存储管理-1固定分区管理.ppt

上 页 下 页 退 出 第3章 存储管理-1固定分区管理 【学习目标 掌握固定分区存储管理的基本思想。 掌握地址重定位的概念。 掌握固定分区的优、缺点。 【学习重点、难点 1）地址的静态重定位和动态重定位； 2）不同的存储管理方案； 3）存储共享和存储保护； 4）存储扩充和虚拟存储器。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 存储器分为两种：内存储器和辅助存储器 内存储器可被CPU直接访问。 辅助存储器与CPU之间只能够在输入输出控制系统的管理 下，进行信息交换。 因此内存储器是计算机系统中极为重要的资源。 在操作系统中，把管理内存储器的部分称为“存储管理” 。合理地使用内存，会在很大程度上影响到整个计算机系 统的性能的提高。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 两个重要概念： “地址重定位”：用户程序是相对地址，从0开始。不 能反映真实的存储位置。必须解决地址的重定位问题。 “虚拟存储”：内存的容量无法满足实际的需要，必须 打破“程序只有全部在内存，才能得以运行”的限制。 为此，需要通过“虚拟存储”这一技术手段。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 3.1 固定分区存储管理 3.1.1 地址重定位 内存储器由存储单元组成。一个存储单元可存放若干个 二进制的位bit，8个二进制位被称作一个字节（Byte)。 内存中的存储单元按一定顺序进行编号，每个单元所对 应的编号，称为该单元的单元地址。 一个单元的单元地址具有唯一性，存储在单元里的内容 则是可以改变的。 在操作系统中，常把单元地址称为内存储器的“绝对地 址”或“物理地址”。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 目标程序是相对于“0”编址的。 同一个应用问题的多个目标程序连同系统库函数等一起 ，经过链接装配，产生一个相对于“ 0”编址的、更大 的地址空间。这个地址空间被称为是用户程序的“相对 地址空间”，或“逻辑地址空间”，被称为“相对地址 ”或“逻辑地址”。 这样的程序不能直接投入运行。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 举例：假定用户程序A的相对地址空间为03KB，在该程序 中地址为3000的地方，有一条调用子程序（其人口地址为 100）的指令：“call 100”，如图 3l（a）所示。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 在操作系统中，把用户程序指令中的相对地址变换成为所在 绝对地址空间中的绝对地址的过程，称为“地址重定位” 。 即把指令“call 100”中的100变换成20580，就是地址重定 位，如图31（C）所示。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 3.1.2 地址的静态重定位 如果在程序运行之前，就为用户程序实行了地址重定位的 工作，那么称这种地址重定位为地址的“静态重定位” 。一般地，静态重定位工作是由操作系统中的重定位装 入程序来完成的。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 静态重定位有如下5个特点： 1）静态重定位是在程序运行之前完成地址重定位工作的 ： 2）静态重定位由软件实现，无须硬件提供支持： 3）实行静态重定位时，地址重定位工作是在程序装入时 被一次集中完成的； 4）绝对地址空间里的目标程序与原相对地址空间里的目 标程序面目已不相同，因为前者进行了地址调整； 5）实施静态重定位后，若用户程序在内存中做了移动， 那么程序指令中的地址就不再反映所在的存储位置了， 除非重新进行地址重定位。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 3.1.3 单一连续分区存储管理 早期计算机而言，每次只有一个用户使用计算机，其存储 管理都采用单一连续分区的分配策略。 单一连续分区分配策略的基本思想：把内存储器分为两个 分区。一个分区固定分配给操作系统使用；另一个分配 给用户使用，称为“用户区”。如图32（a）所示。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 单一连续分区存储管理的特点： 1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用。 2）内存用户区又被分为“使用区”和“空闲区”两部分 。见图 32（b）。在操作系统中，把分配给了用户 、但又未使用的区域称为“内部碎片”。内部碎片的存 在是对内存资源的一种浪费。 3）由于任何时刻内存储器的用户区中只有一个作业运行 ，因此这种系统只适用于单用户（或单道）的情况。 4）进入内存的作业，独享系统中的所有资源。 5）作业程序进入用户区后，没有移动的必要。存储分配 策略对用户程序实行静态重定位。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 6）实行静态重定位，同样要考虑如何阻止对操作系统的 侵扰，这就是所谓的“存储保护”问题。在CPU中设置 一个用于存储保护的专用寄存器“界限寄存器”， 如图3-2(C)所示。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 单一连续分区存储管理有如下缺点： 1）由于每次只能有一个作业进入内存，故不适用 于多道程序设计，系统的工作效率不高，资源 利用率低下。 2）内存资源浪费。 3）若用户作业的相对地址空间比用户区大，那么 该作业就无法运行。即大作业无法在小内存上 运行。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 早期计算机在一定的条件下，可以采用所谓的 “覆盖”技术，使得大作业在小内存上得以运 行。