【正文】 022/8/17 第六章 存儲管理 頁大小的選擇 ? 太大：浪費；太?。喉摫磉^長 。 ? 占用處理機的現(xiàn)行進程的頁表必須駐留在內存 ， 其首地址和長度由地址映射機構的 頁表起址和長度寄存器 指示 。一般，一頁的大小為 2的整數(shù)次冪，因此，地址的高位部分為 頁號 ，低位部分為 頁內地址 頁號 頁內地址 0 11 12 31 頁號 P 頁內位移量 W 編號 0~1048575 相對地址 0~4095 66 2022/8/17 第六章 存儲管理 ? 內存空間 按頁的大小劃分為大小相等的區(qū)域，稱為 塊或內存塊（物理頁面，頁框） 67 2022/8/17 第六章 存儲管理 ? 內存分配 以頁為單位進行分配，并按作業(yè)的頁數(shù)多少來分配。 ? 分頁技術是由曼徹斯特大學提出 ， 并于 1960年前后在 Atlas計算機上實現(xiàn) 。 61 2022/8/17 第六章 存儲管理 在分區(qū)存儲管理中解決碎片的辦法 ? 規(guī)定門限值 （ 由操作系統(tǒng)規(guī)定 ， 如 1K） ， 分割空閑區(qū)時 ， 若剩余部分小于門限值 ， 則不再分割此空閑區(qū) 。 59 2022/8/17 第六章 存儲管理 練習 ? 有作業(yè)序列：作業(yè) A要求 21K； 作業(yè) B要求 30K， 作業(yè)C要求 25K。 ? 對于某一作業(yè)序列來說 ， 某種算法能將該作業(yè)序列中所有作業(yè)安置完畢 ， 那么我們說 該算法對這一作業(yè)序列是合適的 。 ? 分配和回收后要對空閑區(qū)表 （ 隊列 ） 重新排序 。 53 2022/8/17 第六章 存儲管理 最壞適應法 ? 要求空閑區(qū)按 大小遞減 的順序組織空閑區(qū)表（或隊列）。 52 2022/8/17 第六章 存儲管理 分析 優(yōu)點： ? 在系統(tǒng)中若存在一個與申請分區(qū)大小相等的空閑區(qū) ，必定會被選中 ， 而首次適應法則不一定 。 50 2022/8/17 第六章 存儲管理 ? 分配：當進程申請一個存儲區(qū)時，系統(tǒng)從表頭開始查找，當找到第一個滿足要求的空閑區(qū)時，停止查找，并且這個空閑區(qū)是最佳的空閑區(qū)。 48 2022/8/17 第六章 存儲管理 分析 ? 注意：每次分配和回收后空閑區(qū)表或空閑區(qū)隊列都要按首址遞增的次序排序。 43 2022/8/17 第六章 存儲管理 三種放置策略 ? 空閑區(qū)表或隊列的排序 ? 首次適應法 ? 最佳適應法 ? 最壞適應法 ? 三種策略比較 44 2022/8/17 第六章 存儲管理 空閑區(qū)表或隊列的排序 ? 按空閑區(qū) 首址 遞增的次序歸類組織空閑區(qū)表或空閑區(qū)隊列 ? 按空閑區(qū) 大小 的遞增或遞減次序組織空閑區(qū)表或隊列 45 2022/8/17 第六章 存儲管理 首次適應法 ? 要求空閑區(qū)按 首址遞增 的次序組織空閑區(qū)表（隊列）。 其首址仍為前空閑區(qū)首址 ， 大小為釋放區(qū)大小與空閑區(qū)大小之和 。 將一個空閑區(qū)分成二部分有兩種辦法： 一是從空閑區(qū)的上部開始劃出 SIZE大小的空閑區(qū)給用戶； 二是從空閑區(qū)的底部開始向上劃出 SIZE大小的空閑區(qū)給用戶 。 以空閑區(qū)表為例 ， 當用戶要求一個大小為 SIZE的存儲空間時 ， 系統(tǒng)查詢空閑區(qū)表 ， 找一個大于或等于SIZE的空閑區(qū) 。 ? 系統(tǒng)還要設置了 等待分區(qū)隊列 ， 當系統(tǒng)中無空閑區(qū)或無滿足要求的空閑區(qū)時 ， 則把申請者送入等待隊列中 ， 等待別的進程釋放內存之后再喚醒隊列中的進程 。 是一種較為實用的存儲管理方法 。 在這種情況下分區(qū)的大小選擇與作業(yè)大小相當 ， 這樣內存的使用效率較高 。 