操作系统第9讲

1、操作系统概念第九讲 内存管理（1）本课总体纲要背景逻辑地址空间和物理地址空间地址变换分区存储管理覆盖和交换技术虚拟存储器用户程序在运行前要经过几个步骤从输入队列中选一个进程装入内存，进程在执行时会访问内存中的指令与数据。进程终止时，释放地址空间虚拟存储器：使程序员在设计程序时，不需要考虑实际内存的大小等信息，由操作系统统一进行内存和外存管理，通过内存管理手段为用户提供比实际内存大得多的存储器。地址空间逻辑地址空间与物理地址空间将逻辑地址空间捆绑到单独的物理地址空间是内存管理的重要环节逻辑地址：CPU所生成的地址集合物理地址：内存单元中的地址集合源程序虚拟空间物理存储器编译链接地址链接地址变换（

2、1）地址捆绑的步骤：编译时加载时执行时地址变换问题（2）地址变换的两个问题：虚拟空间划分问题虚拟地址空间的划分使得编译链接程序可以把不同的程序模块，链接到一个统一的虚拟空间中地址重定位问题把虚拟空间中已经链接和划分好的内容装入内存，并将虚拟地址映射为内存地址空间地址变换方法（3）静态地址重定位（static address relocation)是在虚拟空间程序执行之前，由装配程序完成的地址映射工作。特点：不需要硬件支持无法实现虚拟存储器必须占有连续的内存空间，难以做到程序和数据共享地址变换（4）动态地址重定位（dynamic address relocation)在程序执行过程中，在CPU访

3、问内存之前，将要访问的程序或数据地址转换成内存地址。内存管理单元（MMU)硬件设备可以实现在程序运行时从虚拟地址到物理地址的映射。用户进程所生成的地址在送交内存之前，都将加上重定位寄存器（基址寄存器）。地址变换（5）动态地址重定位的优点：内存非连续分配可实行虚拟存储器程序段共享内外存数据控制内存的信息共享和保护内存信息保护分为：硬件法（上下界保护法）软件法（保护键法）软硬件结合法（界限寄存器与CPU的用户态或核心态工作方式相结合方法）本课总体纲要背景逻辑地址空间和物理地址空间地址变换分区存储管理覆盖和交换技术分区存储管理分区存储管理可分为固定分区法和动态分区法固定分区法：在内存中划分大小不等的

4、区域，可分为长作业区和短作业区，分区一旦划分结束，在整个执行过程中每个分区的长度和内存的总分区个数保持不变。动态分区法：在作业执行前不建立分区，分区的建立是在作业执行过程中进行的，其大小随着作业或进程对内存的要求而改变。区号分区长度起始地址18K20K232K28K364K60K4132K124K分区分配和回收固定分区的分配和回收用户程序要装入执行时，通过请求表提出内存分配要求和所要求的内存空间大小。存储管理程序根据请求表查询分区说明表，从中找到满足要求的空闲分区。将不使用的分区设置对应的未使用状态即可动态分区的分配和回收要解决的三个问题从可用表或自由链中，寻找合适的空闲区进行分配分配后更新自

5、由链或可用表进程和作业释放内存时，和相邻的空闲区进行链接合并，更新可用表和自由链连续分配内存多分区分配孔（hole）:能够作为一大块可用内存，在内存中有各种大小的孔可供分配。当有新进程需要内存时，为该进程查找足够大的孔。操作系统维护以下信息：分配内存自由内存OSprocess 5process 8process 2OSprocess 5process 2OSprocess 5process 2OSprocess 5process 9process 2process 9process 10连续分配内存动态存储分配问题查找孔集合以决定哪个孔最适合分配首次适应 (first fit algorith

6、m)要求可用表或自由链按起始地址递增的次序排列。最佳适应 (best fit algorithm)要求从小到大的次序组成空闲区可用表或自由链最差适应 (worst fit algorithm)要求空闲区按其大小递减的顺序组成可用表或自由链。碎片外部碎片：当所有总的内存之和可以满足要求，但不连续，就出现了外部碎片。内部碎片：分配给作业的存储空间中未被利用的部分。碎片内部碎片由于这部分内存在进程分区内，因此无法被其他进程使用。外部碎片解决方案：紧缩（compaction）分页分段本课总体纲要背景逻辑地址空间和物理地址空间地址变换分区存储管理覆盖和交换技术内外存数据控制控制内外存数据传输的方式：用户

7、程序控制：覆盖操作系统控制： 交换内存的分配和回收存储管理模块要为每个并发执行的进程分配内存空间，当进程执行结束后，存储管理模块又要及时回收该进程所占有的内存资源，以便分配给其他进程覆盖覆盖（overlay）把程序分成若干个功能上相对独立的程序段，按照程序的逻辑结构让那些不会同时执行的程序段共享一块内存区覆盖技术要求程序员提供清楚的覆盖结构程序员要求懂得系统和内存的内部结构与地址划分。交换（1）交换（swap）进程可以暂时从内存中整体写入外存交换区，再 从外存交换区中调入指定的程序或数据到内存中，并让其执行的一种内存扩展技术。备份存储足够大的快速磁盘空间用来保存所有用户的所有内存空间的备份，并提供对内存映射的直接访问滚入滚出（roll in roll out）用在基于优先权调度算法中，如果一个高优先权的进程来了，内存管理将先滚出低优先权的进程，然后再滚入高优先权的进程执行。交换总时间传输时间平均延迟时间交换程序时间交换（2）分区存储管理的主要优缺点主要优点：实现了多个作业或进程对内存的共享硬件支持少，管理算法简单，容易实现主要缺点：内存利用率不高，存储器中可能存在从未用过的信息作业或进程的大小受到分区大小的控制。无法实现更分区的信息共享总结背景逻辑地址空间和物理地址空间地址变换分区存储管理覆盖和交换技术作业下表给出了某系统中的空闲分区表，系统采用动态分区管理策略，现有