第五章存储器管理

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访问。
存储器管理的目标和功能
存储器管理的目标是实现高效、安全、 可靠和灵活的存储器管理。
存储器管理的基本功能包括内存分配、 内存回收、内存保护和内存扩充等。
内存分配是指根据程序的需求为其分 配所需的内存空间。
内存回收是指将不再使用的内存空间 释放出来，以便其他程序使用。
内存保护是指通过内存访问权限的设置，防止 程序访问非法内存地址，保护用户数据和程序 的安全。
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存储器管理技术
分段存储管理
总结词
分段存储管理是一种将程序划分为若干个逻辑段，并为每个段分配一个连续的内存空间 的存储管理方式。
详细描述
分段存储管理的主要优点是方便编写程序和使用内存，因为每个段可以独立分配和释放， 提高了内存利用率。然而，它也存在一些缺点，例如内存碎片化和难以实现内存保护。
页式存储管理
BSD操作系统的内存管理
BSD使用类似于Linux的内存管理机制，包 括伙伴系统算法、内存保护和共享等。
Solaris操作系统的内存管理
Solaris采用ZFS文件系统和zones技术进行内存管 理，提供灵活的资源隔离和分配。
macOS操作系统的内存 管理
macOS使用Mach微内核架构进行内存管理 ，通过虚拟化技术实现高效的资源管理和隔 离。
通过将内存划分为不同的区域，根据不同任务的需求分配相应的 内存空间，以提高内存利用率。
内存交换
当系统内存不足时，将部分内存中的数据暂时存放到硬盘上，以 释放出更多的内存空间供其他任务使用。
内存共享
多个进程或线程可以共享同一块内存区域，以减少内存占用和提 高数据访问效率。
内存压缩技术
数据压缩
通过压缩技术将内存中的数据压缩，以减少内存占用和提高存储效 率。

（4）最坏适应算法（worst fit） 扫描整个空闲分区链表，总是挑选一个最大的空闲分区分配。 优点：剩下的分区不至于太小，产生碎片几率小。 缺点：内存中缺少大的空闲分区。
3 连续分配方式
3.3 动态分区分配
3、分区分配算法
（5）快速适应算法（quick fit） 先将空闲分区按容量大小分类，对于每类具有相同容量的空 闲分区单独设立空闲分区链表。 设置一个管理索引表，每个表项对应一类空闲分区，指向该 类空闲分区链表表头。 根据进程长度找到能容纳它的最小空闲分区链表，摘下第一 块进行分配。 优点：不分割分区，不产生碎片。 缺点；为进程分配的分区可能有浪费现象。
1 存储器的层次结构 第五章 存储器管理 2 程序的装入和链接 3 连续分配方式 4 基本分页存储管理方式 5 基本分段存储管理方式
3 连续分配方式
程序执行时，要占用一定内存，将内存分配给程序主 要有以下几种方式
连续分配方式 （3） 基本分页存储管理方式 （4） 基本分段存储管理方式 （5） 请求分页存储管理方式 （7） 请求分段存储管理方式 （ 9）
要进行动态分区分配，系统需要配置相应的数据结构，来描 述空闲分区和已分配分区的情况。常用的数据结构有以下两 种形式： （1）空闲分区表 每个空闲分区占一个表目，表目中包括分区序号、分区始址、 分区大小等。 （2）空闲分区链 见下页
3 连续分配方式
3.3 动态分区分配
2、分区分配中的数据结构
（2）空闲分区链 将空闲分区连成双向链表， 每个结点代表一个空闲分区， 包括分区大小、状态、 前后向指针等信息。 状态为0表示未分配， 如果分配了则将0改为1， 前后向指针就没有意义了。
2 程序的装入和链接
引入概念一：
源程序－－ 目标程序－－ 可执行程序 编译 链接

