内存的存储管理段式和页式管理的区别

计算机操作系统存储管理计算机操作系统存储管理是指操作系统在运行过程中管理和控制计算机的存储资源的一种机制。

它负责分配和回收内存，以及保护和管理进程的内存访问权限。

存储管理是操作系统中的一个重要子系统，对系统的性能和稳定性具有重要影响。

本文将介绍计算机操作系统存储管理的基本原理、常见的存储管理技术以及其在实际应用中的作用。

一、存储管理的基本原理在计算机系统中，存储器扮演着重要的角色，它用于存储程序、数据和系统状态。

计算机操作系统存储管理的基本原理是将物理内存划分为多个逻辑区域，每个区域被分配给不同的程序或进程使用。

操作系统维护一个内存分配表，记录每个逻辑区域的使用情况，并根据请求进行内存分配与回收。

当进程创建时，操作系统将为其分配一定大小的内存，当进程终止时，操作系统会回收这些内存资源。

同时，存储管理还负责处理内存碎片问题，通过内存的动态分配与合并来最大化利用内存资源。

二、常见的存储管理技术1. 基于固定分区的存储管理技术基于固定分区的存储管理技术是最早的一种存储管理方法。

它将物理内存划分为若干固定大小的分区，每个分区只能分配给一个进程使用。

该方法简单直观，但由于分区的固定大小，会产生很多内存碎片，不利于内存的高效利用。

2. 基于可变分区的存储管理技术为了解决内存碎片问题，出现了基于可变分区的存储管理技术。

这种技术允许每个进程动态地申请和释放内存空间，分区的大小可以根据进程的需要进行调整。

它相对于固定分区的方法更加灵活，能够提高内存利用率，但也存在内存碎片问题。

3. 页式存储管理技术页式存储管理技术将物理内存和逻辑内存划分为固定大小的页块，进程的地址空间也被划分为相同大小的页。

通过将逻辑地址转换为物理地址，实现了逻辑内存与物理内存的映射。

该技术可以很好地解决内存碎片问题，并且方便创建和销毁进程，但需要额外的地址转换开销。

4. 段式存储管理技术段式存储管理技术将进程的逻辑地址空间划分为若干段，每个段具有不同的长度和属性。

操作系统复习题：1.现代OS具有并发性和共享性，是由（D）的引入而导致的。

A.单道程序B.磁盘C.对象D.多道程序2.系统的主要功能有（c）。

A.进程管理、存储器管理、设备管理、处理机管理B.虚拟存储管理、处理机管理、进程调度、文件系统C.处理机管理、存储器管理、设备管理、文件系统D.进程管理、中断管理、设备管理、文件系统3.操作系统是对（C）进行管理的软件。

A.硬件B.软件C.计算机资源D.应用程序4. Windows 98 是（C ）操作系统。

A.多用户分时B.批处理系统C.单用户多任务D.单用户单任务5. 一个进程释放了一台打印机，他可能会改变（A）的状态。

A另一个等待打印机的进程B 输入、输出进程C 自身进程D 所有等待打印机的进程6.在进程转换时，下列（D）转换是不可能发生的A、运行态变为就绪态B、运行态变为阻塞态C、就绪态变为运行态D、阻塞态变为运行态7.分页式存储管理中，地址转换工作是由（A ）完成的。

A、硬件B、地址转换程序C、用户程序D、装入程序8.对记录式文件，操作系统为用户存取文件信息的最小单位是（ B ）。

A、字符B、数据项C、记录D、文件9.一作业进入内存后，则所属该作业的进程初始时处于（ C ）状态。

A、运行B、等待C、就绪D、收容10.临界区是指并发进程中访问共享变量的（ D ）段。

A、管理信息B、信息存储C、数据D、程序11.产生系统死锁的原因可能是由于（ C ）。

A、进程释放资源B、一个进程进入死循环C、多个进程竞争，资源出现了循环等待D、多个进程竞争共享型设备12.地址重定位的结果是得到（C ）A．源程序B．编译程序C．目标程序D．执行程序13.运行时间最短的作业被优先调度，这种企业调度算法是（C ）A．优先级调度B．响应比高者优先C．短作业优先D．先来先服务14.在请求调页中可采用多种置换算法，其中LRU是 B 置换算法。