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 所谓 “覆盖”，是早期为程序设计人员提供 的一种扩充内存的技术，其中心思想是允许一 个作业一的若干个程序段使用同一个存储区， 被共用的存储区被称为“覆盖区”。不过，这 种技术并不能彻底解决大作业与小内存的矛盾 。 为了让单一连续分区存储管理能具有“多道” 的效果，在一定条件下，可以采用所谓的“对 换”技术来实现。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 “对换”的中心思想： 从宏观上看，系统中同时就有几个作业处在运行之中。单 一连续分区存储管理实行的是静态重定位，所以，“换 出”的作业程序再被“换入”时，仍应该装到与它“换 出”前相同的存储区中去，以保证能够正确地继续运行 。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 314 固定分区存储管理 所谓“固定分区”的存储管理： 即是指预先把内存储器中可供分配的用户区划分 成若干个连续的分区，每个分区的尺寸可以相 同，也可以不同。 划分后，内存储器中分区的个数以及每个分区的 尺寸保持不变。每个分区中只允许装入一个作 业运行。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 1对作业的组织 一般地，固定分区存储管理总是把内存用户区划分成几个 大小不等的连续分区。由于分区尺寸在划分后保持不变 ，因此系统可以为每一个分区设置一个后备作业队列， 形成多队列的管理方式。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 一个作业到达时，总是进入到“能容纳该作业的 最小分区”的那个后备作业队列中去排队。 作业A、B、C排在第1分区的队列上，说明 它们对内存的需求都不超过8KB； 作业D排在第2分区的队列上 ，表明它对内存的需求大于 8KB小于32KB； 作业E和F排在第4分区的队 列上，表明它们对内存的需 求大于64KB小于132KB。 缺点 ：可能会产生有的分区队列忙碌 、有的分区队列闲置的情形。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 作业A、B、C都在等待着 进入第1分区。按原则，它 们不能进入目前空闲的第3 分区，虽然第3分区的大小 完全能够容纳下它们。 作为一种改进，可以采用多个分区 只设置一个后备作业队列的办法。 当某个分区空闲时，统一都到这一 个队列里去挑选作业，装入运行。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 2分区的分配与释放 如果采用的是多个队列的管理方式，那么任何 一个分区空闲时，只要关于它的队列非空，那 么就把该分区分配给队列的第一个作业使用； 一旦作业运行完毕，就收回该分区，进行下一 次分配。分区的分配和释放很容易完成。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 如果采用的是一个队列的管理方式，那么在任何一个分区 被释放时，就要根据某种方案从该队列中挑选出一个作业 装入运行。可以有如下的几种挑选方案： 1）在队列中挑选出第一个可容纳的作业进入。这种方案 的优点是实现简单，选择效率高。 缺点是可能会因为一个 小作业的进入而浪费掉 该分区的大部分存储空 间，存储利用率不高。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 （2）在整个队列中进行搜索，找到这个分区能够 容纳的最大的那个作业，让它进入运行。这种方 案的优点是由于在每个分配出去的分区中产生的 内部碎片尽可能的小，因此存储空间的利用率高 。 缺点：选择效率低 下，且对小作业明 显表示歧视。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 3）在系统中至少保留一个小的分区，以避免因 运行小作业而被迫分配大分区的情形发生。 为了具体管理内存中的各个分区，操作系统的做法是设 置一张名为“分区分配表”的表格，用它记录各分区的 信息以及当前的使用情况。表3l即为一种分区配表。 当某分区的使用 标志为“ 0”时， 表示该分区当前 是空闲的，可以 分配； 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 当需要把一个作业装入内存时，按照分区号扫视分区分 配表，找到使用标志为“ 0”的分区，随后把要装入内 存的作业尺寸与该分区的长度进行比较。 若能够容纳该作业，并符合所采取的分配策略，那么就 把它分配给这个作业，同时修改分区分配表中该分区表 目的使用标志为非0（即把该作业的名字填入），完成 分区分配； 当一个作业运行结束时，只需根据作业名，在分区分配 表里找到它所使用的表目，然后将该表目的使用标志改 为“ 0”，从而完成该分区的释放工作。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 3地址重定位与存储保护 固定分区管理，每个分区只允许装入一个作业，作业在 运行期间不移动位置，因此，系统对进程实行静态重定 位。 具体地，当决定将某一个分区分配给一个作业时，重定 位装入程序就把该作业程序指令中的相对地址与该分区 的起始地址相加，得到相应的绝对地址，完成对指令地 址的重定位以及对程序的装入。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 在固定分区存储管理中，不仅要防止用户程序对操作系统 形成的侵扰，也要防止用户程序之间形成的侵扰。因此必 须在CPU中设置一对专用的寄存器，用于存储保护，如图3 6所示。 当某个作业进程运行时， 就把该作业分区的低边界 地址装入低界限寄存器， 把高边界地址装入高界限 寄存器。 作业运行时，硬件会自动 检测指令中的地址，如果 超出a或b，那么就产生出 错中断，从而限定作业工 只在自己的区域里运行。 3章 存储管理 上 页 下 页 退 出 固定分区存储管理的特点如下： 1）它是最简单的、具有“多道”色彩的存储管理方案。 对比单一连续分区，它提高了内存资源的利用率。另外 ，由于多道，几个作业共亭系统内的其他资源，因此也 提高了其他资源的利用率。 2）当把一个分区分配给某个作业时，