操作系统原理-第4章-存储管理-段式存储管理

1、授课内容与重难点n 基本分段存储管理方式：基本分段存储管理方式：理解相关概念，掌握实现理解相关概念，掌握实现原理（重）和地址变换过程（难）；原理（重）和地址变换过程（难）；n 段页式存储管理方式：段页式存储管理方式：理解基本概念，掌握实现原理解基本概念，掌握实现原理（重）和地址变换过程（难）；理（重）和地址变换过程（难）；n 虚拟存储器的基本概念：虚拟存储器的基本概念：理解虚拟存储器的基本概理解虚拟存储器的基本概念与实现思想（重点）；念与实现思想（重点）；4.4 基本分段存储管理方式固定分区动态分区分页存储管理提高内存利用率提高内存利用率知识回忆分段存储分段存储管管理引入原理引入原因因满足用户

2、(程序员)在编程和使用上多方面的需要 方便方便 编程编程 分段分段 共享共享 分段分段 保护保护 动态动态 链接链接 动态动态 增长增长4.4.1 分段存储管理方式的引入分段存储管理方式的引入1 基本分段存储管理的基本思想：4.4.2 分段系统的基本原理作业地址空间作业地址空间 一个作业被划分为分若干个段； 一个段拥有一个段名或段号； 一个段标识一个完整的信息单位 段号从0开始，依次编号到n； 每一段段内从0开始连续编址； 作业的地址空间为二维的；LOAD 1,A|STORE 1,B|主程序段 0015K-17K-1子程序段 108K-1数据段 20作业地址空间按逻辑分段，物理内存空间按段的实

3、际大小分配，所有逻辑段运行前需要全部装入分段地址结构：分段地址结构：内存分配思想：以段为单位，为每个段分配一片连续的内存空间依次存放段的全部信息；每个段分配的内存空间由其起始地址和段长度确定；段之间为离散分配，即各段之间地址可以不连续；段号段号 段内地址段内地址31 16 15 0 分段存储分配的算法与特点：u动态分区分配：采用空闲分区表或链表管理可用内存空间；分配策略可采用首次适应、循环首次适应或最佳适应算法。u段内连续，段间离散：分段式管理以段为单位为一个段分配一片连续存储空间；各段之间的内存分配可以是连续的，即段间离散。u缺点：同样不可避免碎片问题。2 段表：为了实现段的逻辑地址到物理地

4、址的转换，必须为每个进程建立一个段表，用于记录各段的内存分配信息。段号段长基址030K40K120K80K215K120K310K150K段表示意图段表示意图段表的存储和隶属关系：存储：段表一般存放在内存中，由段表始址和段表长度唯一确定；归属：每个进程拥有一个段表；并在进程PCB记录段表的始址和段表长度；目的：实现段的地址映射。作业空间(MAIN)0030K(X)1020K(D)2015K(S)3010K30K20K15K10K40K80K120K150K段长基址段号(MAIN)030K(X)120K(D)215K(S)310K040K80K120K150K段表内存空间0123段表实现地址映射

5、示意图段表实现地址映射示意图3 地址变换地址变换机构：地址变换机构：段地址变换机构由段地址变换机构由段表、段表寄存段表、段表寄存器、物理地址寄存器器、物理地址寄存器等硬件设施以及相关等硬件设施以及相关软件软件组成；组成；段表寄存器：段表寄存器：存放段表始址和段表长度；存放段表始址和段表长度；地址变换过程如下图所示：地址变换过程如下图所示：段表寄存器段表寄存器段表始址段表始址段表长度段表长度TLTL2 2100100段号段号S S位移量位移量W W+ +越界中断越界中断段号段号 段长段长 始址始址0 01 12 23 31k1k6006005005002002006k6k4k4k8k8k9200

6、9200+ +82928292主存主存物理地址物理地址逻辑地址逻辑地址段表段表段式系统地址变换过程示意图段式系统地址变换过程示意图8k8kW500W=TL，越界处理；否则，由段表寄存器中的段表始址访问段表，并找到本段的段表项； 由段表项指定的本段页表起始地址访问本段的页表，并根据逻辑地址的页号找到本页所在的存储块； 然后，由块号与页内地址（偏移）构成实际的物理地址； 最后根据物理地址获取实际信息数据。注意：在段页式存储系统中，获取一条指令或数据需要在段页式存储系统中，获取一条指令或数据需要访问三次内存：段表、页表和实际数据。访问三次内存：段表、页表和实际数据。段页式系统中的地址变换机构与过程示

