【文章內(nèi)容簡介】 地址空間 ， 程序員只需利用一個記憶符 ， 即可表示一個地址； 而分段的作業(yè)地址空間則是二維的 ， 程序員在標(biāo)識一個地址時 ， 既需給出段名 ， 又需給出段內(nèi)地址 。 Operating System Page 67 2022/2/15 分段系統(tǒng)的基本原理 分塊方式 使用 碎片 長度 目的 分頁存儲管理 物理分塊系統(tǒng)需要 對程序員是不可見，使用簡單 每個進(jìn)程只有一個內(nèi)部碎片 ，大小不超過 1頁 固定 提高內(nèi)存的利用率 分段存儲管理 邏輯分塊 ，大小與信息塊有關(guān)，滿足用戶需要 對程序員可見，使方便，但難度大 每個進(jìn)程會產(chǎn)生多個外部碎片 不確定 便于信息保護(hù)與共享，方便用戶 ?分頁和分段的主要區(qū)別 Operating System Page 68 2022/2/15 基本分段存儲管理 ?分段存儲管理方式的引入 ?分段系統(tǒng)的基本原理 ?信息共享 ?段頁式存儲管理方式 Operating System Page 69 2022/2/15 信息共享 ed 1 ed 2 … ed 40 data 1 … data 10 進(jìn)程 1 21 22 … 60 61 … 70 頁表 ed 1 ed 2 … ed 40 data 1 … data 10 進(jìn)程 2 21 22 … 60 71 … 80 … ed 1 ed 2 … ed 40 data 1 … data 10 data 1 … data 10 主存 0 21 22 60 61 70 71 80 頁表 分頁系統(tǒng)中共享 editor的示意圖 Operating System Page 70 2022/2/15 信息共享 分段系統(tǒng)中共享 editor的示意圖 editor 進(jìn)程 1 data 1 進(jìn)程 2 editor data 2 段表 段長 基址 160 80 40 240 160 80 40 380 editor data 1 … data 2 80 240 280 380 420 Operating System Page 71 2022/2/15 基本分段存儲管理 ?分段存儲管理方式的引入 ?分段系統(tǒng)的基本原理 ?信息共享 ?段頁式存儲管理方式 Operating System Page 72 2022/2/15 段頁式存儲管理方式 ?基本原理 ?是 分段 和 分頁 原理的結(jié)合 ?將用戶程序分成若干個 段 ，再把每一段分成若干個 頁 ，并為每一段賦予一個段名 ?段頁式管理中，地址機(jī)構(gòu)由 段號 、 段內(nèi)頁號及 頁內(nèi)地址 三部分所組成 Operating System Page 73 2022/2/15 段頁式存儲管理方式 作業(yè)地址空間和地址結(jié)構(gòu) 0 4K 8K 12K 15K 16K 子程序段 0 4K 8K 數(shù)據(jù)段 0 4K 8K 10K 12K ( a ) 段號 (S) 段內(nèi)頁號 (P) 頁內(nèi)地址 (W) ( b ) 主程序段 例 地址結(jié)構(gòu) Operating System Page 74 2022/2/15 段頁式存儲管理方式 利用段表和頁表實現(xiàn)地址映射 段號 狀態(tài) 頁表大小 頁表始址 0 1 1 1 2 1 3 0 4 1 頁號 狀態(tài) 存儲塊 0 1 1 1 2 1 3 0 4 1 操作系統(tǒng) 主存 頁表 段表 段表大小 段表始址 段表寄存器 Operating System Page 75 2022/2/15 2. 地址變換過程 在段頁式系統(tǒng)中，需 三次 訪問內(nèi)存。 第一次訪問 ，是訪問內(nèi)存中的段表。 第二次訪問 ，是訪問內(nèi)存中的頁表。 第三次訪問 ，才是真正從第二次訪問所得的地址中，取出指令或數(shù)據(jù)。 由于它的基本原理與分頁及分段時的情況相似，故在此不再詳述。 Operating System Page 76 2022/2/15 段頁式存儲管理方式 ?地址變換過程 段頁式系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu) 段表寄存器 段表始址 段表長度 ＞ 段號 S 頁號 P ＋ 段超長 段表 0 1 2 3 ＋ 頁內(nèi)地址 頁表 0 1 2 3 b 塊號 b 塊內(nèi)地址 頁表始址 頁表長度 Operating System Page 77 2022/2/15 第四章 存儲器管理 ?程序的裝入和鏈接 ?連續(xù)分配方式 ?基本分頁存儲管理 ?基本分段存儲管理 ?虛擬存儲器的基本概念 ?請求分頁存儲管理方式 ?頁面置換算法 ?