存储管理ppt课件

1、 第四章 存储管理 第一节 概述n存储器n1、主存储器可被CPU直接访问。n2、辅助存储器不能被CPU直接访问。n在输入输出控制系统管理下，主存储器和辅助存储器之间可以进展信息传送。4.1.14.1.1信息的二级存储信息的二级存储 n信息的二级存储的概念信息的二级存储的概念 P82P824.1.2存储管理功能n主存储器主存储器n1、系统区、系统区存放存放OS与硬件的与硬件的接口信息，接口信息，OS的管理信息和程的管理信息和程序，规范子程序等。序，规范子程序等。n2、用户区、用户区存放用户的程序存放用户的程序和数据。和数据。n存储管理功能存储管理功能n一主存空间的分配和去配一主存空间的分配和去配

2、n1、对不同的存储管理方式，有、对不同的存储管理方式，有不同的分配战略。不同的分配战略。n2、采用任何方式的分配都要有、采用任何方式的分配都要有硬件的支持。硬件的支持。2.实现地址转换目的模块的起始地址通常是从0开场的，程序中的其它地址也都是相对于起始地址计算的。 由装入程序将装入模块装入内存后，装入模块中程序所访问的一切逻辑地址与实践装入内存的物理地址不同 ，必需进展变换。3.主存空间的共享和维护n所谓主存空间的共享所谓主存空间的共享n1、让假设干个作业同时装入主存，各作、让假设干个作业同时装入主存，各作业占用各自的主存区域，称为主存共享。业占用各自的主存区域，称为主存共享。n2、各作业调用

3、共享程序，共享程序占用、各作业调用共享程序，共享程序占用的区域称为共享区域。的区域称为共享区域。n主存空间的维护任务由硬件和软件配合主存空间的维护任务由硬件和软件配合实现。实现。n对主存空间的维护可采用的措施对主存空间的维护可采用的措施n P83-倒倒94.主存空间的扩展4.2 重定位n绝对地址绝对地址P84-8行行n逻辑地址逻辑地址P84-14行行n重定位重定位P84-倒倒8行行n重定位分为静态重定位和动态重定位。重定位分为静态重定位和动态重定位。1、把在装入时对目的程序中指令和数据的变换过程称为重定位。由于地址变换是在装入时一次完成的，以后不再改动，故称为静态重定位。采用静态重定位方法将程

4、序装入内存,称为可重定位装入方式。2动态运转时装入方式 装入程序将目的模块装入内存后，并不立刻把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟到程序执行时进展，在硬件地址变换机构的支持下，随着对每条指令或数据的访问自动进展地址变换，故称为动态重定位。程序浮动P86-74.3 单用户延续存储区管理4.3.1 存储空间的分配存储空间的分配1、一个分区的存储管理、一个分区的存储管理把内存分为系统区和用户区两部分：把内存分为系统区和用户区两部分：P53 图图4-3-1 (1)系统区仅提供应系统区仅提供应0S运用，通常是放在运用，通常是放在内存的低址部分；内存的低址部分；(2)用户区是指除系

5、统区以外的全部内存用户区是指除系统区以外的全部内存空间，提供应用户运用。空间，提供应用户运用。 配置了存储器维护机构，用于防止用户程配置了存储器维护机构，用于防止用户程序对操作系统的破坏序对操作系统的破坏 。采用静态重定位方式实现地址变换。采用静态重定位方式实现地址变换。单道系统的缺陷单道系统的缺陷:(P87-7)4.3.2 覆盖技术n什么叫覆盖？什么叫驻留区?n什么叫覆盖段？n什么叫覆盖区？n覆盖技术表示图见P87n采用覆盖技术可以实现小空间运转大作业。4.3.3交换技术n采用交换技术可在一个分区存储管理中实现分时系统。即让作业轮番进入内存。n作业的对换(P88 图4-6)4.4 固定分区管

6、理4.4.1 固定分区的根本原理将内存用户空间划分为假设干个固定大小的区域，在每个分区中只装入一道作业 。1划分分区的方法两种： 1分区大小相等。当程序太小时，会呵斥内存空间的浪费 。当程序太大时，一个分区又缺乏以装入该程序，致使该程序无法运转 2分区大小不等。可把内存区划含有多个较小的分区、适量的中等分区及少量的大分区。固定分区管理表示图(P89 图4-7)固定分区的实现n为了便于内存分配，通常将分区按大小进展排队，并为了便于内存分配，通常将分区按大小进展排队，并为之建立一张分区运用表。为之建立一张分区运用表。n 见以下图见以下图n固定分区的分配算法：固定分区的分配算法： P90 P90 图

