計算機操作系統(tǒng) 第3版 課件 第3章 存儲管理

第三章存儲管理第三章存儲管理主存儲器是僅次于CPU的寶貴資源。眾多進程共用一個存儲器，必然涉及到存儲器的分配、安全、利用率、共享以及擴展等諸多問題。存儲管理需要做的事情是：將用戶程序所用的地址空間轉(zhuǎn)換為主存儲器中的實際地址空間，將用戶程序的操作地址變換為存儲器上的具體位置。為存儲空間提供安全和共享的手段。為用戶程序?qū)崿F(xiàn)虛擬存儲空間等。3.1實用系統(tǒng)中的存儲管理方法DOS分區(qū)及分段WindowsXP的存儲器Linux存儲管理3.1.1DOS分區(qū)及分段

主存儲器被限制為1MB的內(nèi)存空間。

低端的640KB的基本內(nèi)存。高端的擴展內(nèi)存。系統(tǒng)啟動后將操作系統(tǒng)調(diào)入基本內(nèi)存的低端位置，大概占幾十KB的空間。

基本內(nèi)存的剩余部分便是用來存放用戶程序的用戶區(qū)。在DOS發(fā)展的后期，已經(jīng)可以利用擴展內(nèi)存來存放系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動程序以及某些庫文件等內(nèi)容，但用戶不能對擴展存儲器中的內(nèi)容進行修改。程序和數(shù)據(jù)不能突破基本內(nèi)存的限制，因此，用戶程序的大小必須低于640KB。

用戶區(qū)內(nèi)只能存放一個用戶程序，因此，DOS系統(tǒng)只支持單道程序。

3.1.2Windowsxp的存儲器

Windowsxp要求存儲器最低為64MB。內(nèi)存被劃分為大小為4KB的頁面。內(nèi)存中可以存放多個用戶任務的頁面，因此，Windows支持多任務同時運行。用戶在編制程序時，其大小最高可達4GB，但在程序運行時，并不是全部程序都裝入內(nèi)存，而是只裝入程序的部分頁面來運行。當需要裝入新的程序頁面而內(nèi)存中又沒有足夠的空閑區(qū)域時，操作系統(tǒng)將內(nèi)存中長期未使用的頁面換出到輔助存儲器上早已安排的頁面（pagingfile）文件中，騰出空間后再將需要換進的頁面調(diào)入。Windows支持虛擬存儲器。3.1.2Windowsxp的存儲器

頁面在內(nèi)存中換出換進PageFaults/sec是每秒鐘發(fā)生頁面缺失的平均數(shù)量。頁面缺失將直接導致頁面換進。PagesInput/sec是從磁盤換進頁面的速度。當一個進程引用一個虛擬內(nèi)存的頁面，而此頁面不存在于內(nèi)存，就會發(fā)生頁面缺失。PagesOutput/sec是指為了釋放物理內(nèi)存空間而將頁面寫入磁盤的速度。當物理內(nèi)存不足時，Windows會將頁面寫回到磁盤以便釋放空間。出頁的峰值往往與進頁峰值接近。說明出頁多是因為有進頁需求，即只有當內(nèi)存中沒有可分配空間，同時又必須調(diào)入內(nèi)存新的頁面時，才需要換出頁面。3.1.2Windowsxp的存儲器

可用物理內(nèi)存AvailableMBytes是計算機上運行的進程的可用物理內(nèi)存大小。它是將零的、空閑的和備用內(nèi)存列表的空間添加在一起來計算的。3.1.3Linux存儲管理

Linux系統(tǒng)也是將存儲器空間劃分成頁面，根據(jù)進程運行時的需要來對頁面進行換進、換出的。同樣在磁盤上也安排了交換區(qū)來與內(nèi)存協(xié)調(diào)工作，以達到擴大內(nèi)存的目的。但是Linux系統(tǒng)的交換區(qū)多采用在硬盤上劃分出一個指定區(qū)域來作為交換區(qū)，因此，交換區(qū)的大小不可變化。3.2存儲管理功能用戶實體與存儲空間分配、釋放及分配原則地址映射虛擬存儲器存儲保護與共享存儲區(qū)整理3.2.1用戶實體與存儲空間