請求分段存儲管理方式 Operating System Page 78 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?交換與覆蓋 ?虛擬存儲器的引入 ?虛擬存儲器的實現(xiàn)方法 ?虛擬存儲器的特征 Operating System Page 79 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?交換技術(shù)與覆蓋技術(shù) ?是在多道環(huán)境下擴(kuò)充內(nèi)存的方法，用以 解決在 較小的存儲空間中運行較大程序 時遇到的矛盾 ?覆蓋技術(shù) 主要用在早期的操作系統(tǒng)中 ?交換技術(shù) 被廣泛用于小型分時系統(tǒng)中，交換技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了虛存技術(shù)的出現(xiàn) Operating System Page 80 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?交換與覆蓋異同點 ?共同點： 進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)主要放 在外存 ， 當(dāng)前需要 執(zhí)行的部分放在內(nèi)存 ， 內(nèi)外存之間進(jìn)行信息交換 ?不同點：如何控制交換？ Operating System Page 81 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?覆蓋技術(shù) ?把程序劃分為若干個功能上相對獨立的程序段，按照其自身的邏輯結(jié)構(gòu)將那些 不會同時執(zhí)行 的程序段 共享同一塊內(nèi)存 區(qū)域 ?程序段先保存在磁盤上，當(dāng)有關(guān)程序段的前一部分執(zhí)行結(jié)束，把后續(xù)程序段調(diào)入內(nèi)存，覆蓋前面的程序段 （內(nèi)存 “ 擴(kuò)大 ” 了） ?覆蓋：一個作業(yè)的若干程序段，或幾個作業(yè)的某些部分 共享 某一個存儲空間 ?一般要求作業(yè)各模塊之間有明確的調(diào)用結(jié)構(gòu)，程序員要向系統(tǒng)指明覆蓋結(jié)構(gòu) ，然后由操作系統(tǒng)完成自動覆蓋 Operating System Page 82 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?覆蓋技術(shù)的缺點 ?對用戶不透明，增加了用戶負(fù)擔(dān) ?目前這一技術(shù)用于小型系統(tǒng)中的系統(tǒng)程序的內(nèi)存管理上 ?MSDOS的啟動過程中，多次使用覆蓋技術(shù)；啟動之后，用戶程序區(qū) TPA的高端部分與 Operating System Page 83 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?交換技術(shù) 當(dāng)內(nèi)存空間緊張時，系統(tǒng)將內(nèi)存中某些進(jìn)程 暫時移到外存 ，把外存中某些進(jìn)程換進(jìn)內(nèi)存，占據(jù)前者所占用的區(qū)域，這種技術(shù)是進(jìn)程在內(nèi)存與外存之間的動態(tài)調(diào)度。多用于分時系統(tǒng)中 Operating System Page 84 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?覆蓋與交換的比較 ?與覆蓋技術(shù)相比，交換技術(shù)不要求用戶給出程序段之間的邏輯覆蓋結(jié)構(gòu)；而且，交換 發(fā)生在進(jìn)程或作業(yè)之間 ?而覆蓋 發(fā)生在同一進(jìn)程或作業(yè)內(nèi) 。 ?覆蓋只能覆蓋那些與覆蓋段無關(guān)的程序段 Operating System Page 85 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?交換與覆蓋 ?虛擬存儲器的引入 ?虛擬存儲器的實現(xiàn)方法 ?虛擬存儲器的特征 Operating System Page 86 2022/2/15 虛擬存儲器的引入 ? 程序裝入內(nèi)存時可能會出現(xiàn)如下問題 ? 程序太大，要求的空間超出了內(nèi)存總?cè)萘? ? 有大量作業(yè)要求運行，但內(nèi)存不能容下所有作業(yè) ? 程序暫時不執(zhí)行或運行完是否還要占用內(nèi)存 ? 常規(guī)存儲器管理方式的特征 ? 一次性 ? 要求作業(yè)全部裝入內(nèi)存才能運行 ? 駐留性 ? 