存儲管理論文

1、 論文存儲管理定義存儲管理子系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中最重要的組成部分之一。 在早期計(jì)算時代，由于人們所需要的內(nèi)存數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物理 內(nèi)存，人們設(shè)計(jì)出了各種各樣的策略來解決此問題，其中最 成功的是虛擬內(nèi)存技術(shù)。它使得系統(tǒng)中為有限物理內(nèi)存競爭 的進(jìn)程所需內(nèi)存空間得到滿足。存儲管理的對象是主存儲器 （簡稱內(nèi)存或主存）。存儲方式分區(qū)存儲分區(qū)存儲管理又有三種不同的方式：靜態(tài)分區(qū)、可變分區(qū)、 可重定位分區(qū)。分頁存儲分頁存儲管理是將一個進(jìn)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，如第0頁、第1頁等。相應(yīng)地，也把內(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

2、（frame）， 也同樣為它們加以編號，如0#塊、1#塊等等。在為進(jìn)程分 配內(nèi)存時，以塊為單位將進(jìn)程中的若干個頁分別裝入到多個 可以不相鄰接的物理塊中。由于進(jìn)程的最后一頁經(jīng)常裝不滿 一塊而形成了不可利用的碎片，稱之為“頁內(nèi)碎片”。分段存儲在分段存儲管理方式中，作業(yè)的地址空間被劃分為若干 個段，每個段定義了一組邏輯信息。例如，有主程序段MAIN、 子程序段X、數(shù)據(jù)段D及棧段S等。每個段都有自己的名字。 為了實(shí)現(xiàn)簡單起見，通?？捎靡粋€段號來代替段名，每個段 都從0開始編址，并采用一段連續(xù)的地址空間。段的長度由 相應(yīng)的邏輯信息組的長度決定，因而各段長度不等。整個作 業(yè)的地址空間由于是分成多個段，因而

3、是二維的，亦即，其 邏輯地址由段號（段名）和段內(nèi)地址所組成。段頁存儲段頁式系統(tǒng)的基本原理，是基本分段存儲管理方式和基 本分頁存儲管理方式原理的結(jié)合，即先將用戶程序分成若干 個段，再把每個段分成若干個頁，并為每一個段賦予一個段 名。虛擬存儲當(dāng)程序的存儲空間要求大于實(shí)際的內(nèi)存空間時，就使得 程序難以運(yùn)行了虛擬存儲技術(shù)就是利用實(shí)際內(nèi)存空間和相 對大的多的外部儲存器存儲空間相結(jié)合構(gòu)成一個遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 實(shí)際內(nèi)存空間的虛擬存儲空間，程序就運(yùn)行在這個虛擬存儲 空間中.能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬存儲的依據(jù)是程序的局部性原理，即 程序在運(yùn)行過程中經(jīng)常體現(xiàn)出運(yùn)行在某個局部范圍之內(nèi)的 特點(diǎn).在時間上，經(jīng)常運(yùn)行相同的指令段和數(shù)據(jù)（稱為

4、時間 局部性），在空間上，經(jīng)常運(yùn)行與某一局部存儲空間的指令 和數(shù)據(jù)（稱為空間局部性），有些程序段不能同時運(yùn)行或根本 得不到運(yùn)行。虛擬存儲是把一個程序所需要的存儲空間分成 若干頁或段，程序運(yùn)行用到頁和段就放在內(nèi)存里，暫時不用 就放在外存中.當(dāng)用到外存中的頁和段時，就把它們調(diào)到內(nèi) 存，反之就把它們送到外存中.裝入內(nèi)存中的頁或段可以分 散存放.存儲管理的主要功能存儲管理的主要功能是解決多道作業(yè)的主存空間的分 配問題。主要包括：（1）內(nèi)存區(qū)域的分配和管理：設(shè)計(jì)內(nèi)存的分配結(jié)構(gòu)和 調(diào)入策略，保證分配和回收。（2）內(nèi)存的擴(kuò)充技術(shù)：使用虛擬存儲或自動覆蓋技術(shù) 提供比實(shí)際內(nèi)存更大的空間。（3）內(nèi)存的共享和保護(hù)技

5、術(shù)。除了被允許共享的部分 之外，作業(yè)之間不能產(chǎn)生干擾和破壞，須對內(nèi)存中的數(shù)據(jù)實(shí) 施保護(hù)。相關(guān)名詞解析（1）地址空間與存儲空間答：目標(biāo)程序所在的空間稱為地址空間，即程序員用來 訪問信息所用的一系列地址單元的集合；存儲空間是指主存 中一系列存儲信息的物理單元的集合。（2）邏輯地址與物理地址答：在具有地址變換機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，允許程序中編排 的地址和信息實(shí)際存放在內(nèi)存中的地址有所不同。邏輯地址 是指用戶程序經(jīng)編譯后，每個目標(biāo)模塊以0為基地址進(jìn)行的 順序編址。邏輯地址又稱相對地址。物理地址是指內(nèi)存中各 物理存儲單元的地址從統(tǒng)一的基地址進(jìn)行的順序編址。物理 地址又稱絕對地址，它是數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的實(shí)際存儲地址