7、图4-84-8n采用静态重定位的方法实现地址变换。采用静态重定位的方法实现地址变换。n采用界限存放器实现存储维护。采用界限存放器实现存储维护。n固定分区式分配固定分区式分配 的优缺陷：可运转多道程序的存储管的优缺陷：可运转多道程序的存储管理方式理方式 。存在。存在“内零头会呵斥存储空间的浪费内零头会呵斥存储空间的浪费 。n内零头内零头在分区内没有利用的部分称为内零头。在分区内没有利用的部分称为内零头。分区分配表：4.5 可变分区存储管理1 1、分区的划分、分区的划分可变分区分配是根据进程的实践需求，可变分区分配是根据进程的实践需求，动态地为之分配内存空间。动态地为之分配内存空间。( (如图如图

8、4-9 4-9 P91 )P91 )分区分配中的数据构造分区分配中的数据构造 为了实现分区分配，系统中配置相为了实现分区分配，系统中配置相应的数据构造，为分配提供根据。常应的数据构造，为分配提供根据。常用的数据构造采用空闲分区表。在系用的数据构造采用空闲分区表。在系统中设置一张空闲分区表，用于记录统中设置一张空闲分区表，用于记录每个空闲分区的情况。每个空闲分区的情况。P92 P92 图图4-10 4-10 图图4-11 4-11 该算法要求将一切的空闲分区按其容量以从小到大的顺序构成一空闲分区链。 该算法的优缺陷：为大作业分配大的内存空间发明了条件。每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的，这

9、样，在存储器中会留下许多难以利用的小空闲区，称为外零头。 外零头在分区外没有利用的部分称为外零头.3最坏顺应分配算法最坏顺应分配算法该算法要求将一切的空闲分区按其容量以从大到小的顺序构成一空闲分区链。该算法的优缺陷：为作业分配大的内存空间，分配后所切割下来的剩余部分还可以再利用。 当进程运转终了释放内存时，系统根据回收区的首址，从空闲区链中找到相应的插入点，此时能够出现以下四种情况之一：1归还区有下邻空闲区2归还区有上邻空闲区3归还区有下邻空闲区又有上邻空闲区4归还区既无下邻空闲区又无上邻空闲区合并算法P95 图4-134.5.2 地址转换与存储维护n采用重定位方式实现地址变换。n P96 图

10、4-144.5.3 挪动技术n将内存中的一切作业进展挪动，使它们全都相邻接，这样，可把原来分散的多个小分区合成一个大分区的方法，称为紧凑。 1、留意的问题(1)挪动会添加系统开销(2)挪动是有条件(P97-倒8)2、优化装入技术 P98 图4-164.6 页式存储管理4.6.1 分页存储管理原理：将一个进程的逻辑地址空间分成假设干个大小相等的片，称为页面或页，相应地，也把内存空间分成与页面一样大小的假设干个存储块，称为物理块或页框，在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的假设干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。由于进程的最后一页经常装不满一块而构成了不可利用的碎片，称之为“页内碎片或称

11、为“内零头。 页表n在分页系统中，允许将进程的每一页离散地存储在内存的任一物理块中，但系统应能保证进程的正确运转，即能在内存中找到每个页面所对应的物理块。为此，系统又为每个进程建立了一张页面映像表，简称页表。n在页表的表项中设置一存取控制字段，用于对该存储块中的内容加以维护。4.6.2 页式主存空间的分配与回收主存位示图管理主存位示图管理n位示图是利用二进制的一位来表示内存中一个块的运用情况。当其值为“0时，表示对应的块空闲；为“1时，表示已分配。4.6.3 页表和地址变换 为了能将用户地址空间中的逻辑地址，变换为内存空间中的物理地址，在系统中必需设置地址变换机构。该机构的根本义务是实现从逻辑

12、地址到物理地址的转换。 根本的地址变换机构 页表大多驻留在内存中。在系统中只设置一个页表存放器PTR，在其中存放页表在内存的始址和页表的长度。地址变换机构 快表 为了提高地址变换速度，可在地址变换机构中，增设一个具有并行查寻才干的特殊高速缓冲存放器，又称为“联想存放器Associative Memory或称为“快表。快表不能够做得很大，通常只存放16512个页表项。具有快表的地址变换过程： 快表的地址变换4.7 虚拟存储器管理4.7.2虚拟存储器的任务原理：n运用程序在运转之前，没有必要全部装入内存，仅须将那些当前要运转的部分页面或段先装入内存便可运转，其他部分暂留在盘上。 n 实现虚拟存储器