1.用戶實體與存儲器的關系任務在被激活之前存放在輔助存儲器上。當任務被激活時，它成為進程進入主存儲器。進程的描述部分及主程序部分始終存放于主存儲器，其他程序和數(shù)據(jù)部分視需要由操作系統(tǒng)在內(nèi)存與外存之間交換。當用戶向計算機提交自己的任務時，存儲管理是以一種邏輯形式來進行描述。而當操作系統(tǒng)處理用戶的任務時，是對具體的存儲器地址進行操作。存儲管理的工作就是圓滿地處理發(fā)生在銜接邏輯和物理存儲時所產(chǎn)生的各種問題。3.2.1用戶實體與存儲空間

2.存儲空間與存儲地址概念：

邏輯地址 邏輯地址空間 物理地址 物理地址空間用戶的每一條程序指令要訪問的數(shù)據(jù)都有一個對應的地址，這個地址被稱為邏輯地址。由于它是相對于0的地址，因此又被稱為相對地址。當用戶程序被編譯為目標代碼時也使用的是相對地址。原則上講，因此用戶可以無限制地加長自己的程序。在具體應用中相對地址的大小受相對地址寄存器位數(shù)的限制，如在Windows中相對地址寄存器為32位，表示相對地址最大可達4GB。邏輯地址空間可以定義為：實體（用戶、作業(yè)、任務、進程或程序）所用的所有邏輯地址的集合。不同的操作系統(tǒng)賦予邏輯地址空間不同的表現(xiàn)形式，它的大小也是可以確定的。用戶可以直接對邏輯地址和邏輯地址空間進行訪問和操作。邏輯地址空間又稱為相對地址空間，有時候也被簡稱為用戶空間或者作業(yè)空間。邏輯地址空間的大小被限制在0到相對地址最大值之間。內(nèi)存中的實際地址被稱為物理地址。由于它并不和任何相對地址相關，因此，物理地址又稱為絕對地址。物理地址的最小值為0，最大值取決于內(nèi)存的大小和內(nèi)存地址寄存器的所能表現(xiàn)的最大值，二者中較小的那一個值為物理地址的最大值。

物理地址空間可以定義為：當邏輯地址空間被映射到內(nèi)存時所對應的物理地址的集合。物理地址空間又稱為絕對地址空間。物理地址空間并不是指物理內(nèi)存，只有當邏輯地址空間存在時，才會有物理地址空間。物理地址空間受存儲器大小的限制，也就是說物理地址空間最大只能達到內(nèi)存的大小。3.2.2分配、釋放及分配原則

1.存儲分配

2.存儲釋放

3.分配原則

在設計分配程序時需要考慮諸多因素:(1)內(nèi)存空間的劃分(2)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的確定

(3)作業(yè)空間的劃分(4)淘汰算法

(5)分配算法

存儲分配實際上是將作業(yè)的邏輯地址空間映射成為內(nèi)存中的物理地址空間。內(nèi)存中有許多尚未使用的區(qū)域即自由區(qū)都可以被分配，但到底選擇哪一自由區(qū)必須依據(jù)分配算法來確定。存儲釋放實際上是解除邏輯地址空間與物理地址空間的聯(lián)系，并釋放物理空間。存儲釋放程序?qū)⒒厥盏膬?nèi)存區(qū)域重新設定為自由區(qū)，并將其安排進入自由區(qū)隊列。進入自由區(qū)隊列的具體位置也必須依據(jù)分配算法。3.2.3地址映射

裝入后的作業(yè)并不能立即運行，因為作業(yè)中每一個指令要訪問的地址依然是相對地址，相對地址是邏輯地址空間中的地址，并不是內(nèi)存中的實際地址，因此不能夠訪問。裝入是指將邏輯地址空間安排到內(nèi)存中具體的物理位置上。裝入針對的是整個邏輯地址空間。1.裝入2.地址映射對于指令要訪問的地址進行相對地址到絕對地址的變換，就是地址映射。地址映射就是將邏輯地址空間中的地址映射到物理地址空間中去。采用的辦法為重定位。3.重定位在裝入過程完成后，根據(jù)裝入的起始位置來修改程序中指令要訪問的地址，將相對地址改為絕對地址就是重定位。絕對地址＝（BR）＋相對地址根據(jù)不同的地址修改時間可將重定位劃分為靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位。3.2.3地址映射

