4-存储管理

操作系统-存储管理（4）段页式虚拟存储物理地址：⼜称绝对地址，即程序执⾏所使⽤的地址空间（处理器执⾏指令时按照物理地址进⾏）逻辑地址：⼜称相对地址，即⽤户编程所使⽤的地址空间，从0开始编号，有两种形式：⼀维逻辑地址（地址）⼆维逻辑地址（段号:段内地址）主存储器空间的分配与去配：分配：进程装⼊主存时，存储管理软件进⾏具体的主存分配操作，并设置⼀个表格记录主存空间的分配情况去配：当某个进程撤离或主动归还主存资源时，存储管理软件要收回它所占⽤的全部或者部分存储空间，调整主存分配表信息主存储器空间的共享：多个进程共享主存储器资源：多道程序设计技术使若⼲个程序同时进⼊主存储器，各⾃占⽤⼀定数量的存储空间，共同使⽤⼀个主存储器多个进程共享主存储器的某些区域：若⼲个协作进程有共同的主存程序块或者主存数据块多道程序设计需要复⽤主存：按照分区复⽤：主存划分为多个固定/可变尺⼨的分区，⼀个程序/程序段占⽤⼀个分区按照页架复⽤：主存划分成多个固定⼤⼩的页架，⼀个程序/程序段占⽤多个页架装载程序/加载器（loader）把可执⾏程序装⼊内存的⽅式有：绝对装载可重定位装载动态运⾏时装载地址转换：⼜称重定位，即把可执⾏程序逻辑地址转换成绝对地址，可分为：静态地址重定位：由装载程序实现装载代码模块的加载和地址转换（⽆需硬件⽀持），把它装⼊分配给进程的内存指定区域，其中所有指令代码和数据的逻辑地址在执⾏前⼀次全部修改为内存物理地址。

早期单任务单⽤户OS使⽤。

动态地址重地位：由装载程序实现装载代码模块的加载，把它装⼊进程的内存在指定区域，但对链接程序处理过的应⽤程序逻辑地址不做修改，程序内存起始地址被置⼊重定位寄存器（基址寄存器）。

程序执⾏过程中每当CPU访问程序和数据引⽤内存地址时，由硬件地址转换机构截取此逻辑地址并加上重定位寄存器的值。

运⾏时链接地址重定位存储保护：为避免主存中的多个进程相互⼲扰，必须对主存中的程序和数据进⾏保护。

主要性能指标
容量(b,B的区别 的区别) 容量 的区别 读写周期 从地址有效，到数据稳定的时间，加恢复时间。 从地址有效，到数据稳定的时间，加恢复时间。 存取速度必须尽可能接近CPU的要求，目前的趋势， 的要求， 存取速度必须尽可能接近 的要求 目前的趋势， CPU速度始终高于存储器。 速度始终高于存储器。 速度始终高于存储器 先进微处理器中设置Cache(高速缓冲存储器 高速缓冲存储器) 先进微处理器中设置 高速缓冲存储器 功耗 移动设备对功耗十分敏感。存储器功耗是设备功耗的一 移动设备对功耗十分敏感。 部分。 部分。 存取速度有关，速度高，功耗越大。 存取速度有关，速度高，功耗越大。 低电压器件(3.3V和1.8V)。 低电压器件 和 。 高电平与低电平区分度变小，工业环境下需要抗干扰。 高电平与低电平区分度变小，工业环境下需要抗干扰。 其它(可靠性 工作寿命) 可靠性， 其它 可靠性，工作寿命
第4章 存储器与存储管理
信息存储介质(Media) 信息存储介质
信息是指程序代码、待处理的各种数据、文字、 信息是指程序代码、待处理的各种数据、文字、图 像、…的编码 的编码
与计算机技术匹配的存储器件： 与计算机技术匹配的存储器件：
半导体、磁记录、光盘 半导体、磁记录、
内存: 内存 CPU能通过总线直接访问的存储体 能通过总线直接访问的存储体
内存单元的编址和内容
内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含 内存包含有很多存储单元 每个内存单元包含8bit)，为区 每个内存单元包含 ， 分不同的内存单元，计算机对每个内存单元进行编号， 分不同的内存单元，计算机对每个内存单元进行编号， 内存单元的编号就称为内存单元的地址。 内存单元的编号就称为内存单元的地址。
内存通过地址线、数据线和控制线 内存通过地址线、数据线和控制线CPU连接 连接