程序裝入內(nèi)存后便一直駐留內(nèi)存，直至運行結(jié)束 許多不用或暫時不用的程序占用了大量內(nèi)存空間，而其他程序卻無法裝入！ 是否必要？ Operating System Page 87 2022/2/15 虛擬存儲器的引入 ?局部性原理 1968年， ?程序執(zhí)行時，除了少部分的轉(zhuǎn)移和過程調(diào)用指令外，在大多數(shù)情況下仍是 順序執(zhí)行 的 ?過程調(diào)用將會使程序的執(zhí)行軌跡由一部分區(qū)域轉(zhuǎn)至另一部分區(qū)域，但經(jīng)研究看出，過程調(diào)用的深度在大多數(shù)情況下都 不超過 5 ?程序中存在許多 循環(huán)結(jié)構(gòu) ，這些雖然只由少數(shù)指令構(gòu)成，但是它們將多次執(zhí)行 ?程序中還包括許多對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理，如對數(shù)組進(jìn)行操作，它們往往都 局限于很小的范圍內(nèi) Operating System Page 88 2022/2/15 虛擬存儲器的引入 ?局限性又表現(xiàn)在下述兩個方面 ?時間局限性 ? 如果程序中的某條指令一旦執(zhí)行， 則不久以后該指令可能再次執(zhí)行 ? 如果某數(shù)據(jù)被訪問過， 則不久以后該數(shù)據(jù)可能再次被訪問 ? 典型原因是因在程序中存在著大量 循環(huán)操作 ?空間局限性 ? 一旦程序訪問了某個存儲單元，在不久之后，其附近的存儲單元也將被訪問，即程序在一段時間內(nèi)所 訪問的地址 ， 可能集中 在一定的范圍之內(nèi)，其典型情況便是程序的順序執(zhí)行 Operating System Page 89 2022/2/15 2. 早在 1968年 ， ： 程序在執(zhí)行時將呈現(xiàn)出局部性規(guī)律 ， 即在一較短時間內(nèi) ， 程序的執(zhí)行僅限于某個部分；相應(yīng)地 ， 它所訪問的存儲空間也局限于某個區(qū)域 。 基于局部性原理 ， 一個作業(yè)在運行之前 ， 沒有必要全部裝入內(nèi)存 ， 而僅將那些當(dāng)前要運行的那部分頁面或段 ，先裝入內(nèi)存便可啟動運行 ， 其余部分暫時留在磁盤上 。 Operating System Page 90 2022/2/15 虛擬存儲器的引入 ?虛擬存儲器 定義 ?是指具有 請求調(diào)入功能 和 置換功能 ， 能從 邏輯上 對內(nèi)存容量加以擴(kuò)充的一種存儲器系統(tǒng) 。其邏輯容量由 內(nèi)存容量和外存容量之和 所決定，其運行 速度 接近于 內(nèi)存速度，而其 成本卻又接近于外存。 Operating System Page 91 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?交換與覆蓋 ?虛擬存儲器的引入 ?虛擬存儲器的實現(xiàn)方法 ?虛擬存儲器的特征 Operating System Page 92 2022/2/15 虛擬存儲器的實現(xiàn)方法 ?虛擬存儲器的實現(xiàn)都是建立在 離散分配 的存儲管理方式基礎(chǔ)上的 ?主要有 ?請求分頁系統(tǒng) ?請求分段系統(tǒng) Operating System Page 93 2022/2/15 虛擬存儲器的基本概念 ?交換與覆蓋 ?虛擬存儲器的引入 ?虛擬存儲器的實現(xiàn)方法 ?虛擬存儲器的特征 Operating System Page 94 2022/2/15 虛擬存儲器的特征 虛擬存儲器最基本的特征是離散性，在此基礎(chǔ)上又形成了多次性及對換性的特征。其所表現(xiàn)出來的最重要的特征是虛擬性。 離散性 多次性 對換性 虛擬性 Operating System Page 95 2022/2/15 第四章 存儲器管理 ?程序的裝入和鏈接 ?連續(xù)分配方式 ?基本分頁存儲管理 ?基本分段存儲管理 ?虛擬存儲器的基本概念 ?請求分頁存儲管理方式 ?頁面置換算法 ?請求分段存儲管理方式 Operating System Page 96 2022/2/15 請求分頁存儲管理方式 ?請求分頁中的硬件支持 ?內(nèi)存分配策略和分配算法 ?調(diào)頁策略 Operating System Page 97 2022/2/15 請求分頁中的硬件支持 ?頁描述子的擴(kuò)充（頁表機(jī)制 ） ?狀態(tài)位 P（中斷位）指示該頁是在內(nèi)存還是在外存 ?訪問位 A 用于記錄本頁在一段時間內(nèi) 被訪問的次數(shù) 或記錄本頁在最近多長時間 未被訪問 ?修改位 M 表示該頁在內(nèi)存中是否 被修改過 ?外存地址 該頁在外存上的地址，通常是物理塊號 頁號 物理塊號 狀態(tài)位 P 訪問位 A 修改位 M 外存地址 Operating