《操作系統(tǒng)》第四章-存儲器管理

1、操作系統(tǒng)第四章-存儲器管理操作系統(tǒng)第四章-存儲器管理4.1 存儲器管理的若干概念 存儲器 地址變換 虛擬存儲器 4.1 存儲器管理的若干概念一存儲器1存儲器 存儲器主存 （內(nèi)部存儲器，磁芯存 儲器）輔存 （外存）磁盤、磁鼓、 磁帶、 軟盤一存儲器存儲器主存 （內(nèi)部存儲器，磁芯存 輔存 （外存） 主存 系統(tǒng)區(qū) （OS標準子程序） 用戶區(qū) （用戶程序、數(shù)據(jù)）2主存儲器的物理組織，多級存儲器高速緩存 主存外存 主存 系統(tǒng)區(qū) （OS標準子程序） 用戶區(qū) （用戶程序 3存儲器管理的功能： (1) 主存空間分配和保護：主存儲器中允許同時容納各種軟件和多個用戶程序時，必須解決主存空間如何分配以及各存儲區(qū)內(nèi)的

2、信息如何保護等問題。對不同的存儲管理方式，采用的主存空間分配策略是不同的。為了保護區(qū)域內(nèi)信息不被破壞，必須實現(xiàn)存儲保護。存儲保護的工作必須由硬件和軟件配合來實現(xiàn)。 (2)主存空間的重定位 配合硬件做好地址轉(zhuǎn)換工作，把一組邏輯地址空間轉(zhuǎn)換成絕對地址空間，以保證處理器的正確執(zhí)行。 3存儲器管理的功能： (3)主存空間的共享 在多道程序設(shè)計的系統(tǒng)中，同時進入主存儲器執(zhí)行的作業(yè)可能要調(diào)用同的程序。例如，調(diào)用編譯程序進行編譯，把這個編譯程序存放在某個區(qū)域中，各作業(yè)要調(diào)用時就訪問這個區(qū)域，因此這個區(qū)域就是共享的。同樣也可實現(xiàn)公共數(shù)據(jù)的公享。 (4) 主存空間的擴充 提供虛擬存儲器，使用戶編制程序時不必考慮

3、主存儲器的實際容量，使計算機系統(tǒng)似乎有一個比實際主存儲器容量大得多的主存空間。 (3)主存空間的共享 二地址變換1.存儲空間 地址空間一個目標程序所限定的地址范圍 邏輯地址（相對地址）當對源程序進行編譯時，編譯后一個目標程序所限定的地址范圍稱為該作業(yè)的邏輯地址空間。 物理地址（絕對地址）主存中一系列存儲 物理單元。 地址空間是邏輯地址的集合。存儲空間是物理地址的集合。一個是虛的概念，一個是實的物體。 二地址變換2.重定位 當一個地址裝入與其地址空間不一致的存儲空間中，就得要地址變換。也就是說將虛地址映射為內(nèi)存地址，把這種作法叫做地址重定位 (1)靜態(tài)地址重定位 在裝入一個作業(yè)時，把作業(yè)中的指令

4、地址全部轉(zhuǎn)換為絕對地址（地址轉(zhuǎn)換工作是在作業(yè)執(zhí)行前集中一次完成的）在作業(yè)執(zhí)行過程中就無須再進行地址轉(zhuǎn)換工作。2.重定位 靜態(tài)地址重定位優(yōu)點它的主要優(yōu)點是，無需增加硬件地址變換機構(gòu)，因而可在一般計算機上實現(xiàn)。靜態(tài)地址重定位缺點主要缺點有：要求給每個作業(yè)分配一個連續(xù)的存儲空間，且在作業(yè)的整個執(zhí)行期間不能再移動，因而也就不能實現(xiàn)重新分配主存。用戶必須事先確定所需的存儲量，若所需的存儲量超過可用存儲空間時，用戶必須考慮覆蓋結(jié)構(gòu)。用戶之間難以共享主存中的同一程序副本。靜態(tài)地址重定位優(yōu)點 2動態(tài)地址重定位： 動態(tài)地址重地位是在程序執(zhí)行過程中，在cpu訪問內(nèi)存之前,將要訪問的程序或數(shù)據(jù)地址轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址.

