《存儲器管理》 (2)

1、第四章存儲器管理 4.1 存儲器的層次結(jié)構(gòu) 4.2程序的裝入和鏈接 4.3連續(xù)分配方式4.4基本分頁存儲管理方式4.5基本分段存儲管理方式4.6虛擬存儲器的基本概念4.7請求分頁存儲管理方式4.8頁面置換算法4.9請求分段存儲管理方式 精選ppt 存儲器是計算機系統(tǒng)的五大組成部分之一。隨著計算機技術的發(fā)展，存儲器容量一直在擴充，但仍不能滿足現(xiàn)代軟件和用戶的需要，因此存儲器仍是一種寶貴、緊俏的資源。對存儲器加以有效管理，不僅直接影響存儲器的利用率，而且對系統(tǒng)性能有重大影響。存儲器管理的主要對象是內(nèi)存，對外存的管理在文件管理中。精選ppt存儲管理的主要功能有: 主存分配與回收 地址重定位(地址映射

2、) 存儲保護 主存擴充(虛擬內(nèi)存) 提高內(nèi)存空間的利用率精選ppt4.1 存儲器的層次結(jié)構(gòu) 4.1.1 多級存儲器結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，存儲器是信息外理的來源與歸宿，占據(jù)重要位置。但是，在現(xiàn)有技術條件下，任何一種存儲裝置，都無法同時從速度與容量兩方面，滿足用戶的需求。實際上它們組成了一個速度由快到慢，容量由小到大的存儲裝置層次。 對于通用計算機而言，存儲層次至少應具有三級：最高層為CPU寄存器，中間為主存，最底層是輔存。在較高檔的計算機中，還可以根據(jù)具體的功能分工細劃為寄存器、高速緩存、主存儲器、磁盤緩存、固定磁盤、可移動存儲介質(zhì)等6層。精選ppt圖4-1 計算機系統(tǒng)存儲層次示意 精選ppt

3、4.1.2 主存儲器與寄存器1主存儲器主存儲器(簡稱內(nèi)存或主存)用于保存進程運行時的程序和數(shù)據(jù)，也稱可執(zhí)行存儲器。其容量對于當前的微機系統(tǒng)和大中型機，可能一般為數(shù)十MB到數(shù)GB，而且容量還在不斷增加，而嵌入式計算機系統(tǒng)一般僅有幾十KB到幾MB。CPU的控制部件只能從主存儲器中取得指令和數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)能夠從主存儲器讀取并將它們裝入到寄存器中，或者從寄存器存入到主存儲器。CPU與外圍設備交換的信息一般也依托于主存儲器地址空間。由于主存儲器的訪問速度遠低于CPU執(zhí)行指令的速度，為緩和這一矛盾，在計算機系統(tǒng)中引入了寄存器和高速緩存。 精選ppt2寄存器寄存器訪問速度最快，完全能與CPU協(xié)調(diào)工作，但價格卻十

4、分昂貴，因此容量不可能做得很大。寄存器的長度一般以字(word)為單位。寄存器的數(shù)目，對于當前的微機系統(tǒng)和大中型機，可能有幾十個甚至上百個；而嵌入式計算機系統(tǒng)一般僅有幾個到幾十個。寄存器用于加速存儲器的訪問速度，如用寄存器存放操作數(shù)，或用作地址寄存器加快地址轉(zhuǎn)換速度等。 精選ppt4.1.3 高速緩存和磁盤緩存1高速緩存高速緩存是現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)中的一個重要部件，其容量大于或遠大于寄存器，而比內(nèi)存約小兩到三個數(shù)量級左右，從幾十KB到幾MB，訪問速度快于主存儲器。根據(jù)程序執(zhí)行的局部性原理(即程序在執(zhí)行時將呈現(xiàn)出局部性規(guī)律，在一較短的時間內(nèi)，程序的執(zhí)行僅局限于某個部分)，將主存中一些經(jīng)常訪問的信息存

5、放在高速緩存中，減少訪問主存儲器的次數(shù)，可大幅度提高程序執(zhí)行速度。通常，進程的程序和數(shù)據(jù)時存放在主存儲器中，每當使用時，被臨時復制到一個速度較快的高速緩存中。精選ppt當CPU訪問一組特定信息時，首先檢查它是否在高速緩存中，如果已存在，可直接從中取出使用，以避免訪問主存，否則，再從主存中讀出信息。精選ppt2磁盤緩存由于目前磁盤的I/O速度遠低于對主存的訪問速度，因此將頻繁使用的一部分磁盤數(shù)據(jù)和信息，暫時存放在磁盤緩存中，可減少訪問磁盤的次數(shù)。磁盤緩存本身并不是一種實際存在的存儲介質(zhì)，它利用主存中的存儲空間，來暫存從磁盤中讀出(或?qū)懭?的信息。主存也可以看做是輔存的高速緩存，因為，輔存中的數(shù)據(jù)

6、必須復制到主存方能使用；反之，數(shù)據(jù)也必須先存在主存中，才能輸出到輔存。 精選ppt一個文件的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)在存儲器層次的不同級別中，例如，一個文件數(shù)據(jù)通常被存儲在輔存中(如硬盤)，當其需要運行或被訪問時，就必須調(diào)入主存，也可以暫時存放在主存的磁盤高速緩存中。大容量的輔存常常使用磁盤，磁盤數(shù)據(jù)經(jīng)常備份到磁帶或可移動磁盤組上，以防止硬盤故障時丟失數(shù)據(jù)。有些系統(tǒng)自動地把老文件數(shù)據(jù)從輔存轉(zhuǎn)儲到海量存儲器中，如磁帶上，這樣做還能降低存儲價格。 精選ppt4.2 程序的裝入和鏈接在多道程序環(huán)境下，程序要運行必須為之創(chuàng)建進程，而創(chuàng)建進程的第一件事，就是要將程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存。如何將一個用戶源程序變?yōu)橐粋€可在內(nèi)

7、存中執(zhí)行的程序，通常要經(jīng)過以下幾步：（1）編譯。由編譯程序（Compiler）將用戶源代碼編譯成若干個目標模塊（Object Module）；（2）鏈接。由鏈接程序（Linker）將編譯后形成的目標模塊以及它們所需要的庫函數(shù)，鏈接在一起，形成一個裝入模塊（Load Module）；（3）裝入。由裝入程序（Loader）將裝入模塊裝入內(nèi)存。精選ppt圖4-2對用戶程序的處理步驟 庫鏈接程序裝入模塊裝入程序編譯程序產(chǎn)生的目標模塊第一步第二步第三步內(nèi)存精選ppt0 目標模塊100 0 100 作業(yè)J200 512K 地址空間符號指令 數(shù)據(jù)說明 I/O說明名空間(作業(yè) J 的源程序)內(nèi)存空間裝入編譯

