基本分段存储管理系统

分段式存储管理基本原理(一)分段式存储管理基本什么是分段式存储管理分段式存储管理是一种计算机内存管理方式，它将内存按照程序的逻辑结构分成若干段，每段可以不连续地放置在内存中。

这种管理方式能够更好地满足不同程序的内存需求，提高内存利用率和程序的运行效率。

分段式存储管理的基本原理分段•将程序按照逻辑结构划分为若干段•每段对应一个逻辑上独立的模块或功能•段的长度可变，根据程序需求进行动态分配和释放段表•维护一个段表，用于记录每个段的起始地址和长度•段表中的每个表项对应一个段，包含段的基址和长度信息•CPU通过段表来访问内存中的各个段段选择子•每个程序或进程拥有一个段选择子•段选择子用于指定程序要访问的段的索引号•CPU根据段选择子从段表中获取段的基址和长度信息地址转换•程序通过逻辑地址来访问内存，它由段选择子和段内偏移量组成•CPU根据段选择子获取段的基址•将段的基址与段内偏移量相加，得到物理地址•物理地址用于读取或写入实际的存储单元动态分配•分段式存储管理支持动态分配和释放内存•程序可以向系统请求申请一段新的内存空间•系统根据空闲内存块的大小和位置，为程序分配合适的内存段分段式存储管理的优缺点优点•更好地满足不同程序的内存需求，提高内存利用率•支持动态分配和释放内存，灵活性更好•可以减少内存碎片的产生，减少内存回收的频率缺点•需要维护段表和段选择子，增加了系统开销•地址转换过程相对复杂，增加了访问内存的延迟•容易出现外部碎片，影响分配效率总结分段式存储管理是一种灵活的内存管理方式，能够更好地满足不同程序的内存需求。

它通过分段、段表、段选择子以及地址转换等机制，实现了程序对内存的访问和管理。

尽管存在一些缺点，但分段式存储管理仍然广泛应用于现代的操作系统中，为程序的运行提供了有力支持。

分段式存储管理基本原理分段式存储管理基本什么是分段式存储管理？分段式存储管理是一种计算机存储管理方法，用于将程序和数据分割成逻辑上相互独立的若干段，并分别存放在内存中不同的区域。

这种方法能够有效提高内存利用率，并简化程序的管理和维护。

分段式存储管理的基本原理1.段的定义：在分段式存储管理中，段是指一个独立的程序或数据块，拥有一组相关联的逻辑地址空间。

每个段都有一个起始地址和长度，并且可以动态分配和释放。

2.段表：为了实现分段式存储管理，操作系统维护一个段表，用于记录每个段的起始地址和长度等信息。

段表由一系列段描述符组成，每个段描述符包括段的起始地址、长度以及其他一些控制信息。

3.段的逻辑地址：在分段式存储管理中，程序和数据的逻辑地址由两个部分组成，即段号和段内偏移量。

段号用于唯一标识一个段，段内偏移量则表示从段的起始地址开始的偏移量。

4.地址转换：当一个程序引用某个逻辑地址时，操作系统需要将逻辑地址转换为物理地址，以实现实际的访问。

这个转换过程涉及到查找段表、计算物理地址等操作。

分段式存储管理的优势和不足优势： - 动态分配：分段式存储管理可以动态地分配和释放段，灵活性更高，能够更好地适应不同程序的需求。

- 内存利用率高：通过将程序和数据分割成若干段，并根据需要加载到内存中，可以更有效地利用内存空间，避免了内存碎片的问题。

不足： - 外部碎片：由于段的大小不一，分段式存储管理容易导致外部碎片的问题。

当多次分配和释放段后，内存中可能会出现一些较小的空闲区域，导致内存浪费。

- 内部碎片：由于每个段都有固定的长度，如果段内的数据不足以充满整个段，就会导致内部碎片的问题。

分段式存储管理的应用场景•多任务操作系统：分段式存储管理可以实现多个程序的并发执行，通过将不同的程序和数据分割成不同的段，并分别加载到内存中，实现对多个程序的管理和调度。

