【正文】 第 5章 存儲管理 167。 存儲管理的功能 ? 內(nèi)存是現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)的中心，是指 CPU能直接存取指令和數(shù)據(jù)的存儲器， CPU和 I/O設(shè)備都要和內(nèi)存打交道。 ? 內(nèi)存由很大的一組字或字節(jié)所組成，每個字或字節(jié)都有它們自己的編號，稱為內(nèi)存地址。 ? 對內(nèi)存的訪問是通過一系列對指定地址單元進(jìn)行讀寫來實現(xiàn)的。 167。 存儲管理的功能 存儲空間的分配和回收 內(nèi)存的分配與回收是內(nèi)存管理的主要功能之一。用戶程序通常以文件的形式保存在計算機(jī)外存上，為了執(zhí)行用戶程序，用戶程序必須全部或部分裝入內(nèi)存，因此在內(nèi)外存之間必須不斷交換數(shù)據(jù)。能否把外存中的數(shù)據(jù)和程序調(diào)入內(nèi)存，取決于能否在內(nèi)存中為它們安排合適的位置。因此，存儲管理模塊要為每一個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程分配內(nèi)存空間。另外，當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束之后，存儲管理模塊又要及時回收該進(jìn)程所占用的內(nèi)存資源，以便給其他進(jìn)程分配空間。 167。 存儲管理的功能 地址轉(zhuǎn)換（映射） ? 內(nèi)存的每個存儲單元都有一個編號，這種編號稱為內(nèi)存地址（或稱為物理地址，絕對地址）。內(nèi)存地址的集合稱為內(nèi)存空間（或物理地址空間） 。 ? 源程序經(jīng)過匯編或編譯后，形成目標(biāo)程序，每個目標(biāo)程序都是以 0為基址順序進(jìn)行編址的，原來用符號名訪問的單元用具體的數(shù)據(jù) —— 單元號取代。這樣生成的目標(biāo)程序占據(jù)一定的地址空間，稱為作業(yè)的邏輯地址空間，簡稱邏輯空間。在邏輯空間中每條指令的地址和指令中要訪問的操作數(shù)地址統(tǒng)稱為邏輯地址。 167。 存儲管理的功能 地址映射 Load A 200 3456 。 。 1200 物理地址空間 Load A data1 data1 3456 源程序 Load A 200 3456 0 100 200 編譯 連接 邏輯地址空間 BA=1000 167。 存儲管理的功能 ? 我們把用戶程序裝入內(nèi)存時對有關(guān)指令的地址部分的修改定義為從程序地址到內(nèi)存地址的地址映射，或稱為地址重定位。 ? 地址映射的方式： 靜態(tài)地址重定位 ?程序被裝入內(nèi)存時由操作系統(tǒng)的連接裝入程序完成程序的邏輯地址到內(nèi)存地址的轉(zhuǎn)換。 ?假定程序裝入內(nèi)存的首地址為 BR， 程序地址為 VR， 內(nèi)存地址為 MR， 則地址映射按下式進(jìn)行： MR=BR+VR 。 167。 存儲管理的功能 動態(tài)重定位 ?動態(tài)地址重定位是在程序執(zhí)行的過程中，每次訪問內(nèi)存之前，將要訪問的程序地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存地址。 ?動態(tài)重定位依靠硬件地址變換機(jī)構(gòu)完成。地址重定位機(jī)構(gòu)需要一個 (或多個 )基地址寄存器 BR和一個 (或多個 )程序虛擬地址寄存器 VR。指令或數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址 MA與邏輯地址的關(guān)系為： MA=(BR)+ (VR) 這里， (BR)與 (VR)分別表示寄存器 BR與 VR中的內(nèi)容。 167。 存儲管理的功能 167。 存儲管理的功能 主存空間的共享和保護(hù) 在多道程序設(shè)計環(huán)境下，內(nèi)存中的許多用戶或系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)段可供不同的用戶進(jìn)程共享。這種資源共享將會提高內(nèi)存的利用率。但是，反過來說，除了被允許共享的部分之外，又要限制各進(jìn)程只在自己的存儲區(qū)活動，各進(jìn)程不能對別的進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)段產(chǎn)生干擾和破壞，因此須對內(nèi)存中的程序和數(shù)據(jù)段采取保護(hù)措施。 