8、關于三個空間的定義：邏輯地址或相對地址物理地址或絕對地址符號地址精選ppt4.2.1 程序的裝入 先介紹一個無須進行鏈接的單個目標模塊的裝入過程。此時目標模塊就是裝入模塊。將一個裝入模塊裝入內(nèi)存時，有三種方式：絕對裝入方式可重定位裝入方式動態(tài)運行時裝入方式精選ppt 符號地址程 序JUMP iLOAD jDATAijab程 序JUMP 1424LOAD 2224DATA14242224絕對地址1024精選ppt365LOAD 1,2500365LOAD 1,2500 010002500500010000110001250015000作業(yè)地址空間內(nèi)存空間精選pptLoad 1,2500 365L

9、oad 1,2500 3650100025005000010000作業(yè)地址空間存儲空間重定位寄存器11000125002500 10000相對地址+由于這種地址變換是在作業(yè)執(zhí)行期間隨著每條指令的執(zhí)行自動地、連續(xù)地進行，所以稱之為動態(tài)重定位。精選ppt4.2.2 程序的鏈接 程序經(jīng)過編譯后得到一組目標模塊，再利用鏈接程序?qū)⒛繕四K鏈接，形成裝入模塊。根據(jù)鏈接時間的不同，把鏈接分成三種：靜態(tài)鏈接：在程序運行前，將目標模塊及所需的庫函數(shù)鏈接成一個完整的裝配模塊，以后不再拆開。裝入時動態(tài)鏈接：指將用戶源程序編譯后所得的一組目標模塊，在裝入內(nèi)存時，采用邊裝入邊鏈接的鏈接方式。運行時動態(tài)鏈接：指對某些目標

10、模塊的鏈接，是在程序執(zhí)行中需要該目標模塊時，才對它進行鏈接。精選ppt一、靜態(tài)鏈接： (Static Linking) 事先將幾個目標鏈接裝配成一個裝入模塊，以后不再拆開的鏈接方式，稱為靜態(tài)鏈接方式。如右圖： 模塊ACALL B;Return;0L-1模塊BCALL C;Return;0M-1模塊C Return;0N-10L-1模塊AJSR “L”Return;LL+M-1模塊BJSR “L+M”;Return;模塊C Return;L+ML+M+N-1精選pptSEQAMSUBR 1MAIN系統(tǒng)目標庫當前生成的目 標 庫私有目標庫MAIN .call SEQAM.call SURB 1.

11、查找引用讀入查找引用裝入模塊SEQAM RETURNSURB 1 RETURN精選ppt 如:主程序段ABif x0 then call A else call B 精選ppt靜態(tài)鏈接精選ppt動態(tài)鏈接精選ppt4.2 連續(xù)分配方式 連續(xù)分配方式，是指為一個用戶程序分配一個連續(xù)的內(nèi)存空間。分類：單一連續(xù)分配固定分區(qū)分配動態(tài)分區(qū)分配動態(tài)重定位分區(qū)分配精選ppt4.2.1 單一連續(xù)分配 最簡單的一種存儲管理方式，但只能用于單用戶、單任務的操作系統(tǒng)中。 采用這種存儲管理方式時，可把內(nèi)存分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩部分，系統(tǒng)區(qū)僅提供給OS使用，通常放在內(nèi)存低址部分，用戶區(qū)是指除系統(tǒng)區(qū)以外的全部內(nèi)存空間，提供給

12、用戶使用。OS用戶區(qū)精選ppt工作流程 單一連續(xù)區(qū)分配采用靜態(tài)分配和靜態(tài)重定位方式，亦即作業(yè)或進程一旦進入主存，就一直等到它運行結(jié)束后才能釋放主存。如下圖所示的主存分配與回收法。并且由裝入程序檢查其絕對地址是否超越，即可達到保護系統(tǒng)的目的。精選ppt工作流程(續(xù))精選ppt4.2.2 固定分區(qū)分配將內(nèi)存用戶空間劃分為若干個固定大小的區(qū)域，在每個分區(qū)中只裝入一道作業(yè)，這樣把用戶空間劃分為幾個分區(qū)，便允許有幾道作業(yè)并發(fā)執(zhí)行。當有一空閑分區(qū)時，便可以再從外存的后備作業(yè)隊列中，選擇一個適當大小的作業(yè)裝入該分區(qū)，當該作業(yè)結(jié)束時，可再從后備作業(yè)隊列中找出另一作業(yè)調(diào)入該分區(qū)。精選ppt分區(qū)大小相等 分區(qū)大小

13、不相等精選ppt2. 內(nèi)存分配為便于內(nèi)存分配，通常將分區(qū)按大小進行排隊，并為之建立一張分區(qū)使用表，其中各表項包括每個分區(qū)的起始地址、大小及狀態(tài)(是否已分配)。精選ppt未分配1281284已分配64643已分配32322已分配24121狀態(tài)起址(K)大小(K)分區(qū)號分區(qū)說明表作業(yè)C作業(yè)B作業(yè)A操作系統(tǒng) 24K32K64K128K256K存儲空間分配情況精選ppt固定分區(qū)分配算法流程圖要求xK大小的分區(qū)取分區(qū)說明表的第一項該分區(qū)空閑嗎？分區(qū)大小xK表結(jié)束嗎？返回分區(qū)號狀態(tài)位置1無法分配取下一項NYYYNN分區(qū)回收？精選ppt 采用這種技術，雖然可以使多個作業(yè)共享主存，但仍不能充分利用它。因為，一

14、個作業(yè)的大小，只有當作業(yè)調(diào)度程序在分析進程創(chuàng)建請求時才能確定；而分區(qū)的大小是在系統(tǒng)初啟時劃定的。由于作業(yè)的大小不可能剛好等于某個分區(qū)的大小，所以，在每個分配的分區(qū)中，通常都有一部分未被作業(yè)占用而浪費掉。這種分配給用戶而未被利用的部分，稱作存儲器的“內(nèi)零頭”(InternaI Fragmentation)。 固定分區(qū)方式存儲管理的優(yōu)點是分區(qū)方法特別簡單，實現(xiàn)起來也很容易；缺點是存儲空間的利用率太低?，F(xiàn)在的操作系統(tǒng)幾乎不用它了。 精選ppt4.3.3 動態(tài)分區(qū)分配所謂動態(tài)式分區(qū)分配是指根據(jù)進程的實際需要，動態(tài)地為之分配連續(xù)的內(nèi)存空間。這種存儲管理的方法解決了固定分區(qū)嚴重浪費內(nèi)存的問題。是一種較為實