6、。（3）虛地址與實(shí)地址答：虛地址同邏輯地址，實(shí)地址同物理地址。（4）地址重定位答：重定位是把邏輯地址轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)存的物理地址的過程。 根據(jù)重定位時機(jī)的不同，又分為靜態(tài)重定位（裝入內(nèi)存時重 定位）和動態(tài)重定位（程序執(zhí)行時重定位）。（5）虛擬存儲器答：虛擬存儲器是一種存儲管理技術(shù)，用以完成用小的 內(nèi)存實(shí)現(xiàn)在大的虛空間中程序的運(yùn)行工作。它是由操作系統(tǒng) 提供的一個假想的特大存儲器。但是虛擬存儲器的容量并不 是無限的，它由計(jì)算機(jī)的地址結(jié)構(gòu)長度所確定，另外虛存容 量的擴(kuò)大是以犧牲CPU工作時間以及內(nèi)、外存交換時間為代 價的。內(nèi)存的覆蓋和交換技術(shù)定義與區(qū)別答：在多道系統(tǒng)中，對換是指系統(tǒng)把內(nèi)存中暫時不能運(yùn) 行的某

7、部分作業(yè)寫入外存交換區(qū)，騰出空間，把外存交換區(qū) 中具備運(yùn)行條件的指定作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。對換是以時間來換取 空間，減少對換的信息量和時間是設(shè)計(jì)時要考慮的問題。由于CPU在某一時刻只能執(zhí)行一條指令，所以一個作業(yè) 不需要一開始就全裝入內(nèi)存，于是將作業(yè)的常駐部分裝入內(nèi) 存，而讓那些不會同時執(zhí)行的部分共享同一塊內(nèi)存區(qū)，后調(diào) 入共享區(qū)的內(nèi)容覆蓋前面調(diào)入的內(nèi)容，這就是內(nèi)存的覆蓋技 術(shù)。兩者的區(qū)別主要有：交換技術(shù)由操作系統(tǒng)自動完成，不 需要用戶參與，而覆蓋技術(shù)需要專業(yè)的程序員給出作業(yè)各部 分之間的覆蓋結(jié)構(gòu)，并清楚系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu)；交換技術(shù)主要 在不同作業(yè)之間進(jìn)行，而覆蓋技術(shù)主要在同一個作業(yè)內(nèi)進(jìn)行; 另外覆蓋技術(shù)主要

8、在早期的操作系統(tǒng)中采用，而交換技術(shù)在 現(xiàn)代操作系統(tǒng)中仍具有較強(qiáng)的生命力。分頁式和分段式內(nèi)存管理有什么區(qū)別？怎樣才能實(shí) 現(xiàn)共享和保護(hù)？答：段式與頁式存儲管理的比較如下表所示。段式頁式分段由用戶設(shè)計(jì)劃分，每段對 應(yīng)一個相應(yīng)的的程序模塊，有 完整的邏輯意義。分頁用戶看不見，由操作 系統(tǒng)為內(nèi)存管理劃分。段面是信息的邏輯單位頁面是信息的物理單位便于段的共享，執(zhí)行時按需動 態(tài)鏈接裝入。頁一般不能共享段長不等，可動態(tài)增長，有利 于新數(shù)據(jù)增長。頁面大小相同，位置不能 動態(tài)增長。二維地址空間：段名、段中地 址；段號、段內(nèi)單元號一維地址空間管理形式上象頁式，但概念不 同往往需要多次缺頁中斷才 能把所需信息完整地調(diào)

9、入 內(nèi)存實(shí)現(xiàn)頁（段）的共享是指某些作業(yè)的邏輯頁號（段號） 對應(yīng)同一物理頁號（內(nèi)存中該段的起始地址）。頁（段）的 保護(hù)往往需要對共享的頁面（段）加上某種訪問權(quán)限的限制，如不能修改等；或設(shè)置地址越界檢查，對于頁內(nèi)地址（段內(nèi) 地址）大于頁長（段長）的存取，產(chǎn)生保護(hù)中斷。按資源分配管理技術(shù)，輸入輸出設(shè)備類型可分為哪 三類？答：按資源分配管理的特點(diǎn)，輸入輸出設(shè)備可分為獨(dú)享 設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備三類。獨(dú)享設(shè)備：即不能共享的設(shè)備，一段時間只能由一個作 業(yè)獨(dú)占。如打印機(jī)、讀卡機(jī)、磁帶機(jī)等。所有字符型輸入輸 出設(shè)備原則上都應(yīng)是獨(dú)享設(shè)備。共享設(shè)備：可由若干作業(yè)同時共享的設(shè)備，如磁盤機(jī)等。 共享分配技術(shù)保證多個

10、進(jìn)程可以同時方便地直接存取一臺 共享設(shè)備。共享提高了設(shè)備的利用率。塊設(shè)備都是共享設(shè)備。虛擬設(shè)備：利用某種技術(shù)把獨(dú)享設(shè)備改造成多臺同類型 獨(dú)享設(shè)備或共享設(shè)備。虛擬分配技術(shù)就是利用獨(dú)享設(shè)備去模 擬共享設(shè)備，從而使獨(dú)占設(shè)備成為可共享的、快速I/O的設(shè) 備。實(shí)現(xiàn)虛擬分配的最有名的技術(shù)是SPOOLing技術(shù)，即假 脫機(jī)技術(shù)。八、Spooling的含義是什么？試述Spooling系統(tǒng)的特 點(diǎn)、功能以及控制過程。答：Spooling 是 Simultaneous Peripheral OperationOn-Line （即外部設(shè)備聯(lián)機(jī)并行操作）的縮寫，它是關(guān)于慢 速字符設(shè)備如何與計(jì)算機(jī)主機(jī)交換信息的一種技術(shù)，