3.重定位：靜態(tài)重定位動態(tài)重定位靜態(tài)重定位是在裝入過程完成后在程序運行前，一次將所有的指令要訪問的地址全部修改為絕對地址，在程序運行過程中不再修改。靜態(tài)重定位要求程序一旦裝入其絕對地址空間就不能發(fā)生變化了。

動態(tài)重定位是在程序的運行過程中，當指令需要執(zhí)行時對將要訪問的地址進行修改。動態(tài)重定位允許在程序運行過程中，其絕對地址空間發(fā)生變化或被分割為不同的區(qū)域，變化后只需要將基地址寄存器中的內(nèi)容作對應修改。

采用靜態(tài)重定位方式的主要優(yōu)點是：（1）可以在一般機器上全部用軟件實現(xiàn)。（2）裝入程序可以實現(xiàn)靜態(tài)連接。靜態(tài)重定位方式主要缺點是：（1）執(zhí)行期間程序不能在主存儲器中移動，所以對提高主存儲器的利用率不利。（2）若程序空間大于被分配的物理空間，由程序員自行采取某種手段來空間不足問題，如采用覆蓋結(jié)構(gòu)。（3）用戶不能共享已經(jīng)存放在主存中的同一個程序，如果幾個用戶要使用同一個程序，則每個用戶必須在各自的主存空間中存放一個程序副本。

采用動態(tài)重定位方式的主要優(yōu)點有：（1）在程序開始執(zhí)行之前，不一定要把整個程序都調(diào)入到主存中。一個程序可以被分配在多個不連續(xù)的主存物理空間內(nèi)，以提高主存儲器的利用率。（2）幾個程序可以共享存放在主存中的同一個程序段。（3）支持虛擬存儲器。動態(tài)重定位方式的主要缺點有：（1）需要有硬件支持。（2）實現(xiàn)存儲管理的軟件算法比較復雜。3.2.4虛擬存儲器

(1)實際內(nèi)存空間(2)輔助存儲器上的內(nèi)存交換區(qū)(3)虛擬地址(4)換進、換出機制虛擬存儲器是將內(nèi)存進行虛擬，使用戶能使用比實際內(nèi)存大得多的虛擬空間。要實現(xiàn)虛擬內(nèi)存必須具備如下條件：

目前的操作系統(tǒng)幾乎全部具備虛擬存儲器功能，雖然不同的系統(tǒng)其實現(xiàn)虛擬存儲器的基本條件都相似，但在數(shù)據(jù)的換進、換出策略上是可以不同的。

3.2.5存儲保護與共享

存儲保護就是要保護進程的數(shù)據(jù)不被非法訪問者破壞。

（1）界地址寄存器保護法 （2）訪問授權(quán)保護3.2.5存儲保護與共享

（1）界地址寄存器保護法 采用硬件： 基地址寄存器BR

長度寄存器LR

采用軟件：當進程之間需要共享某些數(shù)據(jù)時，使用界地址寄存器就表現(xiàn)得無能為力。

3.2.5存儲保護與共享

（2）訪問授權(quán)保護當進程訪問某個區(qū)域時，若進程的訪問權(quán)限大于等于被訪問區(qū)域的權(quán)限值，訪問可以進行，否則視為非法。系統(tǒng)為每一個存儲區(qū)域都給定一個訪問權(quán)限值。同時也為每一個進程賦予一個訪問權(quán)限值。一個進程可以對不同存儲區(qū)域有不同的訪問權(quán)限；一個存儲區(qū)域也可以被多個具有不同訪問權(quán)限的進程按權(quán)限級別進行訪問。訪問授權(quán)保護還有一個好處是它允許存儲區(qū)域的共享。3.2.6存儲區(qū)整理