A：最佳B：最近最久未C：最近未用D：最少使用15.树型目录结构的第一级称为目录树的（B. ）。

学习指导:存储管理技术在操作系统内容中并不是难于理解的，然而在虚拟存储系统中，考虑动态连结、共享与保护、动态扩展等因素，也具有一定复杂度。

理解存储管理应当从存储管理中涉及的各种表入手，包括表的内容和表之间的联系，不要死记硬背表的内容，而是从管理需要去考虑各个表项设置的合理性。

地址空间的维度是经常使学生感到困惑的问题，为什么页式是一维地址而段式是二维地址？应当从透明性和连续性两个方面去考虑。

习题解答:∙考虑下述存储管理方式中，进程空间和逻辑空间的编址情况：（1）界地址存储管理方式，进程空间的首地址；（2）页式存储管理，进程空间的首地址；（3）段式存储管理，进程空间各段的首地址；（4）段页式存储管理，进程空间各段的起始地址。

答：（1）界地址存储管理方式，进程空间的首地址从0开始编址；（2）页式存储管理，进程空间的首地址从0开始编址；（3）段式存储管理，进程空间各段的首地址从0开始编址；（4）段页式存储管理，进程空间各段的起始地址从0开始编址。

∙对于如下存储管理方式来说，进程地址空间各是几维的？（1）页式；（2）段式；（3）段页式答：（1）页式存储管理中，进程地址空间是一维的；（2）段式存储管理中，进程地址空间是二维的；（3）段页式存储管理中，进程地址空间是二维的。

∙在页式存储管理中，页的划分对用户是否可见？在段式存储管理中，段的划分对用户是否可见？在段页式存储管理中，段的划分对用户是否可见？段内页的划分对用户是否可见？答：(1)在页式存储管理中，分页对于用户是透明的，一个进程由若干个页构成，所有页的长度相同；(2)在段式存储管理中，分段对于用户是可见的，一个进程由若干个段构成，各个段的长度可以不同，一个段恰好对应一个程序单位；(3)在段页式存储管理中，段的划分对用户是可见的，段内页的划分对用户是透明的，一个段由若干个页构成，所有页的长度相同。

∙为什么空闲页面链适合管理内存空间，而不适合管理外存空间？答：空闲页面链是将所有的空闲页面连成一个链，分配时可取链头的页面，去配时可将被释放的页面连入链头。

分页、分段与段页式存储⼀. 分页存储管理1.基本思想⽤户程序的地址空间被划分成若⼲固定⼤⼩的区域，称为“页”，相应地，内存空间分成若⼲个物理块，页和块的⼤⼩相等。

可将⽤户程序的任⼀页放在内存的任⼀块中，实现了离散分配。

1) 等分内存页式存储管理将内存空间划分成等长的若⼲物理块，成为物理页⾯也成为物理块，每个物理块的⼤⼩⼀般取2的整数幂。

内存的所有物理块从0开始编号，称作物理页号。

2) 逻辑地址系统将程序的逻辑空间按照同样⼤⼩也划分成若⼲页⾯，称为逻辑页⾯也称为页。

程序的各个逻辑页⾯从0开始依次编号，称作逻辑页号或相对页号。

每个页⾯内从0开始编址，称为页内地址。

程序中的逻辑地址由两部分组成：页号P和页内位移量W。

在执⾏⼀个程序之前，内存管理器需要的准备⼯作：1) 确定程序的页数2) 在主存中留出⾜够的空闲页⾯3) 将程序的所有页⾯载⼊主存⾥。

（静态的分页，页⾯⽆需连续）2. 分页存储管理的地址机构页号x位，每个作业最多2的x次⽅页，页内位移量的位数表⽰页的⼤⼩，若页内位移量y位，则2的y次⽅，即页的⼤⼩，页内地址从000000000000开始到2的y次⽅若给定⼀个逻辑地址为A，页⾯⼤⼩为L，则页号P=INT[A/L]，页内地址W=A MOD L3．内存分配相邻的页⾯在内存中不⼀定相邻，即分配给程序的内存块之间不⼀定连续。