15、用的存儲管理方法。在實現(xiàn)過程中涉及三個問題：分區(qū)分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分區(qū)分配算法分區(qū)分配與回收操作精選ppt一、可變分區(qū)分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有： 1. 空閑分區(qū)表： 序號始址長度115K23K248K20K380K30K.2. 空閑分區(qū)鏈：N個字節(jié)可用（未分配）狀態(tài)位 大小 指針 0 N+2 前向指針 0 N+2 后向 指針 精選ppt精選ppt2. 分區(qū)分配算法系統(tǒng)運行一段時間后，在整個存儲空間內(nèi)將出現(xiàn)許多大小不等的區(qū)域，有的仍被作業(yè)進程占用，有的則因作業(yè)已退出系統(tǒng)而成為可用于再分配的區(qū)域?，F(xiàn)在假設有一個新的作業(yè)需調(diào)入主存，如何為其選擇一個合適的區(qū)域？常用的分配算法：(1) 首次適應

16、算法FF(2) 循環(huán)首次適應算法(3) 最佳適應算法(4)最壞適應算法(5) 快速適應算法(quick fit)精選ppt(1) 首次適應算法FFFF算法要求空閑分區(qū)鏈以地址遞增的次序鏈接。在分配內(nèi)存時，從鏈首開始順序查找，直至找到一個大小能滿足要求的空閑分區(qū)為止；然后按照作業(yè)的大小，從該分區(qū)中劃出一塊內(nèi)存空間分配給請求者，余下的空閑分區(qū)仍留在空閑鏈中。若從頭到尾不存在滿足要求的分區(qū)，則分配失敗。優(yōu)點：算法簡單，查找速度快；優(yōu)先利用內(nèi)存低址部分的空閑分區(qū),留在高址部分的大的空白區(qū)被劃分的機會較少，因而在大作業(yè)到來時也比較容易得到滿足。缺點：低址部分不斷劃分，產(chǎn)生小碎片；每次查找從低址部分開始，

17、增加了查找的開銷要求:空閑區(qū)表或空閑區(qū)鏈按地址從低到高排列.精選ppt例：指針10k60k90k20k有四塊空白區(qū)(從低地址高地址)，來了一個作業(yè)需分配19k內(nèi)存。指針10k60k90k20k41k解：精選ppt(2) 循環(huán)首次適應算法（下次適應算法 next fit NF） 在分配內(nèi)存空間時，從上次找到的空閑分區(qū)的下一個空閑分區(qū)開始查找，直到找到一個能滿足要求的空閑分區(qū)，從中劃出一塊與請求大小相等的內(nèi)存空間分配給作業(yè)。為實現(xiàn)算法，需要：設置一起始查尋指針采用循環(huán)查找方式優(yōu)點：使內(nèi)存中空閑分區(qū)分布均勻，減少查找的開銷缺點：缺乏大的空閑分區(qū)要求:空閑區(qū)表或空閑區(qū)鏈按地址從低到高排列.精選ppt(

18、3) 最佳適應算法(Best fit: BF) 所謂“最佳”是指每次為作業(yè)分配內(nèi)存時，總是把能滿足要求、又是最小的空閑分區(qū)分配給作業(yè)，避免“大材小用”。要求:空閑分區(qū)表或空閑分區(qū)鏈按其容量從小到大排列。優(yōu)點：如果存儲空間中具有正好是所要求大小的存儲空白區(qū)，則必然被選中；如果不存在這樣的空白區(qū)，也只對比要求稍大的空白區(qū)進行劃分，而絕不會去劃分一個更大的空白區(qū)。因此，其后遇到大作業(yè)到來時，作業(yè)要求的存儲區(qū)域就比較容易得到滿足。缺點：產(chǎn)生許多難以利用的小空閑區(qū)；在回收一個分區(qū)時，為了把它插入到空白區(qū)鏈中合適的位置上也頗為費時。所以，這種算法乍看起來是最佳的，其實則不然。精選ppt指針10k60k90

19、k20k例：有四塊空白區(qū)(從小容量大容量)，來了一個作業(yè)需分配19k內(nèi)存。指針10k20k60k90k1k解：再排序精選ppt練習： 某基于動態(tài)分區(qū)存儲管理的計算機，其主存容量為55MB（初始為空閑），采用最佳適配（Best Fit）算法，分配和釋放的順序為：分配15MB、分配30MB、釋放15MB、分配8MB、分配6MB，此時主存中最大空閑分區(qū)的大小是（ ）。 【聯(lián)考2010】 A.7 MB B.9 MB C.10 MB D.15 MB精選ppt (4) 最壞(差)適應算法(Worst fit: WF)所謂“最壞”是指每次為作業(yè)分配內(nèi)存時，總是把能滿足要求、又是最大的空閑分區(qū)分配給作業(yè)。要求

20、:空閑分區(qū)表或空閑分區(qū)鏈按其容量從大到小排列。指針90k60k20k10k71k再排序指針90k20k10k60k例：有四塊空閑區(qū)，來了一個作業(yè)需分配19k內(nèi)存。精選ppt優(yōu)點：在劃分后剩下的空白區(qū)也是最大的，產(chǎn)生碎片幾率最小，有利于中小作業(yè)；查找效率很高。缺點：大的空閑區(qū)不容易保留，當有大的作業(yè)時，其存儲空間的申請往往得不到滿足。 精選ppt外零頭:把存儲空間中這些小的無用的分區(qū)稱為 “外零頭” (Externa1 Fragmentation)。內(nèi)零頭:分配給用戶而未被利用的部分，稱作存儲器的“內(nèi)零頭”(InternaI Fragmentation)。什么樣的分配方式產(chǎn)生外零頭？什么樣的分配

21、方式產(chǎn)生內(nèi)零頭？精選ppt四種策略比較上述四種分配策略各有利弊，到底哪種最好不能一概而論，而應針對具體作業(yè)序列來分析。對于某一作業(yè)序列來說，某種算法能將該作業(yè)序列中所有作業(yè)安置完畢，那么我們說該算法對這一作業(yè)序列是合適的。對于某一算法而言，如它不能立即滿足某一要求，而其它算法卻可以滿足此要求，則這一算法對該作業(yè)序列是不合適的。對分配策略的一種有用的度量是，系統(tǒng)對選定的一組作業(yè)來運行，比較第一次發(fā)生不能滿足存儲請求所經(jīng)歷的時間。精選ppt舉例：有作業(yè)序列：作業(yè)A要求18K；作業(yè)B要求25K，作業(yè)C要求30K。系統(tǒng)中空閑區(qū)按三種算法組成的空閑區(qū)隊列經(jīng)分析可知：最佳適應法對這個作業(yè)序列是合適的，而其

22、它兩種對該作業(yè)序列是不合適的。精選pptOS30K使用20K使用5K使用46K020K100K160K210K255K分區(qū)號大小起始地址130K20K220K100K35K160K446K210K首次適應算法空閑分區(qū)表分區(qū)號大小起始地址15K160K220K100K330K20K446K210K最佳適應算法空閑分區(qū)表分區(qū)號大小起始地址146K210K230K20K320K100K45K160K最壞適應算法空閑分區(qū)表OS30K使用20K使用5K使用46K020K100K160K210K255K作業(yè)A18K作業(yè)序列作業(yè)A18KOS30K使用20K使用5K使用46K020K100K160K210K2