分區(qū)的劃分由計算機的操作員或者由操作系統(tǒng)給出 ， 并給出 分區(qū)說明表 。 ? 由于程序在執(zhí)行時 ， 在一段時間內一般僅使用它的程序的一部分 （ 或一小部分 ） ， 所以程序僅有部分裝入內存完全能夠正確執(zhí)行 。 這種面向編程的存儲器稱為 虛擬存儲器 。 由于內存有限 ，系統(tǒng)中不可能容納所有進程 ， 有些進程的映像可以存放在外存 ， 當要運行這些進程時 ， 必須把它們調入內存 。 20 2022/8/17 第六章 存儲管理 引起內存分配和回收的原因 ? 進程的開始的結束 。 ? 目前有請調和預調兩種 17 2022/8/17 第六章 存儲管理 放置策略 ? 用戶程序調入內存時 ， 確定將其放置在何處的策略 。 ? 便于多個進程共享同一個程序的代碼 。 ? 地址轉換機構把 VR和 BR中的內容相加，并將結果送入 MR中，作為實際訪問的地址。 11 2022/8/17 第六章 存儲管理 映射方法 ? 最簡單的硬件機構 是重定位寄存器 。 ? 例如，程序裝入內存的首地址為 1000，則裝配程序就按 MR=1000+VR對程序中所有地址部分進行修改，修改后指令 Load A， 200就變?yōu)?Load A， 1200 9 2022/8/17 第六章 存儲管理 優(yōu)缺點 ? 優(yōu)點：不需要硬件的支持。 。 ? 內存地址的集合稱為 內存空間（或物理地址空間） 。 4 2022/8/17 第六章 存儲管理 ? 要求用戶用內存地址編程是非常困難的，尤其是在多道程序設計的環(huán)境中。 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 6 2022/8/17 第六章 存儲管理 地址映射的方式 ? 我們把 用戶程序裝入內存時對有關指令的地址部分的修改定義為從程序地址到內存地址的 地址映射 ，或稱為 地址重定位 。 ? 缺點：程序必須占用連續(xù)的內存空間；一旦程序裝入后不能移動。 ? 在地址重定位機構中 ， 有一個基地址寄存器BR和一個程序地址寄存器 VR， 一個內存地址寄存器 MR。 14 2022/8/17 第六章 存儲管理 動態(tài)地址映射的優(yōu)缺點 優(yōu)點： ? 程序占用的內存空間是動態(tài)可變的 ， 當程序從某個存儲區(qū)移到另一個區(qū)域時 ， 只需要修改相應的寄存器 BR的內容即可 。 動態(tài)地址重定位的代價： ? 需要硬件的支持 。 18 2022/8/17 第六章 存儲管理 置換策略 ? 當需要將某個用戶程序調入內存而內存空間又不夠時 ， 就要確定哪個或哪些程序可以從內存中移走 。 ? 進程運行的過程中 ， 它所占用的內存也可能發(fā)生變化 。 ? 系統(tǒng)為了充分利用內存空間，有時可能對內存空間進行調整。 由虛存構成的存儲空間稱為虛存空間 。 ? 要由操作系統(tǒng)結合相關硬件來完成上述工件，這樣計算機好象為用戶提供了一個容量遠大于內存的存儲器，這個存儲器稱為 虛擬存儲器 。 ? 早期的 IBM的 OS/360MFT（ 具有固定任務數(shù)的多道程序系統(tǒng) ） 采用了這種固定分區(qū)的方法 。 ? 但是若作業(yè)的大小和出現(xiàn)的頻率不知道時 ， 勢必造成分區(qū)的大小和作業(yè)的大小相差甚遠 ， 這樣就會造成存儲空間的浪費 ， 從而影響整個系統(tǒng)的效率 。 35 2022/8/17 第六章 存儲管理 實現(xiàn)動態(tài)分區(qū)需要的數(shù)據(jù)結構 ? 在動態(tài)分區(qū)存儲管理中 ， 要有相應的數(shù)據(jù)結構來登記空閑區(qū)的說明信息 ， 它包括空閑區(qū)的大小和位置 。 36 2022/8/17 第六章 存儲管理 空閑區(qū)表和空閑區(qū)隊列舉例 37 2022/8/17 第六章 存儲管理 動態(tài)分區(qū)的分配和回收 分區(qū)的分配 在采用分區(qū)存儲管理的系統(tǒng)中 ， 系統(tǒng)初啟后 。 