对程序地址空间的分页是系统⾃动进⾏的，即对⽤户是透明的。

由于页⾯尺⼨为2的整数次幂，故相对地址中的⾼位部分即为页号，低位部分为页内地址。

4. 页表分页系统中，允许将进程的每⼀页离散地存储在内存的任⼀物理块中，为了能在内存中找到每个页⾯对应的物理块，系统为每个进程建⽴⼀张页表，⽤于记录进程逻辑页⾯与内存物理页⾯之间的对应关系。

页表的作⽤是实现从页号到物理块号的地址映射，地址空间有多少页，该页表⾥就登记多少⾏，且按逻辑页的顺序排列，形如：5. 地址变换页式虚拟存储系统的逻辑地址是由页号和页内地址两部分组成，地址变换过程如图7-3所⽰。

页式、段式、段页式存储优缺点总结内存管理⽅式主要分为：页式管理、段式管理和段页式管理。

页式管理的基本原理是将各进程的虚拟空间划分为若⼲个长度相等的页。

把内存空间按页的⼤⼩划分为⽚或者页⾯，然后把页式虚拟地址与内存地址建⽴⼀⼀对应的页表，并⽤相应的硬件地址转换机构来解决离散地址变换问题。

页式管理采⽤请求调页和预调页技术来实现内外存存储器的统⼀管理。

优点：没有外碎⽚，每个内碎⽚不超过页的⼤⼩。

缺点：程序全部装⼊内存，要求有相应的硬件⽀持，如地址变换机构缺页中断的产⽣和选择淘汰页⾯等都要求有相应的硬件⽀持。

增加了机器成本和系统开销。

段式管理的基本思想是把程序按内容或过程函数关系分成段，每段有⾃⼰的名字。

⼀个⽤户作业或者进程所包含的段对应⼀个⼆维线性虚拟空间，也就是⼀个⼆维虚拟存储器。

段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换为实际内存物理地址。

优点：可以分别编写和编译，可以针对不同类型的段采取不同的保护，可以按段为单位来进⾏共享，包括通过动态链接进⾏代码共享。

缺点：会产⽣碎⽚。

段页式管理，系统必须为每个作业或者进程建⽴⼀张段表以管理内存分配与释放、缺段处理等。

另外由于⼀个段⼜被划分为若⼲个页，每个段必须建⽴⼀张页表以把段中的虚页变换为内存中的实际页⾯。

显然与页式管理时相同，页表也要有相应的实现缺页中断处理和页⾯保护等功能的表项。

段页式管理是段式管理和页式管理相结合⽽成，具有两者的优点。

由于管理软件的增加，复杂性和开销也增加。

另外需要的硬件以及占⽤的内存也有所增加，使得执⾏速度下降。

————————————————————————————————————————————————⾸先看⼀下“基本的存储分配⽅式”种类：1. 离散分配⽅式的出现 由于连续分配⽅式会形成许多内存碎⽚，虽可通过“紧凑”功能将碎⽚合并，但会付出很⼤开销。

于是出现离散分配⽅式：将⼀个进程直接分散地装⼊到许多不相邻的内存分区中。

1.什么是操作系统？⑴计算机硬件与用户软件之间的中间件程序集合(2)OS是一个资源管理程序(3)OS是一个控制调度程序(4)OS 一般有一个内核(kernel)程序，开机后一直运行⑸提供用户和计算机之间的接口2.现代操作系统的五大组成部分：处理器管理，内存管理，设备管理，文件管理，用户接口3.操作系统的四个基本特征：并发性，共享性，虚拟性，异步性4.分时操作系统的基本特征：交互性、多用户同时性、独立性5.操作系统的三种基本类型：批处理系统，分时系统和实时系统6.实时操作系统的特点：可靠性高、响应及时但资源利用率低7.多道程序设计的特点：多道，宏观上并行，微观上串行8.批处理操作系统的特点：用户脱机使用计算机，成批处理，多道程序运行9.进程定义，进程组成部分，进程的基本特征：定义：一个被调入内存正在执行的程序。

