最终的所有13存储器管理

1、对主存储器对主存储器空间的管理空间的管理内存的分内存的分配与回收配与回收虚拟存虚拟存储技术储技术地址映射地址映射存贮空间存贮空间共享与保共享与保护护外存(secondary storage)DOS核心命令处理程序内存(primary storage)快速缓存(cache)寄存器(register)内存的分配与回收内存的分配与回收内存的共享与保护内存的共享与保护地址映射地址映射主存的主存的“扩充扩充”虚拟内存虚拟内存覆盖与交换技术覆盖与交换技术内存分配就是为进程分配内存空间，涉及以下问题：内存分配就是为进程分配内存空间，涉及以下问题：管理内存分配表：记录分配情况、空闲情况等管理内存分配表：记录分

2、配情况、空闲情况等制定分配策略表制定分配策略表制定内存划分方式制定内存划分方式放置策略放置策略调入策略调入策略淘汰策略淘汰策略等分等分不等分不等分共共 享享保保 护护共享内存资源，程序并发执行；共享内存资源，程序并发执行；共享内存中公共信息。共享内存中公共信息。避免并发执行的程序相互干扰；避免并发执行的程序相互干扰；避免用户程序侵犯系统区。避免用户程序侵犯系统区。逻辑地址逻辑地址（程序空间）（程序空间）物理地址物理地址（内存空间）（内存空间）重定位重定位0000地址是以字节为单位的存储器编号地址是以字节为单位的存储器编号内存空间（绝对空间）：内存空间（绝对空间）：整个系统内存从整个系统内存从0

3、开始以字节为单位编址开始以字节为单位编址物理物理地址地址程序空间（相对空间）：程序空间（相对空间）：程序由机器代码组成，以字节为单位，每个程序程序由机器代码组成，以字节为单位，每个程序都从都从0开始编址开始编址逻辑地址逻辑地址程序的装入和链接程序的装入和链接程序的装入B、静态重定位装入方式、静态重定位装入方式装入模块中使用从装入模块中使用从0开始的相对地址开始的相对地址装入时，由系统分配内存空间，并完成装入模块中装入时，由系统分配内存空间，并完成装入模块中相对地址变换为绝对地址相对地址变换为绝对地址重定位重定位逻辑地址逻辑地址基地址基地址+物理地址物理地址装入模块中的相对地址装入模块中的相对地

4、址MOV ax , 2500C、动态重定位装入方式、动态重定位装入方式装入模块中使用相对地址，装入时不变换地址，装入模块中使用相对地址，装入时不变换地址， 在执行时才完成地址的变换在执行时才完成地址的变换方便了模块的动态装入方便了模块的动态装入动态重定位需特殊的硬件支持动态重定位需特殊的硬件支持重定位寄存器重定位寄存器利用硬件地址变换机构利用硬件地址变换机构基本思想：基本思想： 将内存区固定地划分为大小相等或者将内存区固定地划分为大小相等或者不等的区域，每个分区装入一道作业。不等的区域，每个分区装入一道作业。分区划分后，每个分区的长度和内存分区划分后，每个分区的长度和内存中的分区总数将保持不变

5、。中的分区总数将保持不变。内存分配表内存分配表分区号分区号大小大小起始地址起始地址状态状态14K0000H未分配未分配28K4000H已分配已分配312K12000H未分配未分配8 M8 M8 M8 M8 MOperating SystemOperating System8 M12 M8 M8 M6 M4 M2 M固定分区固定分区(大小相同大小相同)固定分区固定分区(多种大小多种大小)优点：易于实现，开销小。优点：易于实现，开销小。缺点：缺点：内零头造成浪费内零头造成浪费分区总数固定，限制了并发执行的程序数目分区总数固定，限制了并发执行的程序数目基本思想：基本思想： 根据作业任务的大小划分分区

6、，分区根据作业任务的大小划分分区，分区的大小和数目不再固定。的大小和数目不再固定。分配区分配区控制块控制块空闲区空闲区控制块控制块AMCB (Allocation Memory Control Block)FMCB (Free Memory Control Block)10 K作业作业 1作业作业 2作业作业 3作业作业 12 K作业作业 21 K作业作业 34 K作业作业 1作业作业 3作业作业 4作业作业 43 K多次分配、回收后，形成小空闲区无法使用。多次分配、回收后，形成小空闲区无法使用。这时需要使用拼接或紧缩技术将已分配分区移这时需要使用拼接或紧缩技术将已分配分区移动，使未分配分区合

7、成较大分区。动，使未分配分区合成较大分区。对占用分区进行内存数据搬移占用对占用分区进行内存数据搬移占用CPUCPU时间时间如果对占用分区中的程序进行如果对占用分区中的程序进行 浮动浮动 ，则其重，则其重定位需要硬件支持。定位需要硬件支持。紧缩时机：每个分区释放后，或内存分配找紧缩时机：每个分区释放后，或内存分配找不到满足条件的空闲分区时。不到满足条件的空闲分区时。1 1、首次适应、首次适应FF ( First Fit )FF ( First Fit )（1 1）将空白分区按地址递增顺序链接）将空白分区按地址递增顺序链接（2 2）从链首开始查找适合的分区）从链首开始查找适合的分区优先分配内存中低

