【正文】 和 空閑區(qū)表 組成）和 空閑分區(qū)鏈 兩種。 ? 在分配時(shí)，首先找到一個(gè)足夠大的空閑分區(qū)，即這個(gè)空閑區(qū)的大小比作業(yè)要求的要大，系統(tǒng)則將這個(gè)空閑分區(qū) 分成兩部分 ：一部分成為 已分配的分區(qū) ，剩余的部分仍作為 空閑區(qū) 。 動(dòng)態(tài)（可變）分區(qū)分配 存儲(chǔ) 管理 31 ? 作業(yè)裝入內(nèi)存時(shí) ，從可用的內(nèi)存中劃出一塊連續(xù)的區(qū)域分配給它，且 分區(qū)大小 正好 等于 該 作業(yè)的大小 。 ? 與固定分區(qū)的區(qū)別就是：動(dòng)態(tài)的劃分分區(qū)。 ? 系統(tǒng)有一張 分區(qū)說明表 ，每個(gè)表目說明一個(gè)分區(qū)的大小、起始地址和是否已分配的使用標(biāo)志。 ?分區(qū)大小不等： 多個(gè)小分區(qū)、適量的中等分區(qū)、少量的大分區(qū)。 ? 可將內(nèi)存的 用戶區(qū)域 劃分成大小相等或不等的分區(qū)。 ? 劃分工作可以由系統(tǒng)管理員完成或由操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 5道進(jìn)程大小總和為 250 KB，但是所占 5個(gè)分區(qū)總?cè)萘繀s達(dá)到 1000 KB，內(nèi)存空間利用率僅達(dá)到 25%。 某作業(yè)執(zhí)行結(jié)束后必須歸還所占的分區(qū)，這時(shí)存儲(chǔ)管理根據(jù)作業(yè)名查看主存分配表，找到相應(yīng)的表目后，把其中的 標(biāo)志位重新置成 “ 0”即可。 ? 順序查看主存分配表，找到一個(gè) 標(biāo)志為 “ 0”的并且長度 大于或等于 欲裝入作業(yè)的地址空間長度的分區(qū)，則把此分區(qū)分配給該作業(yè)，相應(yīng)表目的 標(biāo)志位改成作業(yè)名的標(biāo)識(shí) ；若找不到一個(gè)這樣的空閑分區(qū)，則該作業(yè)暫時(shí) 不能裝入主存 。 空閑分區(qū)可以用來裝作業(yè)。主存分配表中應(yīng)指出各分區(qū)的 起始地址 和 長度 ，并為每個(gè)分區(qū)設(shè)一個(gè) 標(biāo)志位 。已經(jīng)裝入主存的作業(yè)在獲得處理機(jī)運(yùn)行時(shí)，要 限定 它只能在所占的分區(qū)中執(zhí)行。當(dāng)主存中有 空閑 的分區(qū)時(shí)， 依次 從作業(yè)隊(duì)列中選擇一個(gè)能裝入該分區(qū)的作業(yè)。所以，這種存儲(chǔ)管理方式適用于多道程序系統(tǒng) 。 存儲(chǔ) 管理 23 80K 操作系統(tǒng) 作業(yè) 1 作業(yè) 2 作業(yè) 3 0 20K 45K 130K 200K 分區(qū) 1 分區(qū) 2 分區(qū) 3 分區(qū) 4 （未分配） 分區(qū)號(hào) 大小（ K） 開始 地址 狀態(tài) 1 25 20 正使用 2 35 45 正使用 3 50 80 正使用 4 70 130 未使用 固定分區(qū) 分區(qū)說明表 存儲(chǔ) 管理 24 在固定分區(qū)方式管理下， 每個(gè)分區(qū)用來裝入一個(gè)作業(yè) 。但是，一旦劃分好分區(qū)之后，主存中分區(qū)的個(gè)數(shù)就固定了，且每個(gè)分區(qū)的大小也固定不變 。 ? 多道程序系統(tǒng)一般都采用多個(gè)分區(qū)的存儲(chǔ)管理，具體可分為 固定分區(qū) 和 可變分區(qū) 兩種方式。 操作系統(tǒng) 作業(yè) 0KB 32KB 96KB 256KB1 分配給用戶的空間 存儲(chǔ) 管理 21 167。 單一連續(xù)分配方案的 優(yōu)點(diǎn) 是方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)； 缺點(diǎn) 是它僅適用于單道程序，因而不能使處理機(jī)和內(nèi)存得到充分利用。 