38 2022/8/17 第六章 存儲管理 分配時的三種情況 ? 其一是系統(tǒng)中無滿足要求的空閑區(qū) ， 則分配失敗 。 一般常采用第二種辦法 ， 因為這樣劃分時 ，余下的部分在空閑區(qū)表中的首地址不變 ， 只需要修改一下大小就行了 。 ? 釋放區(qū)與前后兩個空閑區(qū)相鄰：將這三個區(qū)合為一個空閑區(qū) ， 其首址為前空閑區(qū)首址 ， 大小為這三個區(qū)大小之和 ， 并取消原后空閑區(qū)表目 。 46 2022/8/17 第六章 存儲管理 ? 分配：當進程申請大小為 SIZE的內存時 ， 系統(tǒng)從空閑區(qū)表的第一個表目開始查詢 ， 直到首次找到等于或大于 SIZE的空閑區(qū) 。 首次適應法的優(yōu)點： ? 釋放某一存儲區(qū)時 ， 若與空閑區(qū)相鄰則合并到相鄰空閑分區(qū)中去 ， 這種情況并不改變該區(qū)在表中的位置 ， 只要修改其大小或首址 。 ? 所謂最佳即選中的空閑區(qū)是滿足要求的最小空閑區(qū)。 ? 若系統(tǒng)中不存在與申請分區(qū)大小相等的空閑區(qū) ， 則選中的空閑區(qū)是滿足要求的最小空閑區(qū) ， 而不致于毀掉較大的空閑區(qū) 。 54 2022/8/17 第六章 存儲管理 ? 分配：進程申請一個大小為 SIZE的存儲區(qū)時，總是檢查空閑區(qū)表的第一個空閑區(qū)的大小是否大于或等于 SIZE。 56 2022/8/17 第六章 存儲管理 分析 最壞適應法看起來公似乎有些荒唐 ， 但在更加嚴密地考察后 ， 還是有它的優(yōu)點： ? 當程序裝入內存中最大的空閑區(qū)后 ， 剩下的空閑區(qū)還可能相當大 ， 還能裝下較大的程序 。 ? 對于某一算法而言，如它不能立即滿足某一要求，而其它算法卻可以滿足此要求，則 這一算法對該作業(yè)序列是不合適的 。 60 2022/8/17 第六章 存儲管理 碎片問題 ? 由于空閑區(qū)的大小與申請內存的大小相等的情況是很少的 ， 絕大多數(shù)情況是從一個空閑區(qū)中切去一塊 ， 剩下的部分作為一個空閑區(qū)仍留在空閑區(qū)表中 ， 隨著時間的推移 ， 空閑區(qū)的發(fā)展趨勢是越來越小 ， 直至不能滿足任何用戶要求 。 ? 定期壓縮存儲空間，將所有空閑區(qū)集中到內存的一端，但這種方法的系統(tǒng)開銷太大。 這種技術對操作系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響 。邏輯上相鄰的頁，物理上不一定相鄰 68 2022/8/17 第六章 存儲管理 . . . 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 作業(yè)的 地址空間 頁框 （物理塊） 頁號 頁表 主存中頁框（物理塊） . . . . 69 2022/8/17 第六章 存儲管理 頁地址映射 ? 頁表 ? 頁大小的選擇 ? 頁地址映射 ? 分頁存儲管理中的信息保護 ? 快表和聯(lián)想存儲器 ? 兩級頁表和多級頁表 70 2022/8/17 第六章 存儲管理 頁表 ? 將頁號和頁內地址轉換成內存地址 ， 必須要有一個數(shù)據(jù)結構 ， 用來登記頁號和塊的對應關系和有關信息 。 72 2022/8/17 第六章 存儲管理 頁表內容 ? 頁表包含以下幾個表項： ? 頁號：登記程序地址空間的頁號 。 ? IBM AS/400 VAX NS32032 ： 512字節(jié) ? Intel 80386 Motorola 68030 4096字節(jié) 頁的大小是 2K ， k： 912。 77 2022/8/17 第六章 存儲管理 說明 ? 在執(zhí)行指令 MOV r1， [2500]時 ， 地址轉換步驟如下： ? 取出程序地址字 250