8、地址部分优先分配内存中低地址部分优点：优点：缺点：缺点：简单简单在低地址部分会积累大量外零头在低地址部分会积累大量外零头（3 3）从选中的分区中分出所需的大小，其余部分）从选中的分区中分出所需的大小，其余部分仍留在空白分区链表里仍留在空白分区链表里选取最适合的空白分区选取最适合的空白分区大分区保证大分区保证缺点：缺点：优点：优点：效率不高效率不高零头更小零头更小（1 1）将空白分区按大小递增顺序链接）将空白分区按大小递增顺序链接（2 2）从链首开始查找适合的分区）从链首开始查找适合的分区？选取分区中最大的一个选取分区中最大的一个最不适合的最不适合的（1 1）将空白分区按大小递减顺序链接）将空白

9、分区按大小递减顺序链接（2 2）从链首开始分配分区）从链首开始分配分区优点：优点：查找效率显著提高查找效率显著提高缺点：缺点：大作业容纳大作业容纳能力会下降能力会下降引入原因：引入原因： 在分区管理技术中，程序的地址空在分区管理技术中，程序的地址空间（逻辑地址空间）可能大于实际间（逻辑地址空间）可能大于实际存储器空间，使程序无法装入（无存储器空间，使程序无法装入（无法运行）。法运行）。覆盖（覆盖（Overlay）交换（交换（Swapping）一段内存区可以先后被不同的程序段重复使用一段内存区可以先后被不同的程序段重复使用常驻区常驻区（非覆盖区）（非覆盖区）覆盖区覆盖区初始段初始段处理段处理段输

10、出段输出段特点：特点：覆盖断划分困难，不易实现覆盖断划分困难，不易实现在内、外存之间进行数据和程序的交换在内、外存之间进行数据和程序的交换内内 存存磁磁 盘盘交换技术一般与分区、分页、分段管理技术交换技术一般与分区、分页、分段管理技术结合使用。结合使用。连续分配方式要求连续存放，产生大量的内连续分配方式要求连续存放，产生大量的内/外外零头，浪费空间。零头，浪费空间。引入离散分配方式引入离散分配方式程序在内存中不一定连续程序在内存中不一定连续存放存放页页块块逻辑地址逻辑地址物理地址物理地址非连续非连续地址映射地址映射页：页：将逻辑地址空间划分为大小相同的块，称为将逻辑地址空间划分为大小相同的块，

11、称为页或虚页面（页或虚页面（Page）块：块：将实际物理空间划分为与页大小相等的块，将实际物理空间划分为与页大小相等的块，称为存储块或页框（称为存储块或页框（Page Frame）没有外零头，仅有小于一个页面的内零头没有外零头，仅有小于一个页面的内零头优点优点:一个块可以装入一页一个块可以装入一页逻辑地址连续的页可以通过地址变换机构映射到逻辑地址连续的页可以通过地址变换机构映射到不连续的内存块中不连续的内存块中关键问题：关键问题： 如何实现页到块的地址变换？如何实现页到块的地址变换？通过页表实现。通过页表实现。012m内存内存012n用户程序用户程序012n012n3m-21m-1页表页表页号

12、页号块号块号页面地址转换通过下述页面地址转换通过下述3种数据结构实现：种数据结构实现：（1 1）存储分块表（）存储分块表（MBTMBT）整个系统一个，记录所有整个系统一个，记录所有内存块的状况。内存块的状况。块号块号作业作业ID状态状态01nOS作业作业1作业作业n忙忙闲闲忙忙页号页号块号块号标志标志0211100241每个作业一个，记录作每个作业一个，记录作业的页与内存块的关系业的页与内存块的关系页表在作业装入时创建，作业撤销时撤销。页表在作业装入时创建，作业撤销时撤销。作业被调度时，页表存放在页表控制寄存器作业被调度时，页表存放在页表控制寄存器PTCR中中（3 3）作业表（）作业表（JTJ

13、T）作业号作业号 页表大小页表大小 页表始址页表始址 状态状态020已分配已分配116未分配未分配240已分配已分配整个系统一个，记录整个系统一个，记录所有作业的页表情况。所有作业的页表情况。(1) 作业被调度时首先通过作业被调度时首先通过JT找到相应页表的起始地址及找到相应页表的起始地址及大小，并装入大小，并装入PTCR(2)将页号与将页号与PTCR中的页表大小进行比较，若页号中的页表大小进行比较，若页号页表页表大小则为非法访问，产生越界中断；否则为合法访问，大小则为非法访问，产生越界中断；否则为合法访问，根据页表起始地址和页号找到该页页表表项根据页表起始地址和页号找到该页页表表项(3)通过