•虚拟内存：分段式存储管理是虚拟内存的基础，通过将程序和数据分割成不同的段，并按需加载到内存中，可以实现对大型程序的有效管理和执行。

第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。

但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。

实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。

2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。

二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。

(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。

●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。

这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。

2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。

●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。

四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。

1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。

物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。

存储管理的基本模式存储管理是操作系统中重要的组成部分，负责管理计算机系统中的内存和外部存储器。

存储管理的基本模式主要有以下几种：1. 固定分区固定分区是一种简单的存储管理方式，它将内存分为若干个固定大小的区域，每个区域对应一个进程或任务。

每个进程只能在自己的区域中运行，不能访问其他区域的内存。

这种方式在一定程度上限制了进程的自由度，但由于实现简单，在一些简单系统中仍然被采用。

优点：实现简单，安全可靠。

缺点：分区数量固定，造成内存浪费，且不利于大内存程序的运行。

适用场景：适用于内存较小、任务数量固定的系统。

2. 动态分区动态分区是一种更为灵活的存储管理方式，它根据进程或任务的实际需要，动态地分配内存空间。

这种方式能够更好地利用内存资源，提高内存利用率。

优点：内存利用率高，适用于大内存程序。

缺点：实现相对复杂，需要操作系统进行更多的管理操作。

适用场景：适用于内存较大、任务数量不确定的系统。

3. 页式管理页式管理是一种将内存分为若干个页（page）的存储管理方式。

每个页的大小固定，可以存放一个进程或任务的一部分。

页式管理通过将程序分割成多个页面，实现了内存的离散分配。

优点：内存利用率高，可以实现多道程序运行。

缺点：实现相对复杂，需要处理页面置换和缺页等问题。

适用场景：适用于内存较大、任务数量不确定的系统。

4. 段式管理段式管理将内存分为若干个段（segment），每个段的大小不固定，可以存放一个进程或任务的一部分。

段式管理通过将程序分割成多个段，实现了内存的逻辑分段。

优点：便于多道程序运行，可以实现分段保护和分段共享。

缺点：实现相对复杂，需要处理段之间的地址映射和保护等问题。

适用场景：适用于内存较大、任务数量不确定的系统。

5. 段页式管理段页式管理结合了页式管理和段式管理的优点，将内存分为若干个段，每个段又包含若干个页。

这种方式可以实现内存的逻辑分段和离散分配，同时提高了内存的利用率和多道程序运行能力。

基本分段存储管理方式基本分段存储管理方式是计算机操作系统用来管理内存的一种方法。

通常将内存分成固定大小的若干段，每个段都有一个起始地址和一个长度，随着程序的运行，可以动态地将不同大小的进程加载到这些段中，从而优化内存使用，提高系统性能。

基本分段存储管理方式的实现过程大致分为三个步骤：操作系统将物理内存划分成若干固定大小的段，这些段称为物理段或实际段。

接着，操作系统为每个进程分配虚拟地址空间，并用一组相同的大小将其划分为若干虚拟段。

每个虚拟段的起始地址和长度都与实际段相对应，但它们不一定在物理空间上是连续的。

操作系统将进程的虚拟地址映射到实际的物理地址，以便进程能够访问内存。

基本分段存储管理方式有以下几个优点：1. 灵活性：基本分段存储管理方式可以用相对较少的内存空间来持久存储多个进程，这增加了系统的灵活性，使得操作系统能够同时运行多个进程，而不会导致内存溢出。

2. 内存利用率：基本分段存储管理方式允许操作系统根据每个进程的需求动态分配内存，从而提高内存利用率。

如果一个进程只需要几百KB的内存，而系统中的物理内存大大小于这个需求，那么只需要分配给它一个相应的虚拟段就可以了，这样就避免了浪费内存的情况。

3. 保护：基本分段存储管理方式可以通过在每个虚拟段中设置访问权限进行内存保护。

只允许进程访问它被授权访问的虚拟地址范围，而禁止它访问其他虚拟地址空间，从而增强系统的安全性。

基本分段存储管理方式也有以下几个缺点：1. 内部碎片：由于每个分段的大小是固定的，使得当进程只需要使用部分段时，其中未使用的部分会变成内部碎片。

这会浪费一些内存，降低内存利用率。

2. 外部碎片：当系统中有大量的小进程时，这些小进程可能会被分配到不同的分段中。

当一些分段中的进程被撤销时，这些空闲的小空间难以合并在一起，从而导致外部碎片的产生。

3. 上下文切换：由于每个进程的虚拟空间不一定是连续的，因此在进程切换时需要进行频繁的虚拟地址到物理地址的映射操作，这会增加系统的开销。

名词解释:1.进程互斥:两个或两个以上得进程由于不能同时使用同一临界资源，只能一个进程使用完,另一个才能使用,这种现象称为进程互斥。

2.页表：每一个作业得虚页号到内存得页架号之间得映射关系得表。

3.文件目录：为了实现对文件得“按名访问”,记录文件基本信息得数据结构，主要有“文件名、类型、属性、日期时间、长度、物理地址"等进行组织所形成得表，称为目录表或文件目录。

4.DMＡ：不需要CPＵ参与,而在专门硬件控制电路控制之下进行得外设与存储器间直接数据传送得方式，称为直接存储器存储DＭＡ、5.进程同步：相互合作得几个进程需要在某些确定点上协调她们工作，一个进程到达这些点后,另一个进程已完成某些操作,否则就不得不停下来等待这些操作得结束，这就就是进程间得同步.6.段表：每个进程都有一张逻辑空间与内存空间映射得段表,其中每一个段表项对应进程得一个段，段表记录该段在内存中得起始地址与段长度。

7.文件保护：就是防止文件被破坏8.通道:通道又称为I／O处理机，它能完成主存与外设支架您得信息传输，并与中央处理器并行操作.9.线程:CPＵ调度得单位10.地址重定位：当装入程序将可执行代码装入内存时，程序得逻辑地址与程序在内存得物理地址一般就是不相同得,必须通过地址转换将逻辑地址转换成内存地址,这个过程称为地址重定位。