167。 存儲管理的功能 ?內(nèi)存保護(hù)的方式： （ 1）上、下界存儲保護(hù)：上、下界保護(hù)是一種簡單的存儲保護(hù)技術(shù)。系統(tǒng)可為每個作業(yè)設(shè)置一對上、下界寄存器，分別用來存放當(dāng)前運(yùn)行作業(yè)在內(nèi)存空間的上、下邊界地址，用它們來限制用戶程序的活動范圍。 （ 2）基址 — 限長存儲保護(hù)：上、下界保護(hù)的一個變種是采用基址 — 限長存儲保護(hù)。 167。 存儲管理的功能 167。 存儲管理的功能 主存空間的擴(kuò)充 ?對內(nèi)存進(jìn)行邏輯上的擴(kuò)充，現(xiàn)在普遍采用虛擬存儲管理技術(shù)。 ?虛擬存儲技術(shù)的基本思想是把有限的內(nèi)存空間與大容量的外存統(tǒng)一管理起來，構(gòu)成一個遠(yuǎn)大于實際內(nèi)存的、虛擬的存儲器。此時，外存是作為內(nèi)存的直接延伸，用戶并不會感覺到內(nèi)、外存的區(qū)別，即把兩級存儲器當(dāng)作一級存儲器來看待。一個作業(yè)運(yùn)行時，其全部信息裝入虛存，實際上可能只有當(dāng)前運(yùn)行的必需一部分信息存入內(nèi)存，其他則存于外存，當(dāng)所訪問的信息不在內(nèi)存時，系統(tǒng)自動將其從外存調(diào)入內(nèi)存。 167。 連續(xù)內(nèi)存分配 分區(qū)管理的基本原理 ? 分區(qū)管理的基本原理是給每一個內(nèi)存中的進(jìn)程劃分一塊適當(dāng)大小的存儲區(qū) ,以連續(xù)存儲各進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)，使各進(jìn)程得以并發(fā)執(zhí)行。 ? 按分區(qū)的時機(jī)，分區(qū)管理可以分為固定分區(qū)和動態(tài)分區(qū)兩種方法。 固定分區(qū)法： ? 把內(nèi)存區(qū)固定地劃分為若干個大小不等的區(qū)域。劃分的原則由系統(tǒng)操作員或操作系統(tǒng)決定。分區(qū)一旦劃分結(jié)束，在整個執(zhí)行過程中每個分區(qū)的長度和內(nèi)存的總分區(qū)個數(shù)將保持不變。 167。 連續(xù)內(nèi)存分配 ? 某系統(tǒng)的內(nèi)存容量為 256K， 操作系統(tǒng)占用低地址的 20K， 其余空間劃分成 4個固定大小的分區(qū)。如下圖： 167。 連續(xù)內(nèi)存分配 動態(tài)分區(qū)法 ? 動態(tài)分區(qū)法在作業(yè)執(zhí)行前并不建立分區(qū)，分區(qū)的建立是在作業(yè)的處理過程中進(jìn)行的，且其大小可隨作業(yè)或進(jìn)程對內(nèi)存的要求而改變。 這就改變了固定分區(qū)法中那種即使是小作業(yè)也要占據(jù)大分區(qū)的浪費(fèi)現(xiàn)象，從而提高了內(nèi)存的利用率。 ? 采用動態(tài)分區(qū)法，在系統(tǒng)初啟時，除了操作系統(tǒng)中常駐內(nèi)存部分之外，只有一個空閑分區(qū)。隨后，分配程序?qū)⒃搮^(qū)依次劃分給調(diào)度選中的作業(yè)或進(jìn)程。 167。 連續(xù)內(nèi)存分配 167。 連續(xù)內(nèi)存分配 ? 在動態(tài)分區(qū)存儲管理中，要有相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來登記空閑區(qū)的說明信息，它包括空閑區(qū)的大小和位置。 ? 不同系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計要求采用不同的結(jié)構(gòu)。常用的有表結(jié)構(gòu)和隊列結(jié)構(gòu)。 ? 空閑區(qū)表的每個表目記錄一個空閑區(qū)，主要參數(shù)包括區(qū)號、長度和起始地址。空閑區(qū)隊列則是利用每個內(nèi)存空閑區(qū)的頭幾個單元存放本空閑區(qū)的大小及下個空閑區(qū)的起始地址，從而把所有的空閑區(qū)鏈接起來。 167。 連續(xù)內(nèi)存分配 167。 連續(xù)內(nèi)存分配 分區(qū)的分配和回收 當(dāng)用戶程序要裝入執(zhí)行時，存儲管理程序根據(jù)用戶程序的大小查詢分區(qū)說明表，從中找出一個滿足要求的空閑分區(qū)，