一个具有独立功能的程序对某个数据集在CPU处理器上的执行过程。

独立分配资源的基本单位。

进程包括：代码段，堆栈段，数据段进程具有5个特征：(1)动态性：进程是程序的执行过程，它由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停，并由撤销而死亡。

(2)并行性：多个进程实体同存于内存中，能在一段时间内同时运行。

(3)独立性：进程是一个独立获得资源和独立调度的单位。

(4)异步性：进程按各自独立的不可预知的速度向前推进。

(5)结构特征：从结构上看，进程实体由程序段、数据段和进程控制块3部分组成10.进程和程序的区别：11.进程的状态周期：初始态，执行状态，等待状态，就绪状态，终止状态12.什么是进程控制块PCB?进程控制块PCB：用来描述进程的一切静态和动态的特征，操作系统只能通过它来感知和管理进程。

每个进程都有且仅有一个进程控制块。

13.通常将处理器的执行状态分为哪两种状态？系统态（管理状态），用户态（目标状态）14.什么是线程？线程的类型有哪三种？线程定义：一个进程内的基本调度单位，也称为轻权进程。

线程既可以由操作系统内核调度，也可以由用户程序控制线程分为三种类型：内核线程、轻量级进程和用户线程15.进程调度常用的四个指标：周转时间，吞吐量，响应时间，设备利用率16.CPU调度的三级调度：高级调度（作业）、中级调度（交换）和低级调度（进程）17.作业调度和进程调度的区别。

(1)页式存储管理：①由指令产生逻辑地址(p,d);②由逻辑页号p查快表得到页框号f；如果在快表中找不到(a)由逻辑页号p与页表长度寄存器中的内容l相比较以判断是否满足0<=p<=l-1。

如果不满足则越界，发生越界中断。

(b)由逻辑页号p与页表首地址寄存器中的内容b查页表得到页框号f(c)Parbegin由页框号f和页内地址d合并得到物理地址(f,d)将(p,f)送入快表中。

如果此时快表已满，则按置换算法淘汰一个。

Praend③由页框号f与页内地址d合并得到物理地址(f,d)(2)段式存储管理：①由指令产生逻辑地址(s,d);②由逻辑页号s查快表得到段首址b’和l’；如果在快表中找不到(a)由逻辑页号s与段表长度寄存器中的内容l相比较以判断是否满足0<=s<=l-1。

如果不满足则越界，发生越界中断。

(b)由逻辑页号s与段表首地址寄存器中的内容b查找内存段表得到段首址和段长(c)Parbegin由段首址b’和段内地址d合并得到物理地址b’+d将(s,b’,.l’)送入快表中。

如果此时快表已满，则按置换算法淘汰一个。

Praend③将段内地址与段长相比较以判断是否满足0<=d<l’-1。

如果不满足，则越界，发生越界中断④由段首址b’和段内地址d相加得到物理地址b’+d(3)段页式存储管理：①由指令产生逻辑地址(s,p,d);②由段号逻辑页号(s,p)查快表得到页框号f；如果在快表中找不到(a)由段号s与段表长度寄存器中的内容l相比较以判断是否满足0<=s<=l-1。

如果不满足则越界，发生越界中断。

(b)由段号s与段表首地址寄存器中的内容b查找内存段表得到页表首址与页表长度(b’,l’)(c)将逻辑页号与页表长度相比较以判断是否满足0<=p<=l’-1。

如果不满足则越界，发生越界中断。

(d)由逻辑页号p与页表首地址b’查页表得到页框号f(e)Parbegin由页框号f和页内地址d合并得到物理地址(f,d)将(s,p,f)送入快表中。

内存管理之⼀段式与页式管理内存管理⽅法内存管理主要包括内存分配和回收、地址变换、内存扩充、内存共享和保护等功能。

下⾯主要介绍连续分配存储管理、覆盖与交换技术以及页式与段式存储管理等基本概念和原理。

1．连续分配存储管理⽅式连续分配是指为⼀个⽤户程序分配连续的内存空间。

连续分配有单⼀连续存储管理和分区式储管理两种⽅式。

(1)单⼀连续存储管理在这种管理⽅式中，内存被分为两个区域：系统区和⽤户区。

应⽤程序装⼊到⽤户区，可使⽤⽤户区全部空间。

其特点是，最简单，适⽤于单⽤户、单任务的操作系统。

CP／M 和 DOS 2．0以下就是采⽤此种⽅式。

这种⽅式的最⼤优点就是易于管理。

但也存在着⼀些问题和不⾜之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装⼊，使得很少使⽤的程序部分也占⽤—定数量的内存。

