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第三章 操作系统 第五章 操作系统 5.2 存储管理 5.2.1 存储管理的功能及有关概念 5.2.2 实存储管理 5.2.3 虚拟存储管理 5.2.1 存储管理的功能及有关概念 1、存储器的分级结构 ?高速缓冲存储器（cache）：又称缓存，速度快、容量小、价格贵，用来存放使用最频繁的信息，以及缓冲CPU与内存之间的速度差。 ?主存储器：又称内存，是程序运行时存放系统和用户的指令及数据的设备。 ?外部存储器：又称外存，如硬盘、磁盘、光盘等；存取速度慢、容量大、价格便宜；可以存放大量的系统和用户的程序及数据；不能由CPU直接读取。 2、存储管理功能 2、存储管理功能 2）地址转换或重定位 地址空间和存储空间 名空间：源程序存放的空间（一般从0开始） 地址空间：目标程序占有的地址范围（逻辑地址或相对地址的集合） 存储空间：目标程序装入内存后占用的一系列物理单元的集合（物理地址或绝对地址） 5.2.2 实存储管理 分区分配 可重定位分区分配 覆盖技术 交换技术 1、分区分配: 适应于小型、微型机上的多道系统 思想：将内存划分为若干个分区，每个分区分配给一个作业，用静态重定位方式进行地址转换，用硬件措施保证各作业互不干扰。划分方式上有固定分区和可变分区两种。 固定分区分配：存储器事先被划分为若干个大小不等的分区，存储管理程序根据调入内存作业的最大存储量，找出一个足够大的分区分配给它。 系统为每个分区设置一个目录，说明该分区的大小、起始位置、分配状况等信息，所有分区目录构成一个内存状态表。 特点：分区大小固定，状态表的结构可以是顺序表也可以是链表；分区的分配和回收算法简单。 缺点：内存利用率低，有“碎片”，作业所需空间和分区大小不一定恰好相等。 2）可变分区分配(动态存储管理)：内存利用率高 只有当作业调入内存时，才按作业大小建立分区，当作业执行完后又释放此空间。采用链结构来构造分区目录。 可变分区分配 空间回收：当作业执行完毕后，系统将空间收回，插入到空闲块链表中，但插入时还要判断左右相邻块是否空闲，若是则合并成一个较大的空间,它可通过每一块中头尾的控制信息区的tag标志来判断。设当前回收块起始地址为p,大小为n,则应判断它左邻居p-1和右邻居p+n的tag是否为0，若不为0则将当前回收块插入到空闲块链表中。若出现有tag为0的相邻块，则应修改原空闲块的大小，将本回收块和相邻块合并。 2、可重定位分区分配 碎片问题和存储区的紧缩： 碎片问题：在可变分区分配中，内存区由于各作业的多次请求和释放出现大量的碎片，浪费了大量的内存空间。 存储器的“ 紧缩”：为了把分散的碎片集中起来成为一个大分区，需移动各用户程序，使它们集中在主存的一端。 2) 程序浮动和重定位 程序浮动：将主存中用户程序进行移动 动态重定位：程序浮动需对程序中所有与地址有关的项重新进行定位，此工作是在程序运行过程中进行的，也就是在CPU每次访问内存单元前进行的。 ★ 动态重定位实现过程： ◆ 先将用户作业的目标程序原封不动的装入主存某一分区，即用户程序中与地址有关的各项均保持原来的相对地址，例如下页图b中 Load 1,1000 指令（1000为相对地址）。 ◆ 当该用户程序被调度到处理器上执行时，操作系统将该用户作业区的起始地址（图b中的10023）减去用户目标程序的相对起始地址（图a 为0），然后将减得的值装入定位寄存器中。 ◆ 当处理器要访问主存时，操作系统将程序中的相对地址与定位寄存器中的内容相加，得到主存的绝对地址去访问数据，如图b中绝对地址为11023。 存储器紧缩的两种解决方法： 1）在某个分区释放后立即紧缩，这样系统中始终存在一个连续的自由分区而无碎片。这对于分区的分配管理十分容易，但紧缩工作进行频繁，花费时间较多。 2）在请求分配分区找不到足够大的自由分区时再进行紧缩。这样紧缩的次数大大减少，但分配管理较复杂。 3、覆盖技术 当用户作业的地址空间大于主存可用空间时，各作业就无法运行。覆盖技术可实现在较小的空间中运行较大的作业。 4、交换技术 在分时、实时及批处理系统中均有应用，基本思想是只允许一个或几个用户作业保留在主存中。 缺点：当作业较大时花费的代价较大。 5.2.3 虚拟存储管理 “实存” ：作业运行时整个作业的地址空间必须全部装入内存的一个连续空间中，反之作业就无法运行。 “虚存”（虚拟存储管理）：用软件方法来扩充存储器，虚拟存储器的概念是指一种实际上并不存在的虚假存储器，它能提供给用户一个比实际内存大得多的存储空间。 1、分页存储管理 （1）分页管理的基本概念