11.FAT:FAT就是文件配置表，就是一种由微软发明并拥有部分专利得文件系统，供ＭS-DOS使用，也就是所有非NT核心得微软窗口使用得文件系统12.中断:CPU控制器执行指令时，突然接受到更加紧急得任务,则ＣPU暂停当前任务转去执行紧急任务得过程.问答题：1.什么就是进程?程序与进程有什么联系与区别？进程：多道程序并发执行得一个动态过程。

联系：程序就是进程得一部分，就是进程得实体；区别:进程就是程序得一次执行,就是种动态得；而程序就是一组有序得指令，就是静态得。

一个进程可以执行一个或多个程序，同一程序可能被多个进程同时执行。

分段式存储管理的实现原理分段式存储管理是一种计算机系统中的存储管理技术，它将一个程序分成若干个逻辑段，每个逻辑段可以有不同的长度，并分别放置在物理内存中的不同位置。

在分段式存储管理中，每个段都有一个段表，用于记录该段在内存中的起始地址和长度等信息。

当程序需要访问某个段时，通过段表可以找到该段在内存中的位置，从而完成对该段的访问。

分段式存储管理的实现原理如下：1. 段的划分：在程序运行之前，系统将程序根据逻辑结构划分为若干个段。

每个段代表程序中的一个逻辑单元，例如主程序段、子程序段、数据段等。

划分段时需要考虑到段的大小、访问频率和共享性等因素，尽可能使得段的大小合适，以提高存储利用率和访问效率。

2. 段表的建立：对于每个段，系统需要建立一个对应的段表，用于记录该段在内存中的起始地址和长度等信息。

段表一般由操作系统维护，每个段表项对应一个段，并包含段的起始地址、长度、读写权限等信息。

3. 逻辑地址到物理地址的转换：当程序需要访问某个段时，它会给出段的逻辑地址。

操作系统根据该逻辑地址查找对应的段表项，从而得到该段在内存中的起始地址和长度。

然后，系统将逻辑地址转换为物理地址，即加上该段的起始地址，得到真正的物理地址。

程序通过该物理地址可以访问内存中的数据。

4. 段的加载和换出：在程序运行过程中，由于内存空间有限，不可能将所有段都加载到内存中。

因此，系统需要根据需要，将一部分段加载到内存中，而将另一部分段换出到外存中。

当程序要访问一个还未加载到内存的段时，系统会触发缺段中断，将该段从外存加载到内存中，然后再次执行访问操作。

5. 段的保护：在分段式存储管理中，每个段都可以独立设置读写权限，以实现对程序的保护。

例如，某个段只能读取，不能写入，或者某个段只能由特定的进程访问，其他进程无法访问。

这样可以有效地防止程序非法访问其他段的数据，提高系统的安全性。

6. 段的共享：在某些情况下，多个程序可能需要访问同一个段，为了提高存储利用率，系统可以将该段设为共享段。

分页存储管理和分段存储管理1.采⽤相联存储器后地址转换过程，⽤图表⽰出来2.详述分段管理和分页管理的区别。

分页管理： 分页存储管理是将⼀个进程的逻辑地址空间分成若⼲个⼤⼩相等的⽚，称为页⾯或页，并为各页加以编号，从0开始，如第0页、第1页等。

相应地，也把内存空间分成与页⾯相同⼤⼩的若⼲个存储块，称为(物理)块或页框(frame)，也同样为它们加以编号，如0#块、1#块等等。

在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若⼲个页分别装⼊到多个可以不相邻接的物理块中。

由于进程的最后⼀页经常装不满⼀块⽽形成了不可利⽤的碎⽚，称之为“页内碎⽚”分段管理： 在分段存储管理⽅式中，作业的地址空间被划分为若⼲个段，每个段定义了⼀组逻辑信息。

例如，有主程序段MAIN、⼦程序段X、数据段D及栈段S等。

每个段都有⾃⼰的名字。

为了实现简单起见，通常可⽤⼀个段号来代替段名，每个段都从0开始编址，并采⽤⼀段连续的地址空间。

段的长度由相应的逻辑信息组的长度决定，因⽽各段长度不等。

整个作业的地址空间由于是分成多个段，因⽽是⼆维的，亦即，其逻辑地址由段号(段名)和段内地址所组成。

区别：（1）页是信息的物理(存储)单位,分页是为实现离散分配⽅式,以消减内存的零头,提⾼内存的利⽤率。

或者说,分页仅仅是由于系统管理的需要⽽不是⽤户的需要。

段则是信息的逻辑单位,它含有⼀组其意义相对完整的信息。

分段的⽬的是为了能更好地满⾜⽤户的需要。

（2）页的⼤⼩固定且由系统决定,由系统把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分,是由机器硬件实现的,因⽽在系统中只能有⼀种⼤⼩的页⾯;⽽段的长度却不固定,决定于⽤户所编写的程序的逻辑,通常由编译程序在对源程序进⾏编译时,根据信息的性质来划分。

3.P249 习题11。

答：（1）649 （2）1727 （3）2301 （4）140 （5）1956。