5、動態(tài)重定位依靠硬件地址變換機構(gòu)完成。 Load A500 123455001000 Load A500 12345+虛擬空間 內(nèi)存空間 VR BR. 2動態(tài)地址重定位： Load 地址重定位機構(gòu)需要一個或多個基地址寄存器BR和一個或多個程序虛地址寄存器VR。指令或數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址MA與虛地址的關(guān)系為：MA=(BR)+(VR) 其中，(x)表示寄存器x中的內(nèi)容 地址重定位機構(gòu)需要一個或多個基地址寄存器BR和一最簡單的辦法是利用一個重定位寄存器。該寄存器的值由調(diào)度程序根據(jù)作業(yè)分配到的存儲空間的起始地址來設(shè)定。在具有這種地址變換機構(gòu)的計算機系統(tǒng)中，當作業(yè)執(zhí)行時，不是根據(jù)CPU

6、給出的邏輯地址去訪問主存，而是將邏輯地址與重定位寄存器中的內(nèi)容相加后得到的地址作為訪問主存的地址。 最簡單的辦法是利用一個重定位寄存器。該寄存器的值由調(diào)度程序動態(tài)重定位的主要優(yōu)點有： 用戶作業(yè)不要求分配連續(xù)的存儲空間。用戶作業(yè)在執(zhí)行過程中，可以動態(tài)申請存儲空間和在主存中移動。有利于程序段的共享。動態(tài)重定位的主要缺點有： 需要附加的硬件支持。實現(xiàn)存儲管理的軟件算法比較復(fù)雜。動態(tài)重定位的主要優(yōu)點有： 三.虛擬存儲器 什么是虛擬存儲器？ 虛擬存儲器是一種存儲管理技術(shù)，用以完成用小的內(nèi)存實現(xiàn)在大的虛擬空間中程序的運行工作。 為了給大作業(yè)用戶提供方便,使它們擺脫對主存和輔存的分配和管理問題,由操作系統(tǒng)把

7、多級存儲器統(tǒng)一管理起來,實現(xiàn)自動覆蓋。既一個大作業(yè)在執(zhí)行時, 其一部分地址空間在主存,另一部分在輔存,當訪問的信息不在主存時.因此,從效果來看,這樣的系統(tǒng),好象用戶提供了存儲容量比實際主存大得多的存儲器,人們稱這個為虛擬存儲器。之所以稱它為虛擬存儲器,因為這樣的存儲器實際上并不存在而只是系統(tǒng)增加自動覆蓋功能，給用戶造成的一種幻覺,仿佛它有一個很大的主存供它使用。這是虛擬存儲器的最初概念。 三.虛擬存儲器 這種想法的核心,實質(zhì)上也就是把作業(yè)的地址空間和實際主存的存儲空間似為兩個不同的概念.一個計算機系統(tǒng)算題人員提供了一個多大的地址空間,它就所在這個地址空間編制程序,而完全用不著考慮實際主存的大小

8、.換句話說, 虛擬存儲器就是一個地址空間.一個虛存儲器的最大容量是由計算機的地址結(jié)構(gòu)確定的.若CPU給出的有效地址長度為18位,可以尋址范圍為:0-256k;若地址的長度為為20位,則尋址范圍為:1024k. 實際虛擬存儲器其一是要相當容量的輔存,足以存放所有并列作業(yè)的地址空間.其二是要有一定的主存,因為處理機上運行的作業(yè),必須有一定的信息在主存中.其三是地址變換機構(gòu). 這種想法的核心,實質(zhì)上也就是把作業(yè)的地址空間和實際 4.2 分區(qū)存儲管理 4.2.1 分區(qū)管理基本原理 1.固定分區(qū)法 固定分區(qū)把主存分成若干個固定大小的存儲區(qū)。區(qū)號分區(qū)長度起始地址狀態(tài)18K20K已分配232K28K已分配3

