操作系统教程：主存器和连续存储管理

CH4存储管理(1)

4.1主存储器4.2连续存储空间管理4.3分页式存储管理4.4分段式存储管理4.5虚拟存储管理CH4存储管理(2)

4.6实例研究：IntelPentium存储管理硬件设施4.7Windows2000/XP虚拟存储管理

4.8实例研究：Linux虚拟存储管理

存储管理的功能主存储空间的分配和去配。地址转换和存储保护。主存储空间的共享。主存储空间的扩充。4.1主存储器

4.1.1存储器的层次4.1.2快速缓存（caching）4.1.3地址转换与存储保护

4.1.1存储器的层次(1)

寄存器高速缓存主存储器磁盘缓存固定磁盘可移动存储介质存储器的层次(2)

某台计算机存储器层次配置CPU中的寄存器100个字；高速缓存512KB，存取周期15ns；主存储器128MB，存取周期60ns；磁盘容量20GB，存取周期毫秒级；后援存储容量1TB，存取周期秒级。4.1.2快速缓存(Chaching)

快速缓存CachingCache的管理Cache数据的一致性问题Cache数据的一致性问题(1)

层次式存储结构中，相同的数据可能出现在不同的层次上。对文件B中一个整数A做加1操作的例子。Cache数据的一致性问题(2)

多CPU环境中，除维护CPU寄存器外，还包含数据Cache，数据的副本可能同时出现在若干个Cache中。CPU并发地执行，对数据在某个Cache中的修改，会影响到数据所在的所有Cache，这个问题称作缓冲一致性(Coherency)问题，这种一致性通常由硬件来保证。Cache数据的一致性问题(3)

分布式环境中，同一个文件的不同副本可能存储在地理上分散的不同计算机中，各个副本在一个地方被修次，所有其他副本立刻就成为过时的了。有许多途径能确保文件一致性。4.1.3地址转换与存储保护

逻辑地址（相对地址）与物理地址（绝对地址）逻辑地址空间与物理地址空间地址转换或重定位静态重定位与动态重定位

存储保护4.2连续存储空间管理4.2.1单用户连续存储管理4.2.2固定分区存储管理4.2.3可变分区存储管理4.2.1单用户连续存储管理

静态定位栅栏寄存器重定位和存储保护

操作系统区作业i的程序、数据等界限地址栅栏寄存器作业2作业1界限地址+逻辑地址装入程序单用户连续存储管理缺点

•处理器和外部设备串行工作；•一个作业独占主存储空间，降低存储空间的利用率；•计算机的外围设备利用率不高。动态重定位单连续存储管理

操作系统区用户区界限地址定位寄存器逻辑地址CPU绝对地址4.2.2固定分区存储管理

分区存储管理的基本思想：给进入主存的用户进程划分一块连续存储区域，把进程装入该连续存储区域,使各进程能并发执行,这是能满足多道程序设计需要的最简单的存储管理技术。固定分区存储管理分割主存储器空间成若干个连续区域

操作系统区（8KB）用户分区1（8KB）用户分区2（16KB）用户分区3（16KB）用户分区4（16KB）用户分区5（32KB）用户分区6（32KB）固定分区存储管理的地址转换和存储保护

B下限寄存器逻辑地址CPU绝对地址操作系统区用户分区1用户分区2用户分区3B+L2上限寄存器<B+L2越界中断用户分区4用户分区5用户分区6作业进入分区排队策略一是每个分区排一个等待处理的队列,等待处理作业大小不均,导致有的分区空闲而有的分区忙碌;二是所有等待处理的作业排成一个队列,当调度其中一个进入分区运行时,选择可容纳它的最小可用分区,以充分利用主存。4.2.3可变分区存储管理

可变分区(variablepartition)存储管理是按作业的实际大小来划分分区，且分区个数也是随机的,实现多个作业对内存的共享，进一步提高内存资源利用率。

可变分区方式主存分配示例

操作系统作业1空闲区作业2空闲区4KB10KB46KB52KB128KB操作系统作业1空闲区作业2空闲区4KB10KB40KB46KB52KB128KB作业3操作系统作业1空闲区4KB10KB40KB128KB作业3可变分区存储管理数据结构

可变分区主存分配表可由两张表格组成，一张称”已分配区表”另一张”未分配区表”

可变分区的回收算法(1)当一个进程X撤离时，可分成四种情况：(1)其邻近都有进程（A和B），(2)一边有进程（A或B），(3)两边均为空闲区（黑色区域）。

可变分区的回收算法(2)

A

X

B

A

B

A

X

A

X

B

B

x

变为变为变为变为X终止前X终止后链表空闲区管理方法内存空闲区的开头单元存放本空闲区长度及下一个空闲区起始地址,所有空闲区都链接起来,设置第一块空闲区地址指针,让它指向第一块空闲区地址。申请空闲区;归还空闲区。可变分区管理的分配算法

1）最先适应分配算法

2）下次适应分配算法3)最优适应分配算法

4）最坏适应分配算法5)快速适应分配算法

查找和分配算法比较(1)从搜索空闲区速度及主存利用率来看,最先适用分配、下次适应分配和最佳适应算法比最坏适应算法性能好。如果空闲区按从小到大排列,则最先适用分配算法等于最优适应分配算法。如果空闲区按从大到小排列,则最先适用分配算法等于最坏适应分配算法。查找和分配算法比较(2)空闲区按从小到大排列时,最先适用分配算法能尽可能使用低地址区,从而高地址空间有较大的空闲区容纳大的作业。下次适应分配算法会使存储器空间得到均衡使用。最优适应分配算法的主存利用率最好,但可能会导致空闲区分割下来的部分很小。查找和分配算法比较(3)处理某种作业序列时,最坏适应分配算法可能性能最佳,它选择最大空闲区,使得分配后剩余下来的空闲区不会太小,仍能用于再分配。最先适应算法简单、快速，在实际的操作系统中用得较多；其次是最佳适应算法和下次适应算法。2

可变分区地址转换与存储保护

基址基址寄存器逻辑地址CPU绝对地址操作系统区空闲分区1用户作业1空闲分区2限长限长寄存器<限长越界中断多对基址/限长寄存器允许一个进程占用两个或多个分区。规定某对基址/限长寄存器的区域是共享的，用来存放共享的程序和常数，对共享区域的信息只能读出不能写入。进程共享的例行程序就可放在限定的公用区域中,而让进程的共享部分具有相同的基址/限长值。3移动技术

操作系统作业1空闲区作业2空闲区作业3空闲区操作系统作业1作业2作业3