操作系统原理_方敏_存储管理剖析.ppt

第五章 存储管理 操作系统课程组 内容回顾 死锁的检测 永久性资源的死锁检测 资源分配图 死锁定理 临时资源的死锁检测 死锁的解除 重新启动 撤销进程 剥夺资源 进程回退 一、概述 计算机的存储体系结构 计算机为什么要使用存储器？ ——冯?诺依曼原理 为什么要进行存储管理？ 存储器一直以来都是较为珍贵的系统资源，需要合理使用。 程序的逻辑空间和实际的物理空间不甚相同，需要进行映射。 一、概述 存储结构层次 一、概述 存储管理的目的 使得用户和用户程序不涉及内存物理的细节。 自动完成用户程序的装入。 提高内存的利用率。 解决内存速度与CPU速度不匹配的问题。 实现内存共享。 一、概述 存储管理的任务 在现代操作系统中，存储管理的主要任务有以下几个方面： 地址变换(地址再定位) 存储资源的分配和回收 存储共享和保护 存储器扩充 覆盖技术 交换技术 二、地址重定位 基本概念 二、地址重定位 常见的地址重定位技术 绝对装入(Absolute loading) / 固定地址再定位 程序的地址再定位是在程序执行之前被确定的，也就是在编译连接时直接生成实际存储器地址(物理地址)。在此，程序地址空间和内存地址空间是一一对应的。 二、地址重定位 可重定位装入(Relocatable Loading) 即指程序装入内存时，由于程序的逻辑地址和物理地址不一致，由逻辑地址到物理地址的映射过程。 分类 静态再定位：指地址定位时修改程序的逻辑地址值，完成定位后，在程序的执行期间地址将不再发生变化。特点：在程序执行之前进行地址再定位。 二、地址重定位 动态再定位：程序在装入内存时，不修改程序的逻辑地址值，程序在访问物理内存之前，再实时地将逻辑地址转换成物理地址。 二、地址重定位 优点： 程序在执行期间可以换入和换出内存，可以解决内存紧张状态； 可以在内存中移动——把内存中的碎片集中起来，可以充分利用空间； 不必给程序分配连续的内存空间，可以较好的利用较小的内存块； 若干用户可以共享同一程序，实现共享。 缺点：需要附加的硬件支持，实现存储管理的软件算法比较复杂。 三、分区存储管理方案 存储管理方案分类 从操作系统的发展历史来看，存储管理主要有以下几种方案： 分区存储管理方案。要求连续分配存储空间，且程序要一次性全部装入内存。简单，但是有比较严重的内碎块和外碎块。 段式存储管理方案。不要求连续分配存储空间，段和段之间可以不连续，但程序需要一次性全部装入内存。有比较严重的外碎块。 页式存储管理方案。是一种不连续存储管理方案，也需要一次性全部装入内存。在逻辑地址空间和物理地址空间都采用分页的思想。缺点是每一个作业的最后一页有内碎块。 三、分区存储管理方案 段页式存储管理方案。是一种不连续存储方案，段式存储管理和页式存储管理的结合。克服了纯分页和纯分段存储管理思想的缺点。 交换技术和覆盖技术。 虚拟存储管理方案。 三、分区存储管理方案 分区存储管理： 是一种连续分配存储空间的管理方式。曾被广泛地应用于1960～1970年代的操作系统中。 思想：把内存分为一些大小相等或不等的分区(Partition)，装入时每个应用程序占用一个或几个分区，操作系统占用其中一个分区。适用于多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行。 分类 单一连续分区存储管理 固定分区管理 可变分区管理 三、分区存储管理方案 单一连续分区存储管理 三、分区存储管理方案 固定分区管理 支持多道程序技术 实现方法： 三、分区存储管理方案 特点： 内存中同时可以容纳多道程序； 程序必须连续存放，且要一次全部装入。 优点： 比单一连续分配方法，内存的利用率提高了； 可以支持多道程序； 实现简单，开销小。 缺点： 作业必须预先能够估计自己要占用多大的内存空间，有时候这是难以做到的； 存在内碎片，造成存储空间的浪费； 分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 三、分区存储管理方案 可变分区(Dynamic Partitioning) 思想：预先不划分内存，当作业需要时向系统申请，系统从其中挖出一块给该作业，其大小等于作业所需内存的大小，然后将剩下的部分再作为空表块，给下一次分配使用。 三、分区存储管理方案 分区分配算法 最先适应算法(first-fit) 分配方法：将所有的空闲分区按照地址递增的顺序排列，按照分区的先后次序，从头开始查找，符合要求的第一个分区就是要找的分区。 三、分区存储管理方案 释放方法 三、分区存储管理方案 优点： 分配策略简单。 尽可能利用存储区低地址的空闲区，而在高地址部分保存较大的空闲区，容易满足大作业。 在释放内存分区时，如果有相邻的空白区就进行合并，使其成为一个较大的空白区。 缺点： 查找总是从表首开始，因此前面的空闲区往往被分割得很小时，查找次数增