对于一些特殊需求的进程（如需要连续大内存空间的 进程），动态分区存储管理可能不是最佳选择。
缺点
内存紧缩操作需要消耗较大的系统资源，可能会 影响系统性能。
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页式存储管理
页式存储管理的概念
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页式存储管理是一种将内存划 分为固定大小的页，并将外存 空间划分为同样大小的页的存 储管理方式。
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每个程序都被划分为一系列的 页面，并按照一定的规则将程 序加载到内存中。
段的共享
多个程序可以共享同一个段，通过共享可以节省 内存空间。
段的保护
通过设置段表和段长寄存器，实现段的保护，防 止越界访问。
段的移动
当需要将程序从内存中移出时，可以移动其中的 某个或多个段，而不是整个程序。
段式存储管理的优缺点
提高内存利用率
可以将不同程序的不同段分配到不同 的内存区域，避免浪费。
存储管理的主要目标是提高存储器的利用率，并保 证存储器的安全性和可靠性。
存储管理的功能
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内存管理
负责内存的分配、回收和保护 ，包括内存分区、分页、分段 等管理方式。
外存管理
负责磁盘等外部存储器的管理 ，包括文件的创建、删除、读 写等操作。
缓存管理
负责缓存区的分配、替换和缓 存数据的读写操作，以提高存 储器的访问速度。
动态分区存储管理的优缺点
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优点 可以有效地利用物理内存，提高内存利用率。 支持多道程序运行，提高系统吞吐量。
动态分区存储管理的优缺点
• 可以根据进程的实际需求动态地分配和回收内存。
动态分区存储管理的优缺点
由于分区分配算法的选择会影响内存利用率和 系统性能，因此需要仔细选择合适的算法。

第四章 存 储 器 管 理
•
引入分页、分段和段页式内存分配 取消对其存储区域的连续性要求，必然 会进一步提高主存空间的利用率，又无需为 移动信息付出代价。存储器的离散分配就是 在这个指导思想下设计出来的。根据分配时 所用的基本单位的不同，它分为： – 分页式存储管理 – 分段式存储管理 – 段页式存储管理
第四章 存 储 器 管 理
动态分区分配 为了减少存储区域的内零头，进一步提高主存 的利用率，使存储空间的划分更加适应不同的作业 组合，人们设计了动态（可变）式分区方案。 所谓动态式分区分配是指根据进程的实际需要， 动态地为之分配连续的内存空间。即分区的边界可 以移动，分区的大小是可变的。动态式分区又有两 种不同选择，一种是分区的数目固定大小是可变的， 而另一种则允许分区的数目和大小都是可变的。
第四章 存 储 器 管 理 为了说明它们之间的重要差异，我们考虑一个具有256K字节存储器的系统。 第一种方案（内存分区数目固定大小可变）：假定系统初始化时规定把存 储空间划分为 8个分区。在下图(a)中用问号(?)来表示它们。在系统运行一 段时间后，已有192K存储空间分配给7 个作业，剩下64K还未分配，如下 图(b)所示。现在，又有两个作业 P和Q准备调入，它们每个需要32K存储空 间。显然，我们有足够的存储空间。却没有足够数的存储区域(目前只有一 个可用)。因此，只能允许一个作业(如：P)被调入，如下图(c)所示。
第四章 存 储 器 管 理
4.2 内存的分页管理
• 基本原理
– 各进程的虚拟空间被划分为若干长度相等 的页（Page），一般约为1~4k，划分页后的 进程虚地址由页号p和页内地址w组成。 – 将内存的物理空间按照页的大小划分为片 或页面（Page frame）。 – 建立页虚拟地址到页面物理地址的一一对 应的页表，地址变换由硬件完成。