9、64K60K已分配4132K124K已分配OS20K28K60K124K256K進程A（6K）進程B（25K）進程C（36K） 4.2 分區(qū)存儲管理區(qū)號分區(qū)長度起 2.動態(tài)分區(qū)法 因為固定分區(qū)主存利用率不高，使用起來不靈活，所以出現(xiàn)了可變分區(qū)的管理技術(shù)。 動態(tài)分區(qū)原則：存儲空間的劃分是在裝作業(yè)時進行的。從可用的自由存儲空間內(nèi)，劃出一個大小正好等于作業(yè)大小的存儲區(qū)，并分配給這一作業(yè)。 進程 A（8K）進程 D（124K）進程 B（16K）進程 C（64K）OS進程A進程B進程C進程DOS進程A進程B進程COS進程A進程BOS進程A 2.動態(tài)分區(qū)法進程 A（8KOSA（8K）24K空閑區(qū)B（16K

10、）C完成（64K）空閑區(qū)D（124K）OSA（8K）8K空閑區(qū)B（16K）E（50K）D（124K）14K空閑區(qū)F（16K）OSA（8K）8K空閑區(qū)空閑區(qū)16KE（50K）D（124K）空閑合并124+14=138K進程E（50K）進程F（16K）進入內(nèi)存進程B（16K）進程D（124K）完成內(nèi)存分配變化過程OSA（8K）24K空閑區(qū)B（16K）C完成（64K）D（1 4.2.2分區(qū)的分配與回收固定式分區(qū)和可變式分區(qū)的存儲管理算法有如下三種： 最佳適應(yīng)算法(Best Fit) （1）含義最佳適應(yīng)算法就是為一作業(yè)選擇分區(qū)時總是尋找其大小最接近于作業(yè)所要求的存儲空間。換句話說，把作業(yè)放入這樣的分區(qū)

11、后剩下的部分最小。（2）優(yōu)點這種算法的優(yōu)點是：如果存儲空間中具有正好是所要求大小的空閑區(qū)，則必然被選中；如果不存在這樣的空閑區(qū)，也只對比要求稍大的空閑區(qū)劃分，而絕不會去劃分一個更大的空閑區(qū)。（3）實現(xiàn)方法為了加快查找速度，應(yīng)將空閑區(qū)按其大小遞增的順序排列，組織成一空閑區(qū)鏈。 4.2.2分區(qū)的分配與回收最壞適應(yīng)算法（Worst Fit）(1）含義 它在為作業(yè)選擇存儲空間時，總是尋找最大的空閑區(qū)。（2）實現(xiàn)方法 空閑區(qū)應(yīng)按其大小遞減的順序排列。分配時只看鏈頭空閑區(qū)是否滿足要求，決定是否分配。最壞適應(yīng)算法（Worst Fit）首次適應(yīng)算法(First Fit) （1）含義 最佳適應(yīng)和最壞適應(yīng)算法各有

12、利弊。首次適應(yīng)算法是對它們進行折衷考慮后設(shè)計出來的。（2）實現(xiàn)方法 將空閑區(qū)按其在存儲空間中的起始地址遞增的順序排列。為作業(yè)分配存儲空間時，從空閑區(qū)鏈的始端開始查找，選則第一個滿足要求的空閑區(qū)。首次適應(yīng)算法(First Fit) 操作系統(tǒng)第四章-存儲器管理（1）分區(qū)分配的主要步驟有： 從未分配表中找到一個足以容納該作業(yè)的可用空閑區(qū)；如這個空閑區(qū)比所要求的大，則將它分成兩部分：一部分成為已分配的分區(qū)，剩下部分仍為空閑區(qū)； 修改兩張表的有關(guān)信息，并回送一個所分配分區(qū)的序號或該區(qū)的首址。（1）分區(qū)分配的主要步驟有：要求Xk大小分區(qū)取分區(qū)說明表第一項狀態(tài)位置正在使用取下一表項無法分配該分區(qū)空閑？分區(qū)長

13、度Xk?表結(jié)束？返回分區(qū)號否否否是是是固定分區(qū)分配算法要求Xk大小分區(qū)取分區(qū)說明表第一項狀態(tài)位置正在使用取下一表項最佳分配算法例子 最佳分配算法例子系統(tǒng)回收一個分區(qū)的主要步驟有：檢查回收分區(qū)是否與空閑區(qū)鄰接，如鄰接則加以合并，使之成為一個連續(xù)的大空閑區(qū)。修改兩張說明表。系統(tǒng)回收一個分區(qū)的主要步驟有：可重定位分區(qū)存儲管理 含義 采用動態(tài)分配的可變分區(qū)管理，即分配時可以將主存重的空閑區(qū)拼接后再分配。 由于可變式分區(qū)存儲管理是根據(jù)作業(yè)的需求量劃分分區(qū)的，因此消除了固定式分區(qū)分配造成的內(nèi)零頭。但是，由于作業(yè)的多次請求和釋放，主存中經(jīng)常可能出現(xiàn)大量的不能充分利用的小空閑區(qū)。 可重定位分區(qū)存儲管理 含義操

