【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 內(nèi)存空間 30K 20K 15K 10K 40K 80K 120K 150K 段長(zhǎng) 基址 段號(hào) 段表 0 1 2 3 利用段表實(shí)現(xiàn)地址映射 Operating System Page 62 2022/8/16 分段系統(tǒng)的基本原理 ?硬件支持 ?系統(tǒng)設(shè)置一對(duì)寄存器 ?段表始址寄存器 用于保存正在運(yùn)行進(jìn)程的段表的始址 ?段表長(zhǎng)度寄存器 用于保存正在運(yùn)行進(jìn)程的段表的長(zhǎng)度 Operating System Page 63 2022/8/16 分段系統(tǒng)的基本原理 控制寄存器 段表始址 段表長(zhǎng)度 ＞ 2 100 ＋ 段號(hào) S 越界 1 K 段長(zhǎng) 600 段號(hào) 0 1 2 3 6 K 4 K 500 200 8 K 9200 基址 位移量 W ＋ 8292 8K 8292 8692 主存 物理地址 邏輯地址 分段系統(tǒng)的地址變換過(guò)程 Operating System Page 64 2022/8/16 段表始址寄存器 段表長(zhǎng)度寄存器 邏輯地址 Cl Cb + 段號(hào) S 段內(nèi)地址 d 比較 比較 b + d 段 表 S= Cl 快表 物理地址 l b . . . S l b 地址越界 d=l d=l 地址映射及存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制 地址越界 地址越界 比較 S Operating System Page 65 2022/8/16 4. (1) 頁(yè)是信息的物理單位 ， 分頁(yè)是為實(shí)現(xiàn)離散分配方式 ， 以消減內(nèi)存的外零頭 ， 提高內(nèi)存的利用率 。 或者說(shuō) ，分頁(yè)僅僅是由于系統(tǒng)管理的需要而不是用戶的需要 。 段則是信息的邏輯單位 ， 它含有一組其意義相對(duì)完整的信息 。 分段的目的是為了能更好地滿足用戶的需要 。 Operating System Page 66 2022/8/16 (2) 頁(yè)的大小固定且由系統(tǒng)決定 ， 由系統(tǒng)把邏輯地址劃分為頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分 ， 是由機(jī)器硬件實(shí)現(xiàn)的 ， 因而在系統(tǒng)中只能有一種大小的頁(yè)面； 而段的長(zhǎng)度卻不固定 ， 決定于用戶所編寫的程序 ， 通常由編譯程序在對(duì)源程序進(jìn)行編譯時(shí) ， 根據(jù)信息的性質(zhì)來(lái)劃分 。 (3) 分頁(yè)的作業(yè)地址空間是一維的 ， 即單一的線性地址空間 ， 程序員只需利用一個(gè)記憶符 ， 即可表示一個(gè)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(shí)一個(gè)地址時(shí) ， 既需給出段名 ， 又需給出段內(nèi)地址 。 Operating System Page 67 2022/8/16 分段系統(tǒng)的基本原理 分塊方式 使用 碎片 長(zhǎng)度 目的 分頁(yè)存儲(chǔ)管理 物理分塊系統(tǒng)需要 對(duì)程序員是不可見，使用簡(jiǎn)單 每個(gè)進(jìn)程只有一個(gè)內(nèi)部碎片 ，大小不超過(guò) 1頁(yè) 固定 提高內(nèi)存的利用率 分段存儲(chǔ)管理 邏輯分塊 ，大小與信息塊有關(guān)，滿足用戶需要 對(duì)程序員可見，使方便，但難度大 每個(gè)進(jìn)程會(huì)產(chǎn)生多個(gè)外部碎片 不確定 便于信息保護(hù)與共享，方便用戶 ?分頁(yè)和分段的主要區(qū)別 Operating System Page 68 2022/8/16 基本分段存儲(chǔ)管理 ?分段存儲(chǔ)管理方式的引入 ?分段系統(tǒng)的基本原理 ?信息共享 ?段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式 Operating System Page 69 2022/8/16 信息共享 ed 1 ed 2 … ed 40 data 1 … data 10 進(jìn)程 1 21 22 … 60 61 … 70 頁(yè)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(yè)表 分頁(yè)系統(tǒng)中共享 editor的示意圖 Operating System Page 70 2022/8/16 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(zhǎng) 基址 160 80 40 240 160 80 40 380 editor data 1 … data 2 80 240 280 380 420 Operating System Page 71 2022/8/16 基本分段存儲(chǔ)管理 ?分段存儲(chǔ)管理方式的引入 ?分段系統(tǒng)的基本原理 ?信息共享 ?段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式 Operating System Page 72 2022/8/16 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式 ?基本原理 ?是 分段 和 分頁(yè) 原理的結(jié)合 ?將用戶程序分成若干個(gè) 段 ，再把每一段分成若干個(gè) 頁(yè) ，并為每一段賦予一個(gè)段名 ?段頁(yè)式管理中，地址機(jī)構(gòu)由 段號(hào) 、 段內(nèi)頁(yè)號(hào)及 頁(yè)內(nèi)地址 三部分所組成 Operating System Page 73 2022/8/16 段頁(yè)式存儲(chǔ)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(hào) (S) 段內(nèi)頁(yè)號(hào) (P) 頁(yè)內(nèi)地址 (W) ( b ) 主程序段 例 地址結(jié)構(gòu) Operating System Page 74 2022/8/16 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式 利用段表和頁(yè)表實(shí)現(xiàn)地址映射 段號(hào) 狀態(tài) 頁(yè)表大小 頁(yè)表始址 0 1 1 1 2 1 3 0 4 1 頁(yè)號(hào) 狀態(tài) 存儲(chǔ)塊 0 1 1 1 2 1 3 0 4 1 操作系統(tǒng) 主存 頁(yè)表 段表 段表大小 段表始址 段表寄存器 Operating System Page 75 2022/8/16 2. 地址變換過(guò)程 在段頁(yè)式系統(tǒng)中，需 三次 訪問(wèn)內(nèi)存。 