當系統(tǒng)運行一段時間后，可能出現(xiàn)如下問題：

產(chǎn)生許多碎片； 進程過分分散存儲； 換進、換出的次數(shù)過多，導致系統(tǒng)運行緩慢； 不斷“內(nèi)存空間不夠”。 ——存儲區(qū)需要整理。3.2.6存儲區(qū)整理

存儲器的整理方法：

（1）定期將內(nèi)存中的碎片合并； （2）將某些進程的分散存儲區(qū)域移動到一起。經(jīng)過整理后

系統(tǒng)中有更大的自由分區(qū)，提高存儲管理的效率； 在整理時中斷所有進程，并且需要消耗較多的CPU時間。3.3分區(qū)管理單一分區(qū)多重固定分區(qū)多重動態(tài)分區(qū)3.3.1單一分區(qū)

1.原理連續(xù)的用戶邏輯地址空間，經(jīng)過裝入程序直接裝入分區(qū)的低地址部分的單一的連續(xù)的區(qū)域。2.分配與釋放

3.3.1單一分區(qū)

3.地址映射采用靜態(tài)重定位的方式在作業(yè)裝入時一次性對所有指令將要訪問的地址進行修改。由于作業(yè)的物理地址空間不會發(fā)生變化，因此，單一連續(xù)分區(qū)不適合使用動態(tài)重定位。

3.3.1單一分區(qū)

4.存儲保護使用界地址寄存器保護法。其中，基址寄存器的內(nèi)容是操作系統(tǒng)常駐內(nèi)存部分以后的首地址，長度寄存器的內(nèi)容便是用戶可用區(qū)域的長度。由于操作系統(tǒng)不會發(fā)生變化，甚至可以不使用界地址寄存器，而將基址和長度用兩個常量來代替。3.3.1單一分區(qū)

5.單一連續(xù)分區(qū)的優(yōu)缺點3.3.1單一分區(qū)

（1）管理簡單。（2）使用安全。（3）不需要任何附加的硬件設備。（1）作業(yè)的大小受用戶區(qū)大小的限制。（2）不支持多用戶。（3）容易造成系統(tǒng)資源的浪費。3.3.2多重固定分區(qū)

將內(nèi)存空間由小到大劃分為若干個位置固定大小不等的區(qū)域，每個區(qū)域可以存放一個作業(yè)，存放于不同區(qū)域的作業(yè)可以并行。用戶邏輯地址空間依然是一個連續(xù)的整體，在作業(yè)申請進入內(nèi)存時一次性裝入。

描述內(nèi)存中每一個區(qū)域的情況描述存放于區(qū)域中的作業(yè)3.3.2多重固定分區(qū)

地址映射由于作業(yè)被分配進入內(nèi)存后位置不再發(fā)生變化，因此，地址映射可以采用靜態(tài)重定位方法。不過我們要注意到每一個作業(yè)的物理地址空間的起始位置是不相同的，因此，對每一個作業(yè)進行重定位時要修正基址寄存器的值。存儲保護存儲保護可以采取界地址寄存器的方法和訪問授權(quán)保護，由于作業(yè)在內(nèi)存中的位置保持不變，可以用兩個常量替代界地址寄存。

3.3.2多重固定分區(qū)

優(yōu)缺點：（1）提高了CPU的利用率。（2）作業(yè)大小受到最大分區(qū)大小的限制。（3）空間浪費。（4）碎片問題。3.3.3多重動態(tài)分區(qū)

根據(jù)作業(yè)對內(nèi)存空間的申請來劃分主存區(qū)域，區(qū)域的大小可變、位置可變、數(shù)量也可變

描述已被分配的區(qū)域描述內(nèi)存中的自由區(qū)域為每一個自由分區(qū)設置一個鏈接指針來指向下一個自由分區(qū)，使所有的自由分區(qū)形成一個鏈表3.3.3多重動態(tài)分區(qū)