14、作系統(tǒng)第四章-存儲器管理 采用拼接技術(shù)，把零頭集中起來形成一個大的空閑區(qū)。實現(xiàn)方法是移動某些已分配區(qū)中的信息，移動夠分配為止或者使所有的作業(yè)位于存儲器的一端，把空閑區(qū)全部留在另一端， 采用拼接技術(shù)，把零頭集中起來形成一個大空閑區(qū)拼接的時機選擇 進行拼接的時機可選則為 （1）當有作業(yè)完成釋放分區(qū)時，就立即拼接。這樣的拼接是比較頻繁的，要花費較多的處理機時間。 （2）當某一作業(yè)請求分配存儲空間時，若當時主存沒有足夠大的空閑區(qū)，但所有空閑區(qū)的總和可以滿足該作業(yè)的要求，此時進行拼接。這樣的拼接可節(jié)省處理機時間。空閑區(qū)拼接的時機選擇 分配算法流程 45 頁式管理 4.5.1頁式管理的基本原理 在分區(qū)存儲

15、管理中，都要求把一個作業(yè)的地址空間裝入到連續(xù)的存儲空間內(nèi)，不是存在內(nèi)零頭，就是存在外零頭或為解決外零頭花費時間進行“拼接”。如果我們能取消作業(yè)對連續(xù)性的要求，必然會進一步提高主存的利用率，又無需為移動信息付出代價。分頁管理就是在這個指導(dǎo)思想下設(shè)計出來的。 45 頁式管理 1. 分頁技術(shù)的實現(xiàn)原理 等分主存： 把主存的存儲空間劃分成大小相等的片，稱為存儲塊，或稱為頁架（Page Frame） 用戶邏輯地址空間的分頁：把用戶的邏輯地址空間（虛地址空間）劃分成若干個與存儲塊大小相等的片，稱之為頁面或頁（Page）。并給各頁從零開始依次編以連續(xù)的頁號0，1，2，。 邏輯地址的表示：用戶的邏輯地址一般是

16、從基地址“0”開始連續(xù)編址，即是相對地址。在分頁系統(tǒng)中，每個虛擬地址（相對地址）用一個數(shù)對（p,d）來表示。其中p是頁號，d是該虛擬地址在頁面號為p的頁中的相對地址，稱為頁內(nèi)地址（位移量）。 主存分配原則：系統(tǒng)以存儲塊為單位把主存分給作業(yè)或進程，并且分給一個作業(yè)的各存儲塊不一定是相鄰和連續(xù)的。 1. 分頁技術(shù)的實現(xiàn)原理頁表在分頁系統(tǒng)中，作業(yè)的一頁可以分配到主存空間中任何一個可用的存儲塊。但是，系統(tǒng)怎么知道作業(yè)的哪一頁分配到哪一存儲塊內(nèi)？為此，系統(tǒng)建立了一張頁面映象表，簡稱頁表。用一張頁表來描述每頁的頁號與所在塊的塊號的映射。頁表為了便于管理和保護，系統(tǒng)為每個裝入主存的作業(yè)建立一張相應(yīng)的頁表，它

17、的起始地址及大小保存在該作業(yè)的PCB中。一旦這個作業(yè)被調(diào)度執(zhí)行，把它的頁表始址及大小裝入特定的頁表寄存器中。頁號塊號存取控制021328為了便于管理和保護，系統(tǒng)為每個裝入主存的作業(yè)建立一張相應(yīng)的頁 4.5.2 簡單分頁管理 在作業(yè)或進程開始執(zhí)行之前，把該作業(yè)或進程的程序段和數(shù)據(jù)全部裝入主存的各個空閑塊中，并通過頁表和硬件地址變換機構(gòu)實現(xiàn)虛擬地址到主存物理地址的地址映射。1主存的分配與回收 所需的表格為了實現(xiàn)分頁存儲管理，在軟件方面應(yīng)建立如下表格，并由操作系統(tǒng)實施管理。 (1）頁表（PMT）。每個作業(yè)一張表，用于該作業(yè)的地址變換，該作業(yè)有多少頁面就有多少表目。 （2）存儲分塊表（MBT）。整個系