14、页表表项找到逻辑页所对应的物理块号，然后将块通过页表表项找到逻辑页所对应的物理块号，然后将块号与页内偏移地址结合形成物理地址号与页内偏移地址结合形成物理地址页表始址页表始址 页表大小页表大小PTCR +块号块号块内地址块内地址物理地址寄存器物理地址寄存器页号页号页内地址页内地址逻辑地址寄存器逻辑地址寄存器越界？越界？页号页号 块号块号J1的页表的页表2404010作业号作业号 页表大小页表大小 页表始址页表始址 状态状态J020已分配已分配J1161024已分配已分配JT210页号页号块号块号0617223445510问题引入：问题引入：两次内存访问两次内存访问访问页表访问页表得到物理地址得到

15、物理地址访问物理地址访问物理地址得到数据得到数据快表：快表：用于存放当前页表中最频繁访问表项的用于存放当前页表中最频繁访问表项的高速缓存高速缓存(Cache)。基于快表的分页系统：先查找快表，未成功再查基于快表的分页系统：先查找快表，未成功再查找页表（找页表（p.112 图图2.26）问题引入：问题引入：如果要访问的页不在内存中如果要访问的页不在内存中当发现将要用到的页面不在主存中时产生缺页中断，当发现将要用到的页面不在主存中时产生缺页中断，由缺页中断来完成页面的调入。由缺页中断来完成页面的调入。页号页号块号块号 存取控制存取控制状态位状态位引用位引用位修改位修改位 外存地址外存地址引用位：引

16、用位： 0 未引用过未引用过1 引用过引用过对页表扩充：对页表扩充：修改位：修改位： 0 未修改未修改1 已修改过已修改过缺页中断的处理过程缺页中断的处理过程 ：相对地址相对地址页号页号 页内地址页内地址页表始址页表始址 页表大小页表大小页表控制寄存器页表控制寄存器+块号块号 块内地址块内地址物理地址寄存器物理地址寄存器逻辑地址寄存逻辑地址寄存器器越界？越界？页号页号块号块号页表页表状态位状态位缺页中断缺页中断215030160若缺页中断处理时内存已无空闲分块？若缺页中断处理时内存已无空闲分块？页面置换页面置换(页面淘汰页面淘汰)页面淘汰算法页面淘汰算法抖动抖动ThrashingThrashi

17、ng（1） FIFO算法算法 先进先出算法先进先出算法最简单的算法最简单的算法（2） LRU算法算法 最近最久不用页面被淘汰最近最久不用页面被淘汰（3） LFU算法算法 最近最少使用页面被淘汰最近最少使用页面被淘汰常用页面淘汰算法：常用页面淘汰算法：3重定位方便重定位方便2保护功能好保护功能好1存储效率高存储效率高4易于共享易于共享5开销稍微偏大开销稍微偏大引入原因：引入原因：按页划分按页划分程序的模块化程序的模块化矛盾矛盾以段为内存分配单位以段为内存分配单位优点：方便程序设计，便于内存共享、保护、动态装入。优点：方便程序设计，便于内存共享、保护、动态装入。作业按逻辑信息的完整性分段，段有段名

18、和作业按逻辑信息的完整性分段，段有段名和段号；段号；段长度由程序决定，可动态延伸；段长度由程序决定，可动态延伸；各段都是从各段都是从0开始编址的连续地址空间（二维）开始编址的连续地址空间（二维）一个段是连续的，各段可以离散存放；一个段是连续的，各段可以离散存放；段表：每进程一个，记录进程内段与内存实段表：每进程一个，记录进程内段与内存实际段存放基地址的映射关系。际段存放基地址的映射关系。段号段号段长段长02k11k240k主存始址主存始址1004000存取控制存取控制 增补位增补位010RWRW特征位特征位110修改位修改位100段表（段表（STST）示意图）示意图地址变换机构和过程：地址变换

19、机构和过程：段表始址段表始址 段表大小段表大小段表寄存器（段表寄存器（JT）+物理地址寄存器物理地址寄存器越界？越界？段号段号 基址基址段表段表4100段号段号逻辑地址寄存器逻辑地址寄存器段内地址段内地址+绝对地址绝对地址段的共享：段的共享： 段表中同一起始地址段表中同一起始地址段的保护：段的保护： 地址越界保护地址越界保护存取控制保护存取控制保护记录共享段和进程的记录共享段和进程的信息，以便共享段的信息，以便共享段的分配和回收分配和回收（1 1）“分页分页”是系统活动，用户无法介入，页的大小固定是系统活动，用户无法介入，页的大小固定“分段分段”是用户可见的，段大小可变是用户可见的，段大小可变（2 2）页式信息的物理单位，不是完整的逻辑单位）页式信息的物理单位，不是完整的逻辑单位段是完整的逻辑信息单位段是完整的逻辑信息单位（3 3）分页的作业空间是一维的，是单一线性空间）分页的作业空间是一维的，是单一线性空间分段的作业空间是二维的。分段的作业空间是二维的。引入原因：引入原因：分页的优点：分页的优点：分段的优点：分段的优点：存储器利用率高存储器利用率高符