多重分區(qū)分配與釋放

將作業(yè)分配到內(nèi)存中第一個碰到的大于或等于作業(yè)申請空間的未分配區(qū)。將作業(yè)申請大小與內(nèi)存中所有未分配區(qū)的大小進行比較，直到找到最小的大于或等于作業(yè)空間的區(qū)分配給作業(yè)。將作業(yè)申請大小與內(nèi)存中所有未分配區(qū)的大小進行比較，直到找到最大的大于或等于作業(yè)空間的區(qū)分配給作業(yè)。算法簡單但分配比較盲目，可能造成較小的作業(yè)分割了較大的空間，使大作業(yè)無法被分配。優(yōu)先使用小的自由空間，但每次分配以后的剩余空間可能變得過小而成為碎片。使用大的自由空間，在進行分割后剩余空間還可以被使用，但也使大的自由空間無法保留給需要大空間的作業(yè)。另外可以有：最佳適應算法也是最先適應算法最壞適應算法也是最先適應算法——如何實現(xiàn)？——幾種方法比較3.3.3多重動態(tài)分區(qū)

4.地址映射

動態(tài)分區(qū)采用動態(tài)重定位方式來實現(xiàn)地址映射，這樣作業(yè)的基地址發(fā)生變化也不會影響執(zhí)行。當作業(yè)被選擇運行時，其物理空間起始地址被裝入基地址寄存器中，CPU每執(zhí)行一條指令之前重定位硬件對指令要訪問的地址進行修改。5.存儲保護存儲保護可以采用界地址寄存器的方法和訪問授權(quán)保護，不過由于作業(yè)被分配于內(nèi)存一個連續(xù)的區(qū)域中，訪問授權(quán)保護的作用似乎并不大，因為作業(yè)并沒有對其他作業(yè)空間的訪問權(quán)力。3.3.3多重動態(tài)分區(qū)

6.存儲區(qū)整理經(jīng)過不斷地分配和釋放后，內(nèi)存中自由分區(qū)會變得越來越多和越來越小，這就使很多小自由分區(qū)成為碎片?？梢杂镁o縮的方法來解決碎片。緊縮是將內(nèi)存中已使用區(qū)域經(jīng)過移動沉淀到低地址部分，從而使碎片浮動到內(nèi)存的高地址部分合并成較大的可使用空間。用緊縮方法來消除碎片需要占用大量的CPU時間，并且在移動過程中稍有不慎就有可能破壞全部數(shù)據(jù)。3.3.3多重動態(tài)分區(qū)

7.多重動態(tài)分區(qū)的優(yōu)缺點（1）多道程度得以提高。（2）提高了內(nèi)存的利用率。（3）作業(yè)大小依然受內(nèi)存容量的限制。（4）對碎片問題的解決需要以增加系統(tǒng)開銷為代價。（5）不便共享。3.4分頁管理分區(qū)管理中要求：

一次性將作業(yè)空間分配到內(nèi)存的某一個區(qū)域中，即使內(nèi)存中空閑區(qū)域總和超過作業(yè)要求的空間，如果沒有合適的區(qū)域，分配將無法完成，其原因是作業(yè)空間始終是一個整體。能否將作業(yè)空間分割成若干部分呢？

靜態(tài)分頁管理 動態(tài)分頁管理

3.4.1靜態(tài)分頁管理

作業(yè)地址空間劃分成連續(xù)的大小相同的頁面內(nèi)存劃分成連續(xù)的大小相等的塊（也稱為頁框）頁面的大小與內(nèi)存塊的大小完全相同作業(yè)進入內(nèi)存時其不同的頁面對應于內(nèi)存中不同的塊，連續(xù)頁面可以對應不連續(xù)的塊。1.原理