18、統(tǒng)一張表。該表中每一表目對應(yīng)一個存儲塊，記錄了該塊的狀態(tài)：已分配或空閑。 4.5.2 簡單分頁管理2.分配算法 當進程或作業(yè)要求分配主存塊時，首先檢查是否有足夠的空閑塊，如果沒有，則本次無法分配。如果有則首先分配設(shè)置頁表，將分到的主存快號添入頁表中。2.分配算法 3.地址變換 地址變換過程（1）當調(diào)度一個作業(yè)執(zhí)行時，首先將頁表始址及大小裝入頁表寄存器。（2）作業(yè)執(zhí)行過程中CPU產(chǎn)生的每一個邏輯地址，由硬件地址變換機構(gòu)自動將其分成兩部分：一部分為頁號，另一部分是頁內(nèi)位移量。（3）這個頁號先與頁表寄存器中的當前頁表大小進行比較。如果頁號太大，表示訪問越界，系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。如果頁訪問是合法的，則

19、由頁表始址和頁號計算出所對應(yīng)的物理塊號；（4）取出其存取控制字段，作存取控制驗證，若合法則將物理塊號與邏輯地址中的位移量拼接，形成最終訪問的物理地址。否則，產(chǎn)生相應(yīng)訪問非法中斷。3.地址變換地址變換例子例如，設(shè)一個3頁長的進程具有頁號0、1、2,分到的主存快號為2、3、8。假設(shè)頁的大小為1K,指令LOAD 1,2500的虛地址為100。下面我們以該例子來說明地址變換過程。地址變換例子 （1）指令地址100轉(zhuǎn)換 由虛地址100可知，指令LOAD 1,2500在第0頁的100單元中。由于第0頁在主存的第二塊中，因此，該指令在主存的地址為2048+100=2148。（2）指令地址2500轉(zhuǎn)換 當CP

20、U執(zhí)行到第2148單元的指令時，地址變換機構(gòu)首先將2500轉(zhuǎn)換為頁號與頁內(nèi)地址兩部分，即P=2,W=452。由頁表，可知第二頁所對應(yīng)的主存快為8。將塊號8與頁內(nèi)地址452相連，得到待訪問的主存物理地址為8644。 （1）指令地址100轉(zhuǎn)換操作系統(tǒng)第四章-存儲器管理4. 超高速緩存 聯(lián)想存儲器 為了提高地址變換速度，且不增加太多的硬件投資，通過在地址變換機構(gòu)中增設(shè)一組數(shù)量不多的寄存器，把它作為超高速緩沖寄存器來使用，存放當前訪問的那些頁的頁號和塊號。 地址轉(zhuǎn)換過程（1）當運行進程要訪問邏輯地址v時，硬件自動將邏輯地址v截成頁號p和頁內(nèi)地址d。（2）地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)首先以頁號p和高速緩沖器中各表目相比

21、較。（3）若該頁不在高速緩沖器中，則訪問存儲器中的頁表。如果相符，則它送出相應(yīng)的塊號與頁內(nèi)地址一起形成物理地址，并按此地址訪主存。 4. 超高速緩存 超高速緩存（找到） 超 超高速緩存（未找到） 超高速緩存（未找到） 4.5.3 請求分頁管理 請求分頁存儲管理是在簡單分頁管理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。請求頁式管理在作業(yè)或進程開始執(zhí)行之前，只把當前需要的一部分頁面裝入主存，其它部分在作業(yè)執(zhí)行過程中需要時，再從輔存上調(diào)入主存 4.5.3 請求分頁管理 1.頁表的擴充 頁表增加信息通常頁表表目應(yīng)增加如下信息：（1）中斷位：表示該頁是否在主存。中斷位為0表示該頁在主存；為1表示不在主存。（2）修改位：該位為0