進(jìn)程 1 OS 系統(tǒng)區(qū) 用戶區(qū) 連續(xù)分配方式 存儲(chǔ) 管理 19 (3) 內(nèi)存保護(hù) ：通過基址寄存器保證用戶程序不會(huì)從系統(tǒng)區(qū) 開始；另外系統(tǒng)需要一個(gè)界限寄存器，里邊存儲(chǔ)程序邏 輯地址范圍，若需要進(jìn)行映射的邏輯地址超過了界限寄 存器中的值，則產(chǎn)生一個(gè)越界中斷信號(hào)。它的實(shí)現(xiàn)方案如下： (1) 內(nèi)存分配：整個(gè)內(nèi)存劃分為 系統(tǒng)區(qū) 和 用戶區(qū) 。具有高效且節(jié)省內(nèi)存空間的優(yōu)點(diǎn)。如程序中的錯(cuò)誤處理模塊。具有便于修改和更新、便于實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)模塊的共享。 模塊 C RETURN。 模塊 B CALL C。 模塊 A CALL B。 實(shí)現(xiàn)靜態(tài)鏈接應(yīng)解決 : 1）相對(duì)地址的修改 2）變換外部調(diào)用符號(hào) 存在問題： 1）不便于對(duì)目標(biāo)模塊 的修改和更新。 ? 在地址重定位機(jī)構(gòu)中 ， 有一個(gè)基地址寄存器 BR和一個(gè)程序地址寄存器 VR， 一個(gè)內(nèi)存地址寄存器 MR。 因此 ， 裝入內(nèi)存后的所有地址都仍是相對(duì)地址 。 ? 缺點(diǎn)：程序必須占用連續(xù)的內(nèi)存空間；一旦程序裝入后不能移動(dòng)。 2. 重定位（地址映射）裝入方式 存儲(chǔ) 管理 11 ? 可重定位裝入方式 ? 把在裝入時(shí)對(duì)目標(biāo)程序中指令和數(shù)據(jù)的修改過程稱為重定位，又因?yàn)榈刂纷儞Q通常是在裝入時(shí)一次完成的，以后不再改變，故稱為 靜態(tài)重定位 。 ? 源程序經(jīng)過匯編或編譯形成的程序，通常是以 0為基址進(jìn)行順序編址，這樣的地址表示形式稱為相對(duì)地址 ,也叫做邏輯地址或虛地址，把該程序邏輯地址組成的集合叫做程序的 邏輯地址空間 (簡稱地址空間 )。 程序的裝入 存儲(chǔ) 管理 10 、地址空間和存儲(chǔ)空間 ? 在我們用匯編語言或高級(jí)語言編寫程序時(shí)，總是通過符號(hào)名來訪問某一單元。 但在由程序員直接給出絕對(duì)地址時(shí)， 不僅要求程序員熟悉內(nèi)存的使用情況，而且一旦程序或數(shù)據(jù)被修改后，可能要改變程序中的所有地址。裝入程序就直接把裝入模塊中的程序和數(shù)據(jù)裝入到指定的位置，（不需進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換）。 一個(gè)用戶源程序 要變?yōu)樵趦?nèi)存中可執(zhí)行的程序，通常要進(jìn)行以下處理 ： （ 1）編譯： 由編譯程序 將用戶源程序編譯成若干 個(gè)目標(biāo)模塊； （ 2） 鏈接 ： 由鏈接程序?qū)? 目標(biāo)模塊和相應(yīng)的庫函數(shù) 鏈接成裝入模塊； （ 3） 裝入 ： 由裝入程序 將裝入模塊裝入內(nèi)存。 ?本章 學(xué)習(xí)重點(diǎn) ： ?：動(dòng)態(tài)重定位的可變分區(qū)管理和虛擬分頁存儲(chǔ)管理 。1 第四章 存儲(chǔ)器管理 存儲(chǔ)管理 是指 存儲(chǔ)器資源 （ 主要指內(nèi)存并涉及外存 ） 的管理 。 ? 存儲(chǔ)器資源的 組織 （ 如內(nèi)存的組織方式 ） ? 地址 變換 （ 邏輯地址與物理地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系維護(hù) ） ? 虛擬存儲(chǔ)的 調(diào)度 算法 存儲(chǔ) 管理 2 ?本章的 目的 是了解各種存儲(chǔ)器管理的方式和它們的實(shí)現(xiàn)方法 。 ：內(nèi)存分配算法和頁面淘汰算法 ：實(shí)存與虛存 ， 分頁與分段 ，連續(xù)分配與離散分配 存儲(chǔ) 管理 3 第四章 存儲(chǔ)管理 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 程序的裝入和鏈接 連續(xù)分配方式 基本分頁存儲(chǔ)管理方式 基本分段存儲(chǔ)管理方式 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理方式 頁面置換算法 請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理方式 存儲(chǔ) 管理 4 一 .存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器 主存 (內(nèi)部存儲(chǔ)器 ， 磁芯存儲(chǔ)器 ） 輔存 （ 外存 ） 磁盤 、 磁帶 、 軟盤 高速緩沖存儲(chǔ)器 主存 系統(tǒng)區(qū) （存放 OS程序和數(shù)據(jù)） 用戶區(qū) （ 存放用戶程序 、 數(shù)據(jù) ） 由于系統(tǒng)開工期間， OS程序與其他程序一起共享主存，為安全起見，多道程序系統(tǒng)常由 OS把內(nèi)存初始化為： 存儲(chǔ) 管理 5 高速緩存器 內(nèi) 存 外 存 存儲(chǔ)器容量 減少 每位存儲(chǔ)器 成本增加 存儲(chǔ)器存取 速度增加 存儲(chǔ)器存取 時(shí)間減少 程序和數(shù)據(jù) 可以被 CPU 直接存取 程序和數(shù)據(jù)必 須先移到內(nèi)存， 才能被 CPU訪問 三級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 返回 存儲(chǔ) 管理 6 多級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 容量愈來愈大 訪問數(shù)據(jù)的速度愈來愈慢 價(jià)格愈來愈便宜 寄存器高速緩存主存磁盤緩存磁盤可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)CP U 寄存器主存輔存可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ) 管理 7 程序的裝入和鏈接 存儲(chǔ) 管理 8 程序的裝入和鏈接 在多道程序環(huán)境下，要使程序運(yùn)行，必須創(chuàng)建進(jìn)程，而創(chuàng)建進(jìn)程第一件事就是將程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存。 庫 目標(biāo)程序塊 1 目標(biāo)程序塊 2 第一步 鏈接 程序 裝入模塊 第二步 裝入 程序 第三步 用戶源程序 編譯 程序 …… 內(nèi)存 存儲(chǔ) 管理 9 1. 絕對(duì)裝入方式 ?如果在編譯時(shí)， 事先知用戶程序在內(nèi)存的駐留位置 ，則編譯程序在編譯時(shí)就產(chǎn)生絕對(duì)地址的目標(biāo)代碼。 ?程序中所使用的絕對(duì)地址， 既可在編譯或匯編時(shí)給出， 也可由程序員直接賦予 。因此，通常是寧可在程序中采用符號(hào)地址，然后在編譯或匯編時(shí)，再將這些符號(hào)地址轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址。我們把程序中由符號(hào)名組成的空間稱為 名空間 。 ? 存儲(chǔ)器中每個(gè)具體存儲(chǔ)單元都有不同的編號(hào)，每個(gè)編號(hào)就是一個(gè)物理地址，整個(gè)程序在內(nèi)存中存儲(chǔ)后所占用的物理地址的集合形成程序的 物理地址空間(簡稱存儲(chǔ)空間 )。 存儲(chǔ) 管理 12 優(yōu)缺點(diǎn) ? 優(yōu)點(diǎn)：不需要硬件的支持。 靜態(tài)重定位 存儲(chǔ) 管理 13 3. 動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入方式 動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)的裝入程序 ， 在把裝入模塊裝入內(nèi)存后 ， 并不立即把裝入模塊中的相對(duì)地址轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址 ， 而是把這種地址轉(zhuǎn)換推遲到程序真正要執(zhí)行時(shí)才進(jìn)行 。 