2.邏輯地址

3.4.1靜態(tài)分頁管理

頁面號，頁號的范圍還取決于邏輯地址的位數(shù)。頁內(nèi)位移，頁內(nèi)位移范圍與內(nèi)存塊的大小有關例：假定邏輯地址為32位，內(nèi)存塊的大小為4KB。4KB的頁內(nèi)位移變化范圍為0～4095字節(jié)，這需要12位來進行描述（212=4×1024）；剩下的20位就是頁面號的范圍0～1048575（２２０－1）。由此可見內(nèi)存塊的劃分有一定的規(guī)則，其大小只能是2N。分頁管理的邏輯地址實際上是線性變化的。用戶編程時不需要確定邏輯地址的頁面號和頁內(nèi)位移，只有邏輯地址空間進入物理地址空間后，頁面號和頁內(nèi)位移才通過計算電路來劃分。對于用戶而言，邏輯地址就是一個受地址寄存器位數(shù)限制的連續(xù)變化的地址范圍，可以根據(jù)需要來確定頁面大小和頁面號的范圍，因此我們稱分頁管理的邏輯地址空間為線性空間。3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.4.1靜態(tài)分頁管理

頁表：頁表用來說明作業(yè)頁面號與內(nèi)存塊號的對應關系，內(nèi)容包括頁面號、內(nèi)存塊號。頁表寄存器：頁表寄存器用來存放作業(yè)所對應的頁表的起始地址。內(nèi)存分塊表：內(nèi)存分塊表內(nèi)容為塊號、塊使用狀態(tài)（已使用或未使用）。作業(yè)表：作業(yè)表內(nèi)容為作業(yè)號、頁表起始地址。4.地址映射

3.4.1靜態(tài)分頁管理

頁表起始地址

頁表中頁號為P的表目地址：（頁表寄存器）＋表目長度×P獲得對應的內(nèi)存塊號P’獲得絕對地址：P’×頁框長度＋d5.分配與釋放

3.4.1靜態(tài)分頁管理

6.存儲保護與共享

3.4.1靜態(tài)分頁管理

存儲保護：用頁表寄存器來記錄頁表的起始地址和頁表長度，它相當于界地址寄存器的功能作業(yè)A、作業(yè)B、作業(yè)C共享一個內(nèi)存塊的情況無法真正實現(xiàn)共享！7.存儲區(qū)整理表面看來不存在內(nèi)存空間的浪費。但存在頁內(nèi)碎片。內(nèi)存分塊越大，頁內(nèi)碎片也越大。如何減小頁內(nèi)碎片？3.4.1靜態(tài)分頁管理

8.靜態(tài)分頁管理的優(yōu)缺點（1）管理簡單（2）每訪問一次內(nèi)存數(shù)據(jù)需要經(jīng)過二次尋址。（3）解決了碎片問題。無須內(nèi)存碎片整理。（4）無法實現(xiàn)共享。（5）作業(yè)大小受內(nèi)存可用頁面數(shù)的限制。——如果想在內(nèi)存中運行較大的作業(yè)，則必須利用內(nèi)存以外的存儲空間。3.4.1靜態(tài)分頁管理

3.4.2動態(tài)分頁管理

1.原理

與靜態(tài)分頁管理不同：——按需分配。將需要運行的頁面存放于內(nèi)存，暫時不需要運行的頁面存放于輔存，當需要運行存放于輔存上的頁面時，再將對應的頁面調(diào)入內(nèi)存。注意頁表變化4.分配與淘汰算法——動態(tài)分配

4.分配與淘汰算法——淘汰算法3.4.2動態(tài)分頁管理

衡量淘汰算法依據(jù)：——好的淘汰算法應該有較低的缺頁率和淘汰率。

4.分配與淘汰算法——淘汰算法選擇在最遠的將來才被訪問的頁面淘汰。

誰是最遠的、將來才被訪問的頁面？選擇最早進入內(nèi)存的頁面淘汰

這種方法包含一個假定：最早進入內(nèi)存的頁面就是目前最不會被使用的頁面。假定不成立？——系統(tǒng)抖動！4.分配與淘汰算法——淘汰算法選擇最近一段時間內(nèi)最長時間未被使用的頁面淘汰該算法的假定：長時間未使用的頁面不會馬上被使用。這正好符合內(nèi)存局部性原理（內(nèi)存中某個位置現(xiàn)在被訪問，很快將再次被訪問；某個位置現(xiàn)在被訪問，其鄰近位置也將被訪問。）問題：需要確定一個比較時間段來反映哪一個頁面長期未被使用，時間段過長時該算法將變?yōu)橄冗M先出算法，時間段過短又會使系統(tǒng)頻繁地記錄訪問次數(shù)并進行比較，從而增加系統(tǒng)開銷。（4）最近未使用算法（NRU）