22、時，表示該頁面中的數(shù)據(jù)未被修改過。該位為1時，表示該頁面中的信息已被修改過。（3）訪問位：表示該頁面在最近期間是否被訪問過。該位為0時，表示該頁面未被訪問過。為1時，表示該頁面最近被訪問過。該位主要用于頁面置換策略中。（4）輔存地址：指出該頁面在輔存上的存放地址。擴充后的頁表如圖所示： 頁號塊號存取控制改變位引用位中斷位 輔存地址 1.頁表的擴充 頁號塊號存取控制改變位引用位中斷位2.地址變換請求分頁的地址變換初始過程十分類似于簡單分頁系統(tǒng)的地址變換，其全部工作：存儲空間的分配，頁面的置換等都是在指令執(zhí)行過程中完成的，更準確地說，是在CPU訪問內(nèi)存的過程中完成的。2.地址變換3.缺頁中斷處理

23、當中斷位為1時，表示該頁不在主存，則必須確定它在輔存中的存放地址。并把它從輔存中調(diào)入主存。缺頁中斷的處理過程如圖：3.缺頁中斷處理4. 提取頁面策略這是一個何時把頁面裝入主存的問題。 兩種策略（1）請求式提取:僅當需要時才提取頁面的策略；（2）預(yù)先調(diào)頁:把事先提取頁面的策略。任何預(yù)先調(diào)頁策略都是以預(yù)測為基礎(chǔ)的。如果能裝入合適的不久要訪問的頁面，則可減少缺頁中斷。在很長一段時間內(nèi)（甚至本次運行）都不被存取，這樣的預(yù)先調(diào)頁是失敗的。因為預(yù)先調(diào)頁的成功率約為50，因此，大多數(shù)系統(tǒng)采用純請求式提取頁面策略。4. 提取頁面策略 4.5.4請求頁式管理中的置換算法 （頁式淘汰算法） 1.先進先出（FIFO

24、）算法 FIFO：總是淘汰最先進入主存儲器的那一頁。 FIFO算法容易實現(xiàn)，但是它所依據(jù)的理由不是普遍成立的。哪些在內(nèi)存中駐留很久的頁，往往是被經(jīng)常訪問的頁，結(jié)果這些常用的頁都被淘汰調(diào)，而可能又需要立即調(diào)回內(nèi)存。 采用FIFO算法還會產(chǎn)生一種奇怪現(xiàn)象，直觀上，分配給的作業(yè)的實頁越多，進程執(zhí)行時發(fā)生的缺頁中斷率就越小，但對FIFO算法這個結(jié)論并不是絕對的。在某些情況下，當分配的頁面多反而導(dǎo)致更多的缺頁中斷，這種現(xiàn)象稱為FIFO異?，F(xiàn)象或稱Belady現(xiàn)象。 創(chuàng)建進程式時往往只向內(nèi)存裝入了第0頁。 4.5.4請求頁式管理中的置換算法 當需要淘汰某一頁時，選擇在最近一段時間里最久沒有被使用過的頁淘汰

25、。 A.近似算法(LFU)：當需要淘汰時，應(yīng)淘汰被訪問次數(shù)最少的頁。一種簡單的方法是為每一頁設(shè)置一個計數(shù)器，每當訪問一頁時，就把該頁對應(yīng)的計數(shù)器加一，隔一個周期T，把左右計數(shù)器清0。當發(fā)生缺頁中斷時，選擇計數(shù)值最小的頁，可把它淘汰，同時把所有計數(shù)器清0。1.最近最久未使用頁面置換算法（LRU） 當需要淘汰某一頁時，選擇在最近一段時間里最久沒有被使用 B.最近沒有使用的頁面淘汰算法NUR 需要淘汰某一頁時，從那些最近一個時期內(nèi)未被訪問的頁中任選一頁淘汰。 實現(xiàn)方法：在頁內(nèi)增設(shè)一個訪問位，當這一頁被訪問時，硬件把它置成“1”，而沒有被訪問過的頁，訪問位為“0”。因此，在產(chǎn)生缺頁中斷時，可從那些訪問