存儲(chǔ) 管理 14 映射方法 ? 最簡單的硬件機(jī)構(gòu)是重定位寄存器 。 動(dòng)態(tài)重定位 存儲(chǔ) 管理 15 0 3456 . . . . . . LOAD 1 200 . . . . . . 0 100 200 300 . . . . . . . . . LOAD 1 200 3456 邏輯地址空間 1100 1200 1300 物理地址空間 200 有效地址 + 1000 BR 1000 存儲(chǔ) 管理 16 程序的鏈接 一種事先鏈接方式，即在程序運(yùn)行之前，先將各目標(biāo)模塊及它們所需的庫函數(shù)，鏈接成一個(gè)完整的裝入模塊 (執(zhí)行文件 )，以后不再拆開。 2）無法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)模 塊的共享。 RETURN。 RETURN。 0 L1 0 M1 0 N1 目標(biāo)模塊 0 L1 L L+M1 L+M L+M+N1 模塊 C Return； 模塊 B JSR“L+M” Return； 模塊 A JSR“L” Return； 裝入模塊 1. 靜態(tài)鏈接方式 存儲(chǔ) 管理 17 指將一組目標(biāo)模塊在裝入內(nèi)存時(shí)，邊裝入邊鏈接的方式。 存在問題： 由于程序運(yùn)行所有可能用的目標(biāo)模塊在裝入時(shí)均全部鏈 接在一起，所以將會(huì)把一些不會(huì)運(yùn)行的目標(biāo)模塊也鏈接 進(jìn)去。 2. 裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接方式 在程序運(yùn)行中需要某些目標(biāo)模塊時(shí)，才對(duì)它們進(jìn)行鏈接的方式。 3. 運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接方式 存儲(chǔ) 管理 18 單一用戶 (連續(xù) )分配是一種簡單的存儲(chǔ)分配方案，主要用于 單用戶單任務(wù) 操作系統(tǒng)。系統(tǒng)區(qū) 是操作系統(tǒng)專用區(qū)，不允許用戶程序直接訪問，一道 用戶程序獨(dú)占用戶區(qū) . 單一用戶存儲(chǔ)管理方案 注意 : 我們所涉及的內(nèi)存分配 與回收一般都指用戶區(qū) 的分配與回收。 (2) 地址映射 ：物理地址 =用戶區(qū)基地址 +邏輯地址。 地址錯(cuò)界限寄存器 重定位寄存器 ( 基址 )C P U內(nèi)存邏輯地址YN物理地址+地址錯(cuò)界限寄存器 重定位寄存器 基址內(nèi)存邏輯地址物理地址存儲(chǔ) 管理 20 例： ? 一個(gè)容量為 256KB的內(nèi)存，操作系統(tǒng)占用 32KB，剩下 224KB全部分配給用戶作業(yè)，如果一個(gè)作業(yè)僅需 64KB，那么就有 160KB的存儲(chǔ)空間被浪費(fèi)。 分區(qū)存儲(chǔ)管理 ? 分區(qū)存儲(chǔ)管理是把主存儲(chǔ)器中的用戶區(qū)作為一個(gè)連續(xù)區(qū)或分成若干個(gè)連續(xù)區(qū)進(jìn)行管理，每個(gè)連續(xù)區(qū)中可裝入一個(gè)作業(yè)。 存儲(chǔ) 管理 22 固定分區(qū)存儲(chǔ)管理 區(qū)號(hào) 分區(qū)長度 起始地址 狀態(tài) 1 l1K a 0 2 l2K b job2 3 l3K c 0 OS 0 a b c d 空 job2 把主存中可分配的用戶區(qū)域預(yù)先劃分成若干個(gè) 連續(xù) 的分區(qū)，每個(gè)連續(xù)區(qū)的 大小可以相同，也可以不同 。這是一種靜態(tài)分區(qū)法。由于主存中有多個(gè)分區(qū)，就可 同時(shí) 在 每個(gè)分區(qū)中裝入一個(gè)作業(yè) 。 ? 等待進(jìn)入主存的作業(yè)排成一個(gè)作業(yè)隊(duì)列。當(dāng)所有的分區(qū) 都已裝有 作業(yè)，則其他的作