選擇頁面選擇指針遇到的最近未被訪問的頁面淘汰。簡化的方法是：頁面選擇指針下移，只要遇到剛才未使用的頁面就可以淘汰。

5.虛擬存儲器動態(tài)分頁技術(shù)實現(xiàn)了虛擬存儲器。

虛擬要素？3.4.2動態(tài)分頁管理

6.加速尋址二次尋址？一次尋址？3.4.2動態(tài)分頁管理

7.分頁管理的優(yōu)缺點（1）管理簡單。（2）支持虛擬存儲器。（3）無法實現(xiàn)共享?！鳂I(yè)空間按邏輯意義分割！3.4.2動態(tài)分頁管理

3.5分段與段頁式管理分段管理段頁式管理3.5.1分段管理

作業(yè)地址空間按邏輯意義劃分成段，每段都有其對應的段號和段長，對分段數(shù)量和分段的長度沒有限制。

內(nèi)存空間采用多重動態(tài)分區(qū)的形式，分區(qū)的長度和位置沒有限制。

段表將作業(yè)中的段對應于內(nèi)存中的分區(qū)。有缺段機制。1.原理3.5.1分段管理

2.邏輯地址

段號S段內(nèi)位移d每個段的段內(nèi)位移的范圍是不同的。 分頁管理中，邏輯地址是線性地址。 分段管理中，段號S和段內(nèi)位移d不能形成一個線性地址，因為它實際上是代表著段長和段內(nèi)位移兩個變量。 由于這兩個變量沒有特定的限制范圍而無法用一個變量來替代，因此分段管理的邏輯地址是二維地址，分段管理的邏輯地址空間是二維空間。

3.5.1分段管理

3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

段表段表寄存器內(nèi)存分塊表Or 已使用分區(qū)表 自由分區(qū)表 自由分區(qū)塊鏈作業(yè)表3.5.1分段管理

4.地址映射

段表中段號為S的表目地址＝（段表寄存器）＋表目長度×S段表起始地址＝（段表寄存器）對應的內(nèi)存分區(qū)地址S′絕對地址＝S′＋d3.5.1分段管理

5.分配與釋放

首先為作業(yè)分配段表空間；分配主程序段： 按一定的分配算法（內(nèi)存空間采用動態(tài)分區(qū)形式，因此分配算法可采用最先適應算法、最佳適應算法或者最壞適應算法。）填寫段表： 填入對應段表表目中該段的內(nèi)存地址，其他暫時不在內(nèi)存的段，缺段狀態(tài)置為1，在需要運行時再調(diào)入。6.連接

當作業(yè)空間邏輯分段后，用戶是靠調(diào)用來實現(xiàn)段與段之間的關系，而存儲管理將其實現(xiàn)稱為連接——

連接也可以分為靜態(tài)連接與動態(tài)連接。6.連接

3.5.1分段管理

靜態(tài)連接發(fā)生在作業(yè)剛裝入內(nèi)存還沒有被執(zhí)行前，——一次完成所有連接。動態(tài)連接發(fā)生在執(zhí)行過程中，每當作業(yè)段與段之間產(chǎn)生調(diào)用要求時才進行連接。問題：作業(yè)段必須一次全部調(diào)入內(nèi)存，限制了作業(yè)的大小，對內(nèi)存的容量要求高。作業(yè)中的各段沒有必要一次全部調(diào)入，這極大的提高了內(nèi)存的利用率。分段管理采用的是動態(tài)連接方式。7.共享

3.5.1分段管理

8.存儲保護 在段表中既有段的起始位置也有段的長度，——實現(xiàn)作業(yè)區(qū)域的界限管理。 在段表中增加一個訪問權(quán)限項，——實現(xiàn)訪問授權(quán)控制。9.虛擬存儲器 缺段中斷機制+換進、換出，——實現(xiàn)了虛擬存儲器。10.存儲區(qū)整理 動態(tài)分區(qū)形式導致內(nèi)存碎片，——可以使用緊縮的方法。3.5.1分段管理