26、位為0的頁中選一頁進行淘汰。 B.最近沒有使用的頁面淘汰算法NUR抖動和工作集 1. 局部性概念 局部性含義 (1)時間局部性：是指某個位置最近被訪問了，那么往往很快又要被再次訪問。 (2)空間局部性：是指一旦某個位置被訪問了，那么它附近的位置也將被訪問。 2. 抖動(或稱顛簸) 抖動： 如果一個進程花費多于執(zhí)行時間的時間來完成頁面替換工作，我們稱該進程是顛簸的。抖動和工作集 4.5.5 存儲保護 一種是地址越界保護，另一種存取控制保護。 地址越界保護可由地址變換機構(gòu)中的控制寄存器的值頁表長度和所要訪問的虛地址通過比較完成。 存取控制保護是通過頁表控制對內(nèi)存信息的操作方式提供保護。它的實現(xiàn)則是

27、在頁表增加相應(yīng)的保護位即可。 4.5.5 存儲保護 頁式管理的優(yōu)缺點 優(yōu)點 (1) 由于它不要求作業(yè)或進程的程序段和數(shù)據(jù)在主存中連續(xù)存放，從而有效的解決了碎片問題。(2) 請求分頁管理提供了虛擬存儲器。提高了主存的利用率，更加有利于多道程序的運行和方便用戶，特別是大作業(yè)用戶。 缺點 （1）要求有相應(yīng)的硬件支持。（2）為處理缺頁中斷，增加了處理機時間的開銷。（3）為防止系統(tǒng)抖動所采取的各種措施會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。（4）每個作業(yè)或進程的最后一頁內(nèi)總有一部分空間得不到利用。 頁式管理的優(yōu)缺點 優(yōu)點 4.6 段式與段頁式管理1.作業(yè)的邏輯地址空間：分段情況下要求每個作業(yè)的地址空間按照程序的自然邏輯關(guān)系

28、分成若干段，每個段有自己的段名。子程序數(shù)組子程序主程序數(shù)組主程序作業(yè)A02K00.5k 03000200 4.6 段式與段頁式管理子程序子程序主程序主程序作 2. 段式存儲管理的地址結(jié)構(gòu)段號段內(nèi)地址a:虛擬地址段號始址長度存取方式內(nèi)外訪問位b:段表段表每個作業(yè)一個，這個段表實施段保護，提供虛存。存取方式讀/寫、只讀、執(zhí)行。 2. 段式存儲管理的地址結(jié)構(gòu)段號段內(nèi)地址a:段號其他頁表長度起始地址051024171029291036段表長度 起始地址段表地址寄存器頁號其他頁面11221932148510頁號其他頁面12933.段地址變換 段號其他頁表長度起始地址051024171029291036

29、4.段的共享與保護 段的共享是比較容易實現(xiàn)的，只要用戶使用相同的段名，在新的段表中填入已在主存中的段的起始地址，并置以適當?shù)淖x寫控制權(quán)，就可做到共享一個邏輯上完整的段的信息。 4.段的共享與保護段號標志始址. 0執(zhí)行 218 1讀/寫 365 2只讀 542 共享 主存 共享 數(shù)據(jù)段號標志始址. 0 執(zhí)行 218 1只讀 542 2讀/寫 103段的共享段號標志始址 0執(zhí)行 218 1讀/寫 365 分段存儲管理系統(tǒng)的保護可采用如下幾種措施: (1)在段表中設(shè)置一個段長值，以指明該段的長度。當存儲訪問時，段地址的位移量與段長相比較，如超過段長，便發(fā)出越界中斷信號。 (2) 建立存取控制,在段表

30、的每個表目中，還增加存取方式項。 (3) 采用存儲保護鍵。 在一個段式存儲管理系統(tǒng)中，通過在段表中施加段長、存取控制、設(shè)置存儲保護鍵等，可提供一個多級的存儲保護體系。分段存儲管理系統(tǒng)的保護可采用如下幾種措施:分段與分頁的區(qū)別與聯(lián)系 分段與分頁的區(qū)別 （1）分頁的作業(yè)地址空間是單一的線性地址空間，而分段作業(yè)的地址空間是二維的。 （2）頁是信息的物理單位，大小固定。段是信息的邏輯單位，其長度不定。 （3）分頁管理是單段式虛擬存儲系統(tǒng)，而分段存儲管理實現(xiàn)多段式虛擬存儲系統(tǒng)。分段與分頁的區(qū)別與聯(lián)系 段式管理的主要優(yōu)點 （1）便于程序模塊化處理和便于處理變換的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。（2）便于動態(tài)連接。（3）便于共享