23、55K作業(yè)序列255KOS30K使用20K使用5K使用46K020K100K160K210K作業(yè)A18K作業(yè)序列12K 38K2K 118K28K 228K2 30K 20K 1 28K 228K 2 2K 118K 1 5K 160K 例子精選ppt練習有作業(yè)序列：作業(yè)A要求21K；作業(yè)B要求30K，作業(yè)C要求25K。精選ppt5) 快速適應算法(quick fit)該算法又稱為分類搜索法，是將空閑分區(qū)根據(jù)其容量大小進行分類，對于每一類具有相同容量的所有空閑分區(qū)，單獨設立一個空閑分區(qū)鏈表，這樣，系統(tǒng)中存在多個空閑分區(qū)鏈表，同時在內(nèi)存中設立一張管理索引表，該表的每一個表項對應了一種空閑分區(qū)類型

24、，并記錄了該類型空閑分區(qū)鏈表表頭的指針。 空閑分區(qū)的分類是根據(jù)進程常用的空間大小進行劃分，如2 KB、4 KB、8 KB等，對于其它大小的分區(qū)，如7 KB這樣的空閑區(qū)，既可以放在8 KB的鏈表中，也可以放在一個特殊的空閑區(qū)鏈表中。 精選ppt優(yōu)點：查找效率高，僅需要根據(jù)進程的長度，尋找到能容納它的最小空閑區(qū)鏈表，并取下第一塊進行分配即可。另外該算法在進行空閑分區(qū)分配時，不會對任何分區(qū)產(chǎn)生分割，所以能保留大的分區(qū)，滿足對大空間的需求，也不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。缺點：在分區(qū)歸還主存時算法復雜，系統(tǒng)開銷較大。此外，該算法在分配空閑分區(qū)時是以進程為單位，一個分區(qū)只屬于一個進程，因此在為進程所分配的一個分區(qū)中

25、，或多或少地存在一定的浪費。精選ppt3. 分區(qū)分配操作分配內(nèi)存利用某種分配算法，從空閑分區(qū)鏈(表)中找到所需大小的分區(qū)。設請求的分區(qū)大小為u.size，表中每個空閑分區(qū)的大小表示為m.size，若m.size- u.sizesize(規(guī)定的不再切割的分區(qū)大小)，將整個分區(qū)分配給請求者，否則從分區(qū)中按請求的大小劃出一塊內(nèi)存空間分配出去，余下部分留在空閑鏈中，將分配區(qū)首址返回給調(diào)用者。精選ppt從頭開始查表檢索完否？m.sizeu.size?m.size-u.sizesize?從該分區(qū)中劃出u.size大小的分區(qū)將該分區(qū)分配給請求者修改有關的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回返回繼續(xù)檢索下一個表項將該分區(qū)從鏈中移出Y

26、YYNNN精選ppt回收內(nèi)存 當進程運行完畢釋放內(nèi)存時，系統(tǒng)根據(jù)回收區(qū)首址，在空閑分區(qū)鏈(表)中找到相應插入點，此時可能有四種情況：(1) 回收區(qū)與插入點的前一個分區(qū)F1鄰接(2) 回收區(qū)與插入點的后一個分區(qū)F2鄰接(3) 回收區(qū)與插入點的前后兩個分區(qū)F1、F2鄰接(4) 回收區(qū)既不與F1鄰接，又不與F2鄰接精選ppt作業(yè)：某操作系統(tǒng)采用可變分區(qū)分配存儲管理方法，用戶區(qū)為512K，始址為0，用空閑分區(qū)表管理空閑分區(qū)。若分配時采用分配空閑區(qū)低地址部分的方案，且初始時用戶區(qū)的512K空間空閑，對下述申請序列：申請300K，申請100K，釋放300K，申請150K，申請30K，申請40K，申請60K

27、，釋放30K回答以下問題：（1）采用首次適應算法，空閑分區(qū)有哪些空塊（給出始址、大?。?？（2）采用最佳適應算法，空閑分區(qū)有哪些空塊（給出始址、大?。?？（3）如再申請100K，針對（1）和（2）各有什么結(jié)果？精選ppt4.3.6 可重定位分區(qū)分配1.動態(tài)重定位的引入隨著系統(tǒng)接收的作業(yè)的增加，內(nèi)存中連續(xù)的大塊分區(qū)將不存在，產(chǎn)生了大量的“碎片”。問題:新的作業(yè)無法裝入到每個“碎片”小分區(qū)上運行，但所有碎片的空間總和可能大于需求。解決方案:通過移動內(nèi)存中作業(yè)的位置，把原來多個分散的小分區(qū)“拼接”成一個大分區(qū)的方法，稱為“拼接”或“緊湊” /“緊縮”/“澄清”。缺點：用戶程序在內(nèi)存中的地址發(fā)生變化，必須

28、重定位。精選pptOS區(qū)Job2Job4Job3Job1Job5Job6Job7OS區(qū)Job2Job4Job3Job1Job5Job6Job7OS區(qū)Job2Job4Job3Job1Job5Job6Job7“零頭”碎片圖4-8 緊湊的示意精選ppt2.動態(tài)重定位的實現(xiàn)動態(tài)重定位概念: 作業(yè)被裝入到內(nèi)存中的相對地址要轉(zhuǎn)換為物理地址，被推遲到程序指令真正要執(zhí)行的時候進行。精選ppt 地址空間 0 100 Load 1,500 500 Y 1K 存儲空間 0 1K1124 Load 1,5001524 Y 2K 512K 有效地址 500重定位寄存器1K處理機一側(cè)存儲器一側(cè)實現(xiàn)：（1）必須由硬件地址變

29、換機構(gòu)重定位寄存器支持：存放程序的起始地址;（2）真正訪問的內(nèi)存物理地址=相對地址+重定位寄存器中地址，當系統(tǒng)對內(nèi)存進行了“緊湊”，并不需要對程序作修改。精選ppt優(yōu)點：消除“碎片”，提高了內(nèi)存利用率，同時提高了系統(tǒng)效率。缺點：（1）需要動態(tài)重定位“硬件”機構(gòu)支持，增加了系統(tǒng)成本；（2）輕度降低了程序執(zhí)行速度；（3）“緊湊”處理增加了系統(tǒng)開銷。精選ppt三、動態(tài)重定位分區(qū)分配算法請求分配一個大小為xk的分區(qū)有大于xk的空閑區(qū)嗎？空閑區(qū)的總和xk嗎？緊縮存儲并相應地修改諸表(得到一個完整的空閑區(qū)xk)分配分區(qū)并修改諸表此刻已經(jīng)無法分配一個分區(qū)返回一個分區(qū)號數(shù)是是否否精選ppt說明：1. 動態(tài)重定