第一次訪問(wèn) ，是訪問(wèn)內(nèi)存中的段表。 第二次訪問(wèn) ，是訪問(wèn)內(nèi)存中的頁(yè)表。 第三次訪問(wèn) ，才是真正從第二次訪問(wèn)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(yè)及分段時(shí)的情況相似，故在此不再詳述。 Operating System Page 76 2022/8/16 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式 ?地址變換過(guò)程 段頁(yè)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(zhǎng)度 ＞ 段號(hào) S 頁(yè)號(hào) P ＋ 段超長(zhǎng) 段表 0 1 2 3 ＋ 頁(yè)內(nèi)地址 頁(yè)表 0 1 2 3 b 塊號(hào) b 塊內(nèi)地址 頁(yè)表始址 頁(yè)表長(zhǎng)度 Operating System Page 77 2022/8/16 第四章 存儲(chǔ)器管理 ?程序的裝入和鏈接 ?連續(xù)分配方式 ?基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理 ?基本分段存儲(chǔ)管理 ?虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式 ?頁(yè)面置換算法 ?請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理方式 Operating System Page 78 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?交換與覆蓋 ?虛擬存儲(chǔ)器的引入 ?虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方法 ?虛擬存儲(chǔ)器的特征 Operating System Page 79 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)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(chǔ)空間中運(yùn)行較大程序 時(shí)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(shí)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 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?交換與覆蓋異同點(diǎn) ?共同點(diǎn)： 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(diǎn)：如何控制交換？ Operating System Page 81 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?覆蓋技術(shù) ?把程序劃分為若干個(gè)功能上相對(duì)獨(dú)立的程序段，按照其自身的邏輯結(jié)構(gòu)將那些 不會(huì)同時(shí)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(gè)作業(yè)的若干程序段，或幾個(gè)作業(yè)的某些部分 共享 某一個(gè)存儲(chǔ)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(dòng)覆蓋 Operating System Page 82 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?覆蓋技術(shù)的缺點(diǎn) ?對(duì)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(dòng)過(guò)程中，多次使用覆蓋技術(shù)；啟動(dòng)之后，用戶程序區(qū) TPA的高端部分與 Operating System Page 83 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?交換技術(shù) 當(dāng)內(nèi)存空間緊張時(shí)，系統(tǒng)將內(nèi)存中某些進(jìn)程 暫時(shí)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(dòng)態(tài)調(diào)度。多用于分時(shí)系統(tǒng)中 Operating System Page 84 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)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(wú)關(guān)的程序段 Operating System Page 85 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?交換與覆蓋 ?虛擬存儲(chǔ)器的引入 ?虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方法 ?虛擬存儲(chǔ)器的特征 Operating System Page 86 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)器的引入 ? 程序裝入內(nèi)存時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)如下問(wèn)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(yùn)行，但內(nèi)存不能容下所有作業(yè) ? 程序暫時(shí)不執(zhí)行或運(yùn)行完是否還要占用內(nèi)存 ? 常規(guī)存儲(chǔ)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(yùn)行 ? 駐留性 ? 程序裝入內(nèi)存后便一直駐留內(nèi)存，直至運(yùn)行結(jié)束 許多不用或暫時(shí)不用的程序占用了大量?jī)?nèi)存空間，而其他程序卻無(wú)法裝入！ 是否必要？ Operating System Page 87 2022/8/16 虛擬存儲(chǔ)器的引入 ?局部性原理 1968年， ?程序執(zhí)行時(shí)，除了少部分的轉(zhuǎn)移和過(guò)程調(diào)用指令外，在大多數(shù)情況下仍是 順序執(zhí)行 的 ?過(guò)程調(diào)用將會(huì)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(guò)程調(diào)用的深度在大多數(shù)情況下都 不超過(guò) 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