(2)分区式存储管理为了⽀持多道程序系统和分时系统，⽀持多个程序并发执⾏，引⼊了分区式存储管理。

分区式存储管理是把内存分为⼀些⼤⼩相等或不等的分区，操作系统占⽤其中⼀个分区，其余的分区由应⽤程序使⽤，每个应⽤程序占⽤⼀个或⼏个分区。

分区式存储管理虽然可以⽀持并发，但难以进⾏内存分区的共享。

分区式存储管理引⼈了两个新的问题：内碎⽚和外碎⽚。

前者是占⽤分区内未被利⽤的空间，后者是占⽤分区之间难以利⽤的空闲分区(通常是⼩空闲分区)。

为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。

表中各表项⼀般包括每个分区的起始地址、⼤⼩及状态(是否已分配)。

分区式存储管理常采⽤的⼀项技术就是内存紧缩(compaction)：将各个占⽤分区向内存⼀端移动，然后将各个空闲分区合并成为⼀个空闲分区。

这种技术在提供了某种程度上的灵活性的同时，也存在着⼀些弊端，例如：对占⽤分区进⾏内存数据搬移占⽤CPU~t⼨间；如果对占⽤分区中的程序进⾏“浮动”，则其重定位需要硬件⽀持。

1)固定分区(nxedpartitioning)。

固定式分区的特点是把内存划分为若⼲个固定⼤⼩的连续分区。

计算机操作系统实验三存储器管理引言存储器管理是计算机操作系统中非常重要的一部分。

它负责管理计算机中的存储器资源，以便有效地分配和管理内存。

在操作系统的设计和实现中，存储器管理的性能和效率对整个系统的稳定性和性能有着重要的影响。

本文档将介绍计算机操作系统实验三中的存储器管理的实验内容及相关的知识点。

我们将从内存分区管理、页式存储管理和段式存储管理三个方面进行讨论。

内存分区管理内存分区管理是一种常见的存储器管理方法，旨在将物理内存分成若干个不同大小的区域，以便为不同的进程分配内存。

在实验三中，我们将学习和实现两种内存分区管理算法：首次适应算法和最佳适应算法。

首次适应算法是一种简单直观的算法，它从内存的起始位置开始查找第一个满足要求的空闲分区。

而最佳适应算法则是通过遍历整个内存空间，选择最合适的空闲分区来满足进程的内存需求。

通过实验，我们将学习如何实现这两种算法，并通过比较它们的性能和效果来深入理解内存分区管理的原理和实现。

页式存储管理页式存储管理是一种将物理内存分成固定大小的页框（page frame）和逻辑地址分成固定大小的页面（page）的管理方法。

在操作系统中，虚拟内存通过将进程的地址空间划分成大小相等的页面，并与物理内存中的页框相对应，实现了大容量的存储管理和地址空间共享。

在实验三中，我们将学习和实现页式存储管理的基本原理和算法。

我们将了解页表的结构和作用，以及如何通过页表将逻辑地址转换为物理地址。

此外，我们还将学习页面置换算法，用于处理内存不足时的页面置换问题。

段式存储管理段式存储管理是一种将逻辑地址分成不同大小的段并与物理内存中的段相对应的管理方法。

在操作系统的设计中，段式存储管理可以提供更灵活的地址空间管理和内存分配。

实验三将介绍段式存储管理的基本原理和实现方法。

我们将学习段表的结构和作用，以及如何通过段表将逻辑地址转换为物理地址。

同时，我们还将探讨段的分配和释放过程，并学习如何处理外部碎片的问题。