7、意图段页式系统中的地址变换机构与过程示意图 段表寄存器段表始址段表长度段号S页号P段超长段表0123页内地址页表0123b块号 b块内地址页表始址页表长度逻辑地址逻辑地址(注意：是二维的，注意：是二维的，后两个构成段内偏移量后两个构成段内偏移量)STL第一次访问内存第一次访问内存第二次访问内存第二次访问内存第三次访问内存第三次访问内存4.5 4.5 虚拟存储器的基本概念虚拟存储器的基本概念 4.5.1 4.5.1 虚拟存储器的引入虚拟存储器的引入 1. 1. 常规存储器管理方式的特征常规存储器管理方式的特征 一次性：一次性：作业在运行前必须一次性将程序、数据作业在运行前必须一次性将程序、数据装

8、入内存（包括运行期间不执行的部分）才能运装入内存（包括运行期间不执行的部分）才能运行；行； 驻留性：驻留性：作业装入内存后，便一直驻留于内存，作业装入内存后，便一直驻留于内存，直到作业运行结束直到作业运行结束 。缺点：缺点：作业在运行过程中，不运行或暂时不运行作业在运行过程中，不运行或暂时不运行的程序（数据）将一直呆在内存中。的程序（数据）将一直呆在内存中。2. 2. 局部性原理局部性原理 局部性原理：局部性原理： 早在早在19681968年，年，Denning.PDenning.P就曾指出：就曾指出：程序在执行时将程序在执行时将呈现局部性原理，即在一较短时间内，程序的执行仅局限呈现局部性原理

9、，即在一较短时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应地，它所访问的存储空间也局限于某个于某个部分；相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。区域。 关于局限性的论证参考书上说明，请自学。关于局限性的论证参考书上说明，请自学。3. 3. 虚拟存储器定义虚拟存储器定义 n 虚拟存储器：虚拟存储器：是指以软件的方法从逻辑上（非物理）是指以软件的方法从逻辑上（非物理）上扩充内存的容量。上扩充内存的容量。n 实现思想：实现思想：根据局部性原理，作业在运行前，没有必根据局部性原理，作业在运行前，没有必要将其程序（数据要将其程序（数据) )调入内存，而是调入内存，而是把当前要执行的部把当前要执行的部分（或

10、页或段）调入内存便开始执行分（或页或段）调入内存便开始执行；在执行过程中，；在执行过程中，陆续将要执行但又不在内存的部分程序（数据）调入陆续将要执行但又不在内存的部分程序（数据）调入内存；若内存不够时，也可陆续将暂时不运行的程序内存；若内存不够时，也可陆续将暂时不运行的程序调出内存，以腾出内存空间。调出内存，以腾出内存空间。n 功能要求：功能要求：实现虚拟存储器的核心是存储管理系统必实现虚拟存储器的核心是存储管理系统必须具备调入和换出功能。须具备调入和换出功能。4.5.2 4.5.2 虚拟存储器的实现方法虚拟存储器的实现方法 1.1.请求分页系统请求分页系统实现方法是在分页系统的基础上，增加了

11、请求调页功实现方法是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。 1 1）需要硬件支持：）需要硬件支持： 请求分页的页表机制：请求分页的页表机制：用于请求分页的数据结构；用于请求分页的数据结构；缺页中断机构：缺页中断机构：产生缺页中断，以请求产生缺页中断，以请求OSOS将所缺的页调将所缺的页调入内存；入内存；地址变换机构：地址变换机构：实现逻辑地址到物理地址的变换（类似实现逻辑地址到物理地址的变换（类似分页系统）分页系统） 2 2）实现请求分页的软件：）实现请求分页的软件：在硬件的支持下，还需实现请求在硬件的支持下，还

12、需实现请求调页功能的软件和实现页面置换功能的软件。调页功能的软件和实现页面置换功能的软件。4.5.2 4.5.2 虚拟存储器的实现方法虚拟存储器的实现方法 2.2.请求分段系统请求分段系统请求分段系统是在分段系统的基础上，增加了请求调请求分段系统是在分段系统的基础上，增加了请求调段和分段置换功能所形成的段式虚拟存储系统。段和分段置换功能所形成的段式虚拟存储系统。 1 1）需要硬件支持：）需要硬件支持： 请求分段的段表机制：请求分段的段表机制：用于请求分段的段表数据结构；用于请求分段的段表数据结构；缺段中断机构：缺段中断机构：产生缺段中断，以请求产生缺段中断，以请求OSOS将所缺段调入将所缺段调入内存；内存；地址变换机构：地址变换机构：实现段逻辑地址到物理地址的变换实现段逻辑地址到物理地址的变换 2 2）实现请求分段的软件：）实现请求分段的软件：在硬件的支持下，还需实现请求在硬件的支持下，还需实现请求调段功能的软件和实现分段置换功能的软件。调段功能的软件和实现分段置换功能的软件。4.5.