存储管理-1固定分区管理.ppt

1、第3章存储管理，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。掌握地址迁移的概念。掌握固定分区的优缺点。学习的重点和难点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)存储扩展和虚拟内存。在第三章“存储管理”中，有两种存储器：内部存储器和辅助存储器，内部存储器可以由中央处理器直接访问。辅助存储器和中央处理器只能在输入/输出控制系统的管理下交换信息。因此，内存是计算机系统中极其重要的资源。在操作系统中，管理内部内存的部分称为“存储管理”。内存的合理使用将极大地影响整个计算机系统性能的提高。第3章存储管理，第3章存储管理，两个重要的概

2、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。地址迁移的问题必须解决。“虚拟存储”:内存容量不能满足实际需要，因此必须打破“程序只有全部在内存中才能运行”的限制。因此，有必要采用“虚拟存储”的技术手段。第3章，存储管理，3.1，固定分区存储管理，3.1.1，地址重定位，内存由存储单元组成。一个存储单元可以存储几个二进制位，八个二进制位称为一个字节。存储器中的存储单元按一定顺序编号，每个单元对应的编号称为该单元的单元地址。单元的单元地址是唯一的，存储在单元中的内容可以更改。在操作系统中，单元地址通常被称为内部存储器的“绝对地址”或“物理地址”。第3章，存储管理，目标程

3、序针对“0”。相同应用问题的多个目标程序，连同系统库功能，被链接和组装以产生相对于“0”寻址的更大的地址空间。这个地址空间称为用户程序的“相对地址空间”或“逻辑地址空间”，称为“相对地址”或“逻辑地址”。这样的项目不能直接投入运行。第3章，存储管理，例如：假设用户程序a的相对地址空间是03KB，在这个程序的地址3000处，有一个调用子程序的指令(它的填充地址是100):“调用100”，如图3l(a)所示。在第3章“存储管理”中，在操作系统中，将用户程序指令中的相对地址转换为绝对地址空间中的绝对地址的过程称为“地址重定位”。也就是说，将指令“呼叫100”中的100改变为20580是地址重定位，如

4、图31(C)所示。第3章，存储管理，3.1.2静态地址重定位。如果在程序运行之前为用户程序实现了地址重定位，那么这种地址重定位被称为“静态地址重定位”。通常，静态重定位是由操作系统中的重定位加载程序完成的。在第3章“存储管理”中，静态重定位具有以下五个特征：(1)静态重定位在程序运行之前完成地址重定位；(2)静态重定位由软件实现，没有硬件支持；(3)实现静态重定位时，加载程序时集中完成地址重定位；4)绝对地址空间中的目标程序不同于原始相对地址空间中的目标程序，因为前者经历了地址调整；5)静态重定位后，如果用户程序在内存中移动，程序指令中的地址将不再反映存储位置，除非该地址再次重定位。第3章，存

5、储管理，3.1.3单个连续分区存储管理。就早期的计算机而言，一次只有一个用户使用计算机，其存储管理采用单个连续分区的分配策略。单个连续分区分配策略的基本思想是将内部内存分成两个分区。分区是固定的，供操作系统使用；另一个分配给用户，称为“用户区”。如图32(a)所示。第3章，存储管理，单个连续分区存储管理的特点：1)系统总是将整个用户区域分配给一个用户。2)内存用户区分为“使用区”和“空闲区”。见图32(b)。在操作系统中，分配给用户的未使用区域称为“内部碎片”。内部碎片的存在是对内存资源的浪费。3)由于在任何时候只有一个作业在内存的用户区域中运行，因此该系统仅适用于单个用户(或单通道)。4)进

6、入内存操作，享受系统中的所有资源。5)操作程序进入用户区域后，无需移动。存储分配策略实现用户程序的静态重定位。第3章，存储管理，6)要实现静态位置调整，我们还应该考虑如何防止对操作系统的入侵，这就是所谓的“存储保护”。为中央处理器中的存储保护设置一个特殊的寄存器“限制寄存器”，如图3-2(C)所示。第三章存储管理，单个连续分区存储管理存在以下缺点：(1)由于一次只能有一个作业进入内存，不适合多程序设计，系统效率低，资源利用率低。2)内存资源的浪费。3)如果用户作业的相对地址空间大于用户区域，则作业无法运行。也就是说，大型作业不能在小内存上运行。在第3章“存储管理”中，在某些条件下，早期的计算机

