用位 改變位改變位 保護(hù)位保護(hù)位 段式管理地址映射機(jī)制 由邏輯地址得到段號(hào)S和段內(nèi)位移W； 查段表得到物理起址B，加上W即得物理地址。5455段的共享與保護(hù)段的共享與保護(hù) 段的共享 實(shí)現(xiàn)：段表中設(shè)置指向共享段的地址指針

24、56 段保護(hù)： 地址越界保護(hù)：段起址物理地址段起址+段長(zhǎng) 段式管理中，地址越界引發(fā)的中斷稱為越段中斷。但如果系統(tǒng)允許段動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)，則應(yīng)修改段表中的段長(zhǎng)表項(xiàng)值。此時(shí)的段表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表所示。 設(shè)置段的存取保護(hù)位:可讀、可寫、可執(zhí)行等。 相比較頁的存取保護(hù)，段的存取保護(hù)更易于實(shí)現(xiàn)，解決了分頁管理中由于頁在邏輯上不具備邏輯完整性，當(dāng)一頁的內(nèi)容涉及多個(gè)邏輯模塊時(shí)，該頁的存取控制難以實(shí)現(xiàn)的難題。 段號(hào)段 長(zhǎng)度起 始 地 址允許動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)內(nèi) / 外存訪問位575.5.3 分段的優(yōu)缺點(diǎn)分段的優(yōu)缺點(diǎn) 分段的優(yōu)缺點(diǎn)：見下 分段和分頁的比較 不同（1）段根據(jù)用戶的需要?jiǎng)澐?，便于存?chǔ)保護(hù)和信息的共享；頁是為了管理內(nèi)存的方

25、便而劃分的，頁的保護(hù)和共享受到限制。（2）頁的大小固定不變，由系統(tǒng)決定；段的大小是不固定的，由其完成的功能決定。（3）段式提供的是二維地址空間；頁式提供的是一維地址空間。（4）段式管理可能產(chǎn)生內(nèi)存外碎片，頁式管理消除了外碎片，但有頁內(nèi)碎片。58 相同（5）段式與頁式一樣，都需要在進(jìn)程運(yùn)行前，全部信息裝內(nèi)存，內(nèi)存利用不夠充分。 （6）段式與頁式一樣，為實(shí)現(xiàn)地址變換，CPU要花費(fèi)較大的開銷，為實(shí)現(xiàn)管理要提供更多的表格。（7）段式與頁式一樣，尋址都需要訪問二次內(nèi)存，如果要提高訪問速度，都需要在相聯(lián)存儲(chǔ)器中設(shè)置快表。59請(qǐng)求段式管理的基本思想請(qǐng)求段式管理的基本思想 段式存儲(chǔ)也可實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)管理，稱為請(qǐng)求段式管理。 請(qǐng)求段式管