第五章存储管理1存储管理的主要功能是什么？【解答】①主存的分配和回收存储管理的一个主要功能就是实现主存的分配和回收。

多个进程同时进入主存，怎样合理分配主存空间，哪些区域是已分配的，哪些区域未分配，按什么策略和算法进行分配使得主存空间得到充分利用。

当一个作业撤离或执行完后，系统必须收回它所占用的主存空间②地址变换用户在程序中使用的是逻辑地址，而处理器执行程序时是按物理地址访问主存，要把逻辑地址变换为物理地址，存储管理软件必须配合硬件进行地址转换工作，把逻辑地址转换成物理地址，以保证处理器的正确访问。

③存储共享内存共享的原因有两个：一是为了更有效地使用内存空间；二是为了实现两个协同工作的进程所共享的内存缓冲区。

使多个进程能动态地共享内存，以及多个进程可以共同使用同一软件，如编译程序，存放编译软件的内存即为共享内存区。

④“扩充”主存容量它借助于提供虚拟存贮器或其他自动覆盖技术，来达到“扩充”主存容量的目的。

即为用户提供比主存的存储空间还大的地址空间。

⑤存储保护保证各道作业都在自己所属的存储区内操作，必须保证它们之间不能相互干扰、相互冲突和相互破坏，特别要防止破坏系统程序。

为此，一般由硬件提供保护功能，软件配合实现。

2什么是地址重定位？动态重定位如何实现？【解答】为了保证作业的正确执行，必须根据分配给作业的主存区域对作业中指令和数据的存放地址进行重定位，即要把逻辑地址转换成绝对地址。

把逻辑地址转换成绝对地址的工作称“重定位”或“地址转换”。

重定位的方式可以有“静态重定位”和“动态重定位”两种。

动态重定位由软件和硬件相互配合来实现。

硬件要有一个地址转换机构，该机构可由一个基址寄存器和一个地址转换线路组成。

存储管理为作业分配主存区域后，装入程序把作业直接装到所分配的区域中并把该主存区域的起始地址存入相应作业进程的进程控制块中。

当作业进程被调度去占用处理器时，随同现场信息的恢复，作业所占的主存区域的起始地址也被存放到“基址寄存器”中。

作业无法在小内存中运行，无法提高系统的多道程序度，限制了处理机的利用率 和系统的吞吐量。事实上，许多作业在运行时，并非需要用到全部程序和数据。
• (2)驻留性，是指作业被装入内存后，整个作业都一直驻留在内存中，其中 任何部分都不会被换出，直至作业运行结束。尽管运行中的进程被阻塞，而处于 长期等待状态，它们都仍将驻留在内存中，继续占用宝贵的内存资源。
虚拟存储ห้องสมุดไป่ตู้概述
虚拟存储器的定义和特征
虚拟存储器的特征
• (3)虚拟性。是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容 量远大于实际内存容量。这样，就可以在小的内存中运行大的作业，或者 能提高多道程序度。它不仅能有效地改善内存的利用率，还可提高程序执 行的并发程度。
• 虚拟存储器目前已在大、中、小及微机上广泛采用。虚拟性是以多次 性和对换性为基础的，或者说，仅当系统允许将作业分多次调入内存，并 能将内存中暂时不运行的程序和数据换至盘上时，才能实现虚拟存储器。
虚拟存储器概述
5.1.3 虚拟存储器的实现方法 P167
• 在虚拟存储器中，允许将一个作业分多次调入内存。所以，虚拟存储器的 实现，都建立在离散分配存储管理方式的基础上。目前，所有的虚拟存储器都 是采用下述方式之一实现的。
• 1．分页请求系统
• 分页请求是在分页的基础上增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的 页式虚拟存储系统。它允许用户程序只装入少数页面的程序（及数据）即可启 动运行。以后，再通过调页功能及页面置换功能陆续地把即将运行的页面调入 内存，同时把暂不运行的页面换出到外存上。置换时以页面为单位；为了能实 现请求调页和页面置换功能，系统必须提供硬件支持和请求分页的软件。
5.2 请求分页存储管理方式 P168