13、的关键问题(P103-倒8)n 4.7.3页式虚拟存储的实现 1.根本原理这是在分页系统的根底上，它允许只装入部分页面的程序及数据，便启动运转。以后，再经过调页功能及页面置换功能，陆续地把即将要运转的页面调入内存，同时把暂不运转的页面换出到外存上。置换时以页面为单位。 恳求分页的页表机制上添加假设干项，作为恳求分页的数据构造；P104 表4-3缺页中断机构:当要访问的页面尚未调入内存时，便产生缺页中断，恳求调页;地址变换机构; P104 图4-222.页面调度n页面调度的根本概念(P105-7行)n页面调入过程 n每当程序所要访问的页面未在内存时，便向CPU发出一缺页中断。n中断处置程序首先保

14、管CPU环境，分析中断缘由后，转入缺页中断处置程序。 n假设内存已满，那么须先按照某种置换算法从内存中选出一页预备换出；假设此页已被修正，那么必需将它写回磁盘，n然后再把所缺的页调入内存，并修正页表中的相应表项，置其存在位为“1，并将此页表项写入快表中。 n构成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。 n整个页面的调入过程对用户是透明的抖动的概念：页面调度置换算法1.最正确页面调度算法(P105-21行)2、先进先出FIFO页面调度算法： 该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰 。假定系统为某进程分配了三个物理块，并思索有以下的页面号援用串： 7，0，1，

15、2，0，3，0，4，2，3，0，3， 2，1，2，0，1，7，0，1 采用先进先出算法给出发生页面置换次数。3最近最少用LRU置换算法 LRU置换算法是选择最近最久未运用的页面予以淘汰。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所阅历的时间t，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大的，即最近最久未运用的页面予以淘汰。举例假定系统为某进程分配了三个物理块，并思索有以下的页面号援用串： 7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3， 2，1，2，0，1，7，0，1 采用LRU算法给出发生页面置换次数。4.最近最不常用LFU置换算法 nLFU 根据在一段时间里页面被运用

16、的次数少的页面予以淘汰。nLFU的实现方法： 缺页中断率：n影响缺页中断率的要素：n P107-倒14行 4.7.4多级页表n 现代的大多数计算机系统，都支持非常大的逻辑地址空间，页表就变得非常大 ，又由于每个页表项占用一个字节，故每个进程仅仅其页表就要占用大的内存空间，而且还要求是延续的。显然这是不现实的，我们可以采用这样两个方法来处理这一问题：n采用离散分配方式来处理难以找到一块延续的大内存空间的问题。n只将当前需求的部分页表项调入内存，其他的页表项仍驻留在磁盘上，需求时再调入。 1两级页表 n将页表再进展分页，并离散地将各个页面分别存放在不同的物理块中 ，为离散分配的页面再建立一张页表，

17、称为页号I(外层页表 )，在每个页表项中记录了页表页面的物理块号。n假设采用一级页表构造，应具有20位的页号，即页表项应有1兆个。在采用两级页表构造时，逻辑地址构造可描画如下： n利用页号I(外层页表)和页号II这两级页表，来实现从进程的逻辑地址到内存中物理地址间的变换。n为了地址变换实现上的方便起见，在地址变换机构中同样需求增设一个页号I(外层页表)存放器，用于存放外层页表的始址，并利用逻辑地址中的外层页号，作为外层页表的索引，从中找到指定页号II的始址，再利用P2作为指定页表分页的索引，找到指定的页表项，其中即含有该页在内存的物理块号，用该块号和页内地址d即可构成访问的内存物理地址。 2多

18、级页表 n对于64位的机器，采用两级页表依然有困难，必需采用多级页表，将外层页表再进展分页，也就是将各分页离散地装入到不相邻接的物理块中，再利用第2级的外层页表来映射它们之间的关系 ，来实现分页存储管理。 4.8UNIX系统的页式虚拟存储管理系统的页式虚拟存储管理一一 UNIXUNIX地址空间分成地址空间分成: :1.1.系统区系统区: OS: OS程序和数据常驻区程序和数据常驻区2.2.程序区程序区: :进程代码区进程代码区( (非常驻区非常驻区) )3.3.控制区控制区: :进程控制区主要用于堆栈、进程控制区主要用于堆栈、useruser区等区等( (非常驻区非常驻区) )二页表二页表UNIX UNIX 采用段页式虚拟存储管理技术。采用段页式虚拟存储管理技术。为实现真假地址变换，必需建立页表和段为实现真假地址变换，必需建立页表和段表。表。页表构造：页表构造： P