11.分段管理的特點（1）易于實現(xiàn)共享。（2）實現(xiàn)了動態(tài)連接。（3）實現(xiàn)了虛擬存儲器。（4）段長受內(nèi)存容量的限制。（5）內(nèi)存管理復雜。3.5.1分段管理

有沒有同時利用分頁管理和分段管理的優(yōu)點，克服它們的弱點管理方法？3.5.2段頁式管理

作業(yè)地址空間分段再分頁內(nèi)存分塊（頁框）對應頁表是否在內(nèi)存對應頁面是否在內(nèi)存3.5.2段頁式管理

2.邏輯地址

段號頁號頁內(nèi)位移一維地址二維地址3.5.2段頁式管理

3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)段表頁表段表寄存器存儲分塊表作業(yè)表3.5.2段頁式管理

4.地址映射

3.5.2段頁式管理

5.分配與釋放

段表分配

頁表分配

內(nèi)存塊分配淘汰算法3.5.2段頁式管理

6.連接與共享連接——頁表動態(tài)連接（段連接）共享——同分段管理的共享7.存儲保護同分段管理的存儲保護8.虛擬存儲器缺段中斷+缺頁中斷+淘汰算法3.5.2段頁式管理9.存儲區(qū)整理只存在頁內(nèi)碎片10.快速尋址使用高速存儲器來存放常用頁面的頁表，頁表內(nèi)容為：段號、頁號和塊號。各種存儲管理方案比較

3.6常用系統(tǒng)的存儲管理方案DOS系統(tǒng)存儲管理WindowsXP的存儲管理Linux系統(tǒng)的存儲管理3.6.1DOS系統(tǒng)存儲管理

單一連續(xù)分區(qū)方式，用戶程序一次全部調(diào)入內(nèi)存。用戶地址空間可以分為四段。用來存放程序的代碼段，用來存放數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)操作的堆棧段，用來處理數(shù)組的地址段。這些段不需要連續(xù)存放，用戶甚至可以指定段的相對位置。段的起始地址由對應的段寄存器來指定，絕對地址由段地址加上段內(nèi)位移來確定。如果用戶程序必須突破640KB的限制，可以采用稱為覆蓋的技術(shù)來進行編程。覆蓋技術(shù)實際上是同層模塊對同一個內(nèi)存區(qū)域的覆蓋使用，以此來節(jié)約內(nèi)存空間。如果用戶程序采用了覆蓋技術(shù)，只要不同層次的最大模塊的總和不超過640KB，該程序就可以運行。DOS系統(tǒng)只能識別1MB以內(nèi)的內(nèi)存空間。3.6.2Windows的存儲管理

Windowsxp使用的是486以上I386系列CPU提供的段頁式管理。CPU提供了一個16位的段選擇器和32位的偏移地址寄存器，因此，允許用戶空間分段，每段最大可達4GB。內(nèi)存空間分為大小為4KB的塊。Windowsxp為每個進程提供4GB的虛擬存儲器，它由物理內(nèi)存和用戶驅(qū)動器根目錄上的頁面文件（pagingfile）構(gòu)成，虛擬空間的實現(xiàn)是由在內(nèi)存與頁面文件之間的交換來完成的，交換的基本單位為4KB的頁面。虛擬地址有前、后兩個64KB的保護區(qū)，該保護區(qū)的應用是為了防止編程錯誤而設定的。用戶程序的虛擬地址起始位實際為0x00400000。3.6.2Windows的存儲管理

4GB的虛擬地址又被分割成兩個2GB空間，低端的2GB提供給用戶進程使用，內(nèi)裝用戶進程的程序代碼、數(shù)據(jù)等，高端的2GB為系統(tǒng)進程使用。用戶進程的虛擬地址空間被分為自由、已確認和保留三個部分：虛擬內(nèi)存的確認區(qū)：具有備用的物理內(nèi)