30、位分區(qū)分配法是利用分區(qū)的“拼接”(對空白區(qū)而言)或“緊湊”(作業(yè)程序而言)技術解決“零頭”。2. 問題 拼湊時機的選擇 (i)出現(xiàn)相鄰空白區(qū)即拼接；(或某分區(qū)被釋放后即緊縮)緊縮工作大，開銷大，但管理簡單 (ii)存貯不足(空白分區(qū)不夠大)時進行拼接。緊縮次數(shù)少，但管理(算法)較復雜。精選ppt4.3.7對換1. 對換（Swapping）的引入多道程序環(huán)境下存在的問題：阻塞進程占據(jù)大量內(nèi)存空間許多作業(yè)在外存而不能進入內(nèi)存運行所謂“對換”，是指把內(nèi)存中暫時不能運行的進程或者暫時不用的程序和數(shù)據(jù)，調(diào)到外存上，以便騰出足夠的內(nèi)存空間，再把已具備運行條件的進程和進程所需要的程序和數(shù)據(jù)，調(diào)入內(nèi)存。精選p

31、pt分類：整體對換(或進程對換)：以整個進程為單位頁面對換或分段對換：以頁或段為單位實現(xiàn)進程對換，系統(tǒng)必須具備的功能：對換空間的管理進程的換出進程的換入精選ppt2. 對換空間的管理外存存儲內(nèi)容駐留時間主要目標分配方式文件區(qū)文件較長久提高文件存儲空間的利用率離散對換區(qū)從內(nèi)存換出的進程短暫提高進程換入和換出的速度連續(xù)為了能對交換區(qū)中的空閑盤塊進行管理，在系統(tǒng)中設置相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以記錄外存的使用情況（空閑分區(qū)表或空閑分區(qū)鏈）對換空間的分配與回收，與動態(tài)分區(qū)方式時的內(nèi)存分配與回收雷同。精選ppt3、進程的換入和換出 a.進程的換出：條件:創(chuàng)建進程需更多的內(nèi)存空間時, 或內(nèi)存空間不夠用時;過程:選擇阻

32、塞、優(yōu)先級最低的進程作為換出進程啟動盤塊將進程的程序和數(shù)據(jù)傳送到磁盤的對換區(qū)上。 b.進程的換入：條件:當內(nèi)存空間稍有空閑時;過程:找出就緒、但已經(jīng)換出（到磁盤上）的進程將其中換出時間最久的進程將其換出,直至已經(jīng)無可以換入的進程或或已無法獲得足夠大的內(nèi)存來換入進程為止。精選ppt4.4 基本分頁存儲管理方式 連續(xù)分配方式會形成“碎片”，雖然可以通過“緊湊”解決，但開銷大。如果允許將一個進程直接分散地裝入許多不相鄰的分區(qū)中，則無需“緊湊”，由此產(chǎn)生離散分配方式。 分類：分頁存儲管理方式：離散分配的基本單位是頁 （1）基本分頁（純分頁）管理：不具備頁面置換功能；不具備支持實現(xiàn)虛擬存儲器的功能；要求

33、把每個作業(yè)全部裝入內(nèi)存后才能運行。 （2）支持虛存管理的請求分頁管理。分段存儲管理方式：離散分配的基本單位是段精選ppt4.4.1 頁面與頁表1. 頁面頁面和物理塊分頁存儲管理是將一個進程的邏輯地址空間分成若干個大小相等的片稱為頁面或頁，并為各頁加以編號，從0開始。同時把內(nèi)存空間分成與頁面相同大小的若干個存儲塊，稱為（物理）塊或頁框。順序編號（也從0開始）。精選ppt01234567891110內(nèi)存第0頁第1頁第2頁第3頁第4頁第5頁第6頁用戶作業(yè)02K-1第2頁（頁長2K）02K-14號頁框（頁長2K）精選ppt在為進程分配內(nèi)存時，以塊為單位將進程的若干個頁分別裝入到多個可以不相鄰的物理塊中

34、。例如：一個作業(yè)的地址空間有m頁。那么，只要分配給它m個頁框，每一頁分別裝入一個頁框內(nèi)即可。這里，并不要求這些頁框是連續(xù)的。說明：（1）在進程調(diào)度時，必須把它的所有頁一次裝入到主存的頁框內(nèi)；如果當時頁框數(shù)不足，則該進程必須等待，系統(tǒng)再調(diào)度另外的進程。（純分頁方式）（2）進程的最后一頁經(jīng)常裝不滿而形成“頁內(nèi)碎片”。即存在內(nèi)零頭。精選ppt.0塊1塊2塊3塊4塊5塊6塊0頁1頁2頁3頁4頁作業(yè)的地址空間頁框（物理塊）內(nèi)存精選ppt二、頁面大小在分頁系統(tǒng)中對頁面的大小應選擇得適當。因為：若選擇的頁面較小，一方面可使內(nèi)存碎片小，并減少了內(nèi)存碎片的總空間，有利于提高內(nèi)存利用率；但另一方面，也會使每個進程

35、要求較多的頁面，從而導致頁表過長，占用大量內(nèi)存；還會降低頁面換進換出的效率。若選擇的頁面較大，雖然可減少頁表長度，提高換進換出效率，但又會使頁內(nèi)碎片增大。頁面的大小通常在512B8KB選擇，但總是2的冪。精選ppt2.地址結(jié)構(gòu) 邏輯地址n-1 k k-1 0頁號P位移量W線性的邏輯地址長度為n位, 包括兩部分：頁號P：n-k位,即:地址空間最多允許有2n-k頁；位移量W（頁內(nèi)位移量，即頁內(nèi)地址）：k位,頁內(nèi)地址大小=2kB 若給定一個邏輯地址空間中的地址為A，頁面大小為L，則可以由公式求出： 頁號P=INTA/L，頁內(nèi)地址d=A mod L 例如：系統(tǒng)的頁面大小L為1KB，A=2170B， 求

36、出P=2,d=122 精選ppt邏輯地址31 12 11 0位移量W 頁號P 頁號P：1231共20位 地址空間最多允許有220=1M頁，即每個進程占用1M個頁。位移量W：011共12位 頁內(nèi)地址大小（即每頁的大?。?12B=4KB。 例：現(xiàn)代的大多數(shù)計算機系統(tǒng)的邏輯地址空間都支持很大的邏輯地址空間（232264）B，如下邏輯地址長度為32位，包括兩部分：精選ppt(357101)8(011,101,111,001,000,001)2 (01,110,1111,001,000,001)2例：設虛地址為(357101)8 每一塊為1K字節(jié)塊（頁）的大?。?K=2101 6 7 1 1 0 1位