31、分段。（4）可以實現(xiàn)虛擬存儲器，使作業(yè)的地址空間不受主存容量的限制。 段式管理的主要缺點 （1）和分頁管理一樣，處理機要為地址變換花費時間；要為表格提供附加的存儲空間；這使操作系統(tǒng)復(fù)雜化。（2）為滿足分段的動態(tài)增長和減少外零頭，要采用拼接手段。（3）分段的最大尺寸受到主存可用空間的限制。操作系統(tǒng)第四章-存儲器管理 4.6.4 段頁式管理的基本思想 分段結(jié)構(gòu)具有邏輯上清晰的優(yōu)點，但它的一個致命弱點是每個段必須占據(jù)主存儲器的連續(xù)區(qū)域，于是，要裝入一個分段時可能要移動已在主存儲器中的信息，為了克服這個缺點，可兼用分段和分頁的方法，構(gòu)成段頁式存儲管理。 每個作業(yè)仍按邏輯分段，但對每一段不是按單一的連續(xù)

32、整體存放到存儲器中，而是把每個段再分成若干個頁面，每一段不必占據(jù)連續(xù)的主存空間，可把它按頁存放在不連續(xù)的主存塊中。 4.6.4 段頁式管理的基本思想 4.6.5 段頁式管理的實現(xiàn)原理 1虛地址的構(gòu)成 一個進程中所包含的具有獨立邏輯功能的程序和數(shù)據(jù)仍被劃分為段，并有各自的段號S。把段劃成若干個頁，和頁式系統(tǒng)一樣。段號頁號頁內(nèi)地址 4.6.5 段頁式管理的實現(xiàn)原理段號頁號頁內(nèi)地址 2 段表和頁表 在段頁式系統(tǒng)中,每個分段又被分成若干個固定大小的頁面，那么每個段又必須建立一張頁表把段中的虛頁變換成內(nèi)存中的實際頁面。顯然，與頁式管理時相同，頁表中也要有相應(yīng)的實現(xiàn)缺頁中斷處理和頁面保護等功能表項。 每個

33、段有一個頁表，段表中應(yīng)有專項指出該段所對應(yīng)頁表的頁表始址和頁表長度。 2 段表和頁表段表、頁表、段表地址寄存器。為了進行地址轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)為每個作業(yè)建立一個段表，并且要為該作業(yè)段表中的每一個段建立一個頁表。系統(tǒng)中有一個段表地址寄存器來指出作業(yè)的段表起始地址和段表長度。段表、頁表、段表地址寄存器。為了進行地址轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)為每個作業(yè) 3.動態(tài)地址變換過程 關(guān)鍵問題仍是如何將二維虛地址映射成一維實地址，為了實現(xiàn)動態(tài)地址變換。 段頁式系統(tǒng)必須為每個作業(yè)建立一張段表，段表表目中的地址部分指出該段的頁表在主存的始址。 為每個段建立一張頁表，每個表目指示該頁所在主存的頁面號。 每個作業(yè)有一個段表地址寄存器，指示它的段表所在位置和段表長度。 設(shè)置快速聯(lián)想寄存器，存放當前最常用的段號S，頁號P和對應(yīng)的內(nèi)存頁面與其它控制用欄目。 3.動態(tài)地址變換過程 查找方法:如果所訪問的段或頁在快速聯(lián)想寄存器中，則系統(tǒng)不再訪問內(nèi)存中的段表、頁表。把快速聯(lián)想寄存器中的值與頁內(nèi)相對地址D拼接起來得到內(nèi)存地址。若快速聯(lián)想寄存器中沒有，才去通過段表、頁表進行內(nèi)存地址查找。 查找方法:如果所訪問的段或頁在快速聯(lián)想寄存器中，則系統(tǒng)不慢速地址轉(zhuǎn)換過程 慢速地址轉(zhuǎn)換過程 若運行進程訪問虛地址v=(s,p,d)，在沒有聯(lián)想寄存器的情況下，地址變換過程如下： （