37、移量為(1101)8, 頁號為(167)8精選ppt3.頁表 在分頁系統(tǒng)中，存儲分配問題變得非常簡單，作業(yè)的一頁可以分配到存儲空間中任何一個可用的頁框。 問題： (1)系統(tǒng)怎么知道作業(yè)的哪一頁分配在存儲空間的哪一頁框內(nèi)？ (2)如何實現(xiàn)以及何時實現(xiàn)把作業(yè)的邏輯地址變換為主存的物理地址。 精選ppt頁表： 系統(tǒng)為每一個進程建立的，在內(nèi)存中找到每個頁面所對應的物理塊號的一張頁面映像表。 一個進程占用多少頁，就在頁表中有多少頁表項。 頁表的作用：實現(xiàn)從頁號到物理塊號的地址映射。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 頁號、塊號、存取控制字段（控制存儲塊中的內(nèi)容是允許讀/寫、只讀、只執(zhí)行）。根據(jù)每頁內(nèi)容的不同，可以設置不同的存取

38、限制。所以，在頁表的表目中除了包含指向所在頁框的指針外，還包括一個存取控制字段，這個表目也稱為頁描述子。精選ppt01234567891110內(nèi)存第0頁第1頁第2頁第3頁第4頁第5頁第6頁用戶作業(yè)塊號頁號1051169453327120頁表第0頁第1頁第2頁第3頁第4頁第5頁第6頁圖4-12頁表的作用精選ppt4.4.2 地址變換機構(gòu)地址映射從邏輯地址到物理地址的變換過程。將用戶地址空間中的邏輯地址變換為內(nèi)存空間中的物理地址，系統(tǒng)設置了地址變換機構(gòu)。 由于頁內(nèi)地址和物理地址一一對應，所以地址變換機構(gòu)只是將邏輯地址中的頁號，轉(zhuǎn)換為內(nèi)存中的物理地址的物理塊號。借助頁表完成。邏輯地址 物理地址物理塊

39、號P頁內(nèi)地址d頁號P位移量W精選ppt1.基本的地址變換機構(gòu)在實際系統(tǒng)中，為了減少硬件成本，將頁表存放在被保護的系統(tǒng)區(qū)內(nèi)的一個連續(xù)空間中。這張頁表是在進程裝入主存時，由系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)存分配情況建立的。精選ppt分頁地址變換機構(gòu)變換過程：（1）進程執(zhí)行之前：PCB（內(nèi)存中的頁表始址+頁表長度）（2）進程調(diào)度后：頁表寄存器PTR （內(nèi)存中的頁表始址+頁表長度）（3）檢索頁表： 條件：頁表長度邏輯地址中的頁號不成立：所訪問的地址越界，產(chǎn)生一地址越界中斷；成立：未地址越界，則：由“頁表始址+頁號x頁表項長度”找到該頁號在頁表中的位置。精選ppt圖4-13 分頁系統(tǒng)的地址變換機構(gòu)頁表始址頁表長度頁表寄存器頁

40、表塊號頁號5332712052018物理地址頁號（3）頁內(nèi)地址2018邏輯地址越界中斷精選ppt關于分頁的地址變換計算 頁式地址映射設頁面大小為2KB精選ppt例1：某采用分頁存儲管理的系統(tǒng)中，物理地址占20位，邏輯地址中頁號占6位，頁面大小為1KB，問： 該系統(tǒng)的內(nèi)存空間大小為多少？每個存儲塊的大小為多少？邏輯地址共幾位？每個作業(yè)的最大長度為多少？ 若第0、1、2頁分別放在第3、7、9存儲塊中，則邏輯地址0420H對應的物理地址是多少？精選ppt 解： 物理地址占20位，所以該系統(tǒng)的內(nèi)存空間大小為：220=1MB 存儲塊的大小與頁面大小相同，而頁面大小為1KB，因此存儲塊的大小為：1KB 由

41、于頁面大小為1KB，占10位，而頁號占6位，因此邏輯地址共16位。 邏輯地址共16位，從而該系統(tǒng)中的每個作業(yè)大小為：216=64KB精選ppt 邏輯地址到物理地址轉(zhuǎn)換的計算方法 ： 分頁系統(tǒng)中基本的地址變換：有兩種方式，一種是十進制計算方法，另一種是二進制計算方法。 十進制計算方法：設頁號為P、頁內(nèi)位移為W、邏輯地址為A、物理地址為M、頁面大小為L。 第一步，根據(jù)公式計算頁號和位移量: 頁號：P=int(A/L)，位移量：W=A mod L 第二步，查找頁表，確定第一步中計算得到的頁號所對應的塊號。 第三步，計算物理地址，M=塊號*L+W精選ppt十進制計算方法第一步： 將邏輯地址轉(zhuǎn)換成10進

42、制：0420H=1056 頁號：P=int(A/L)=int（1056/1024）=1 位移量：W=A mod L=1056 mod 1024=32 第二步： 查頁表，1號頁面對應7號物理塊，每個物理塊大小為1K。第三步： 物理地址為：71K+32=7200。 精選ppt 邏輯地址到物理地址轉(zhuǎn)換的計算方法 ：二進制計算方法： 第一步，將邏輯地址以二進制形式表示。 第二步，根據(jù)頁面大小，計算位移量所占二進制位數(shù)，并將邏輯地址劃分為頁號和頁內(nèi)位移量兩部分。 第三步，把第二步中劃分得到的頁號部分轉(zhuǎn)換為十進制，查找頁表，確定所對應的塊號。 第四步，將第三步中得到的塊號轉(zhuǎn)換為二進制，并與第二步中劃分得到

43、的頁內(nèi)位移量拼接（頁內(nèi)位移量作為低地址部分），至此物理地址計算完畢。也可以將物理地址轉(zhuǎn)換為十六進制表示方式。 說明：一定要能夠根據(jù)頁面大小確定位移量所占二進制位數(shù)。常見頁面大小為1K、2K、4K和8K，所需二進制位數(shù)依次為10、11、12和13。精選ppt二進制計算方法：第一步，將邏輯地址轉(zhuǎn)換為二進制： 0420H=0000 0100 0010 0000第二步，頁面大小為1K，所以位移量占10個二進制位，將邏輯地址劃分為頁號和頁內(nèi)位移量兩部分： 0000 0100 0010 0000第三步，把頁號部分轉(zhuǎn)換為十進制，查找頁表，確定所對應的塊號： (0000 01)2=1，1號頁對應7號物理塊。第

44、四步，將第三步中得到的塊號轉(zhuǎn)換為二進制，并與第二步中劃分得到的頁內(nèi)位移量拼接，即得物理地址: 0001 1100 0010 0000 也可以轉(zhuǎn)換為十六進制：1C20H。精選ppt練習：在分頁存儲系統(tǒng)中地址結(jié)構(gòu)的長度為20位，頁面大小為2K，作業(yè)地址空間為8K，該作業(yè)各頁依次存放在1，3，6，7號物理塊中，相對地址4000處有一條指令 Store l，2500，請給出該作業(yè)的頁表，并分別指出該指令所在頁號和對應的物理單元及數(shù)據(jù)存放所在的頁號和物理單元。 精選ppt 由題意，頁面大小為2K，該作業(yè)的地址空間為8K，因此該作業(yè)有4頁，其頁表為： 01132637計算相對地址4000的物理地址 頁號：

45、P=int(A/L)=int（4000/2048）=1 位移量：W=A mod L=4000 mod 2048=1952 物理地址為：3*2048+1952=8096計算相對地址2500的物理地址 頁號：P=int(A/L)=int（2500/2048）=1 位移量：W=A mod L=2500 mod 2048=452 物理地址為：3*2048+452=6596精選ppt作業(yè)1：某虛擬存儲器的用戶空間共有32個頁面，每頁1KB，主存16KB。試問：（1）邏輯地址的有效位是多少？（2）物理地址需要多少位？（3）假定某時刻系統(tǒng)用戶的第0，1，2，3頁分別分配的物理塊號為5，10，4，7，試將虛地

46、址0A5C和093C變換為物理地址。作業(yè)2：有一系統(tǒng)采用頁式存儲管理，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、10、5塊，試將虛地址7145，3412轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址。精選ppt提出改進的原因： 計算機CPU存取數(shù)據(jù)需要訪問內(nèi)存兩次，處理速度降低為1/2。改進方法： 利用聯(lián)想寄存器（快表）并行查詢； 空間大小： 幾K到幾百K ，存放16512個頁表項；2.具有快表的地址變換機構(gòu)精選ppt實現(xiàn)原理： 快表與頁表同時訪問：（1）在快表中找到相匹配的頁號 直接從快表中讀出對應物理塊號；（2）在快表中沒有找到相匹配的頁號 還須找頁表，再從頁表中對出物理塊號； 再將此頁表項存入快表中

47、，重新更新快表。優(yōu)點：加快了地址變換的速度。精選ppt頁表始址頁表長度頁表寄存器頁表塊號頁號5332712051250物理地址頁號（3）頁內(nèi)地址（1250）邏輯地址越界中斷快表塊號頁號2051145320輸入寄存器圖4-14 具有快表的地址變換機構(gòu)精選ppt 當調(diào)度合理時，命中率可以達到90以上?？紤]到快表的速度是內(nèi)存速度的數(shù)倍或數(shù)十倍，那么相對于內(nèi)存速度，訪問頁表的時間可以忽略不計。也就是說頁地址變換不會造成進程運行速度下降多少。精選ppt例：設訪問主存時間為200ns,訪問聯(lián)想存貯器為40ns，命中率為90，則平均存取時間為多少？查頁表兩次訪存：平均為200200400ns查快表，平均為：

48、 (200+40)90(200+200+40)10260ns解：方法1：方法2：精選ppt4.3.3 兩級和多級頁表 現(xiàn)代計算機系統(tǒng)都支持非常大的邏輯地址空間(232264)，頁表就非常大，需占用較大的地址空間。例如：一個具有32位邏輯地址空間的分頁系統(tǒng)，規(guī)定頁面大小為4KB即212B，則每個進程頁表的頁表項可達1M個，若每個頁表項占用一個字節(jié)，則每個進程的頁表就要占據(jù)1MB的內(nèi)存空間，而且要求連續(xù)存放。解決方法：采用離散方式只將當前所需頁表項調(diào)入內(nèi)存精選ppt1. 兩級頁表 將頁表分頁，并離散地將各個頁面分別存放在不同的物理塊中，同時為離散分配的頁表再建立一張頁表，稱為外層頁表，其每個頁表項

49、記錄了頁表頁面的物理塊號。精選ppt例如： 32位邏輯地址空間，頁面大小為4KB(即12位)，每個頁表項占4個字節(jié)，若采用一級頁表機構(gòu)，應有20位頁號，即頁表項應有1M個；在采用兩級頁表機構(gòu)時，再對頁表進行分頁，使每頁包含210(即1024)個頁表項，最多允許有210個頁表分頁。即頁內(nèi)地址外層頁內(nèi)地址外層頁號dp2p1 31 22 21 12 11 0 精選ppt012345671141151468內(nèi)存空間641第0頁頁表0121023115114第1頁頁表01210231468第n頁頁表0121023174210781011012n外部頁表兩級分頁結(jié)構(gòu)頁表頁目錄表精選ppt外部頁表外層頁表始

50、址d物理地址外部頁號P1外部頁內(nèi)地址P2邏輯地址頁內(nèi)地址db頁表圖4-16 具有兩級頁表的地址變換機構(gòu)外部頁表寄存器（包含頁表分頁始址）（包含該頁中的物理塊號b） 精選ppt 上述方法用離散分配空間解決了大頁表無需大片存儲空間的問題，但并未減少頁表所占的內(nèi)存空間。 解決方法是把當前需要的一批頁表項調(diào)入內(nèi)存，以后再根據(jù)需要陸續(xù)調(diào)入。精選ppt2. 多級頁表兩級頁表對32位機器適用，64位呢？頁面大小為4KB即212B，還剩52位，按物理塊大小212B來劃分頁表，則剩余42位用于外層頁號，此時外層頁表可能有4096G個頁表項，要占用16384GB的連續(xù)存儲空間解決方法：采用多級頁表，將外層頁表再進

51、行分頁。將各個分頁離散地裝入到不相鄰接的物理塊中，再利用第2級的外層來映射它們之間的關系。邏輯地址映射到物理地址的方法和二級頁表相同。精選ppt 練習：某計算機采用二級頁表的分頁存儲管理方式，按字節(jié)編址，頁大小為210字節(jié)，頁表項大小為2字節(jié)，邏輯地址結(jié)構(gòu)為： ，邏輯地址空間大小為216頁，則表示整個邏輯地址空間的頁目錄表中包含表項的個數(shù)至少是（ ）。【聯(lián)考 2010】 A.64 B.128 C.256 D.512 【分析】本題目關鍵是確定頁目錄號占用多少位。已知頁大小為210字節(jié)，頁表項大小為2字節(jié)，因此，每頁可以包含29個頁表項，即頁號部分占用9位；又已知邏輯地址空間大小為216頁，即頁目

52、錄號和頁號總共占用16位，因此，頁目錄號占用7位，所以應該選擇B。精選ppt例：一個由四個頁面（頁號為03），每頁由1024個字節(jié)組成的程序，把它裝入由8個物理塊（塊號為07）組成的存儲器中，裝入情況如下表所示。已知下面的邏輯地址（其中方括號中的第一個元素為頁號，第二個元素為頁內(nèi)地址），請按頁表求出對應的物理地址。（1）0，100； （2）1，179； （3）2，785；邏輯頁號內(nèi)存塊號03152632解答：因為每頁有1024B，所以內(nèi)存中每塊也有1024B。物理地址 塊號塊長 + 頁內(nèi)地址，得到：（1）的物理地址為：31024+100=3072+100=3172 （2）的物理地址為：5102

53、4+179=5120+179=5299（3）的物理地址為：61024+785=6144+785=6929 精選ppt作業(yè)：已知某系統(tǒng)頁面長4KB，每個頁表項為4B，采用多層分頁策略映射64位的用戶地址空間。若限定最高層頁表只占1頁，則它可采用幾層分頁策略？精選ppt4.5 基本分段存儲管理方式提出分段管理的目的除了可以提高內(nèi)存空間的利用率外，主要是為了更好地實現(xiàn)程序的共享和動態(tài)鏈接，并方便用戶編程。頁式管理是把內(nèi)存視為一維線性空間；而段式管理是把內(nèi)存視為二維空間，與進程邏輯相一致。精選ppt4.5.1 分段存儲管理方式的引入 主要是為了滿足用戶的下述一系列要求：1.方便編程。一個段可定義為一組

54、邏輯信息，如子程序，數(shù)組或工作區(qū)，(分段是程序中自然劃分的一組邏輯意義完整的信息集合，它是用戶在編程時決定的)。因此，每個作業(yè)的地址空間是由一些分段構(gòu)成的，每段都有自己的名字，且都是一段連續(xù)的地址空間。可見，整個作業(yè)的地址空間是二維的。CALL X|LOAD 1,A|STORE 1,B|分段MAIN(主程序) 01KY：分段X(子程序) 0640D：分段A (數(shù)組) 0500C：分段B(工作區(qū)) 0300精選ppt2.信息共享。一般實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)共享時都是以信息的邏輯單位為基礎的。在分頁系統(tǒng)中的每一頁都只是存放信息的物理單位，其本身并無完整意義，因而不便于實現(xiàn)信息共享，而段卻是信息的邏輯單位，

55、通常是可以表達某種意義的，采用分段存儲管理，更便于實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的共享。3.信息保護。對內(nèi)存中的信息的保護，同樣也是對信息的邏輯單位進行保護。采用分段存儲管理，對實現(xiàn)信息保護，將是更有效和方便。 4.動態(tài)增長。在實際使用中，往往有些段，特別是數(shù)據(jù)段會隨著程序的運行不斷增大，而這種增長事先并不知曉會增長到多大，采用其它存儲管理方式是難以應付的，而分段存儲管理卻能較好的解決這一問題。5.動態(tài)鏈接。前面已談到，采用動態(tài)鏈接能更有效提高存儲空間的利用率。由于每個程序模塊構(gòu)成獨立的分段，并有自己的段名，因而實現(xiàn)動態(tài)鏈接是比較容易的。 精選ppt4.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理 1、分段 在分段管理系統(tǒng)中，

56、對所有地址空間的訪問均要求兩個成分： (1)段的名字； (2)段內(nèi)地址。例如，可按下述調(diào)用：CALL X| 轉(zhuǎn)移到子程序X中的入口點YLOAD 1, A| 將數(shù)組A的D單元的值讀入寄存器1STORE 1,B| 將寄存器1的內(nèi)容存入分段B的C單元中這些符號程序經(jīng)匯編和裝配后，指令和數(shù)據(jù)的單元地址均由兩部分構(gòu)成：一是表示段名的段號S；一是位移量W，即段內(nèi)地址。所以，在分段系統(tǒng)中的地址結(jié)構(gòu)有如下形式：段號S 位移量W 邏輯地址23 1615 0精選ppt 一旦段號字段和位移量字段的長度確定后，一個作業(yè)地址空間中允許的最多段數(shù)及段的長度也就限定了。上述地址結(jié)構(gòu)表明，該系統(tǒng)可允許一個作業(yè)有256段，最大

57、段長為64K字節(jié)。段號S 位移量W 邏輯地址23 1615 0精選ppt所謂分段管理，就是管理由若干分段組成的作業(yè)，且按分段來進行存儲分配。實現(xiàn)分段管理的關鍵在于，如何保證分段(二維)地址空間中的一個作業(yè)在線性(一維)的存儲空間中正確運行。分段式存儲管理的實現(xiàn)是基于動態(tài)分區(qū)存儲管理的原理。系統(tǒng)為每個分段分配一個連續(xù)的分區(qū)，而進程中的各個段可以離散地移入內(nèi)存中不同的分區(qū)中?；痉侄未鎯芾矸绞街校M程運行時，其各段必須全部裝入內(nèi)存。精選ppt2. 段表 為使程序正常運行，須在系統(tǒng)中為每個進程建立一張段映射表，簡稱“段表”。每個段在表中占有一個表項，其中記錄了該段在內(nèi)存中的起始地址(段基址)和段的

58、長度。 段表可以存放在寄存器中，但更多的是存放在內(nèi)存中。 段表可以實現(xiàn)從邏輯地址到內(nèi)存物理地址的映射。段號012段首址段長度58K20K100K110K260K140K精選ppt作業(yè)空間(MAIN)=0030K(X)=1020K(D)=2015K(S)=3010K150K10K120K15K80K20K40K30K0123段號段長基址段表(S)=310K(D)=215K(X)=120K(MAIN)=030K內(nèi)存空間040K80K120K150K利用段表實現(xiàn)地址映射:精選ppt3. 地址變換機構(gòu) 在系統(tǒng)中設置段表寄存器，用于存放段表始址和段表長度，以實現(xiàn)從進程的邏輯地址到物理地址的變換。 段表寄

59、存器和段表還有存儲保護的功能精選ppt段表長度段表始址段表寄存器物理地址+越界中斷分段系統(tǒng)的地址變換機構(gòu)1002段號S位移量W段表92002008K5004K6006K1K段長基址段號0123+82928K82928692主存精選ppt 問題：當段表存放在內(nèi)存中時，每訪問一個數(shù)據(jù)，都需兩次訪問內(nèi)存，降低了計算機的速率。 解決方法：設置聯(lián)想寄存器（快表），用于保存最近常用的段表項。這樣,比起沒有地址變換的常規(guī)存儲器的存取速度來僅慢約10%15%.精選ppt Cl Cb+段號S 段內(nèi)地址d比較比較b + d段表S= Cl快表物理地址段表始址寄存器段表長度寄存器邏輯地址lb.Slb地址越界d=1d=

60、1地址映射地址越界地址越界比較精選ppt4. 分頁和分段的主要區(qū)別相似點：采用離散分配方式，通過地址映射機構(gòu)實現(xiàn)地址變換不同點：頁是信息的物理單位，分頁是為了滿足系統(tǒng)的需要,提高內(nèi)存利用率；段是信息的邏輯單位，含有一組意義相對完整的信息，分段是為了滿足用戶的需要。頁的大小固定且由系統(tǒng)確定，由系統(tǒng)把邏輯地址分為頁號和頁內(nèi)地址，由機器硬件實現(xiàn)；段的長度不固定，取決于用戶程序，編譯程序?qū)υ闯绦蚓幾g時根據(jù)信息的性質(zhì)劃分。分頁的作業(yè)地址空間是一維的；分段的作業(yè)地址空間是二維的。精選ppt4.5.3 信息共享 分段系統(tǒng)的一個突出優(yōu)點是易于實現(xiàn)段的共享，允許若干個進程共享一個或多個分段，且對段的保護十分簡單