7、可以采用所谓的“覆盖”技术，这使得大型作业在小内存上运行。第3章，存储管理，称为“覆盖”，是为程序员提供的早期内存扩展技术。其核心思想是允许作业1的几个程序段使用同一个存储区域，共享存储区域称为“覆盖区域”。然而，这种技术并不能完全解决大运算和小内存之间的矛盾。在某些条件下，可以使用所谓的“交换”技术来实现单个连续分区的多通道存储管理。第3章存储管理，“交换”的中心思想：从宏观角度来看，系统中同时运行多个作业。单个连续分区存储管理实现了静态位置调整，因此当“换出”作业程序被“换入”时，它仍然应该被加载到与“换出”之前相同的存储区域中，以确保它能够继续正确运行。第3章，存储管理，314固定分区存

8、储管理，即所谓的“固定分区”存储管理，这意味着可以在内部存储器中分配的用户分区被预先分成几个连续的分区，每个分区的大小可以相同也可以不同。分区后，内部内存中的分区数量和每个分区的大小保持不变。每个分区只允许加载一次作业运行。第3章，存储管理，1对于作业组织，一般来说，固定分区存储管理总是将内存用户分区分成几个大小不同的连续分区。由于分区大小在分区后保持不变，系统可以为每个分区设置一个备份作业队列，形成多队列管理模式。第3章，存储管理，当一个作业到达时，它总是进入“能够容纳该作业的最小分区”的备份作业队列。作业a、b和c在分区1的队列中，表明它们的内存需求不超过8KB；作业d在分区2的队列中，这

9、表明其内存需求大于8KB且小于32KB；作业e和f在分区4的队列中，这表明它们的内存需求大于64KB，小于132KB。缺点：一些分区队列可能很忙，一些分区队列可能空闲。在第3章“存储管理”中，作业a、b和c都在等待进入分区1。根据原则，它们不能进入当前空闲的分区3，尽管分区3的大小可以完全容纳它们。作为改进，在多个分区中只能设置一个备份作业队列。当一个分区空闲时，在这个队列中选择作业并加载它们以供运行是统一的。第3章，存储管理，2分区分配和释放，如果采用多队列管理模式，如果任何分区空闲，只要其队列不为空，那么该分区就被分配给队列中的第一个作业；一旦作业运行，分区将被收回用于下一次分配。分区分配

10、和释放很容易完成。第3章，存储管理。如果采用队列管理模式，当任何分区被释放时，需要从队列中选择一个作业，按照一定的方案进行加载和运行。有以下几种选择方案：1)选择队列中可以容纳的第一个作业。该方案的优点是实现简单，选择效率高。缺点是分区的大部分存储空间可能因为小作业的进入而被浪费，并且存储利用率不高。第3章，存储管理，(2)搜索整个队列，找到这个分区可以容纳的最大作业，并让它运行。该方案的优点是在每个分配的分区中产生的内部碎片尽可能小，因此存储空间的利用率高。缺点：选择效率低，明显歧视小作业。第3章，存储管理，3)在系统中至少保留一个小分区，以避免因运行小作业而被迫分配大分区。为了管理内存中的

11、每个分区，操作系统设置了一个名为“分区分配表”的表，该表记录了每个分区的信息及其当前使用情况。表3l是一个分区分配表。当分区的使用标志为“0”时，表示该分区当前处于空闲状态，可以进行分配；第3章，存储管理，当一个作业需要加载到内存中时，根据分区号扫描分区分配表，找到使用标志为“0”的分区，然后比较要加载到内存中的作业的大小和分区的长度。如果作业可以被容纳并且符合所采用的分配策略，则将其分配给作业，并且将分区分配表中的分区条目的使用标志修改为非0(即，填写作业的名称)以完成分区分配；当作业结束运行时，只需根据作业名称在分区分配表中找到它使用的条目，然后将该条目的使用标志更改为“0”，从而完成分区

12、的释放。第3章，存储管理，3地址重定位和存储保护，固定分区管理。每个分区中只允许加载一个作业，并且作业在操作过程中不会移动，因此系统为进程实现静态重定位。具体而言，当决定将某个分区分配给作业时，重定位加载器将作业指令中的相对地址和该分区的起始地址相加，以获得相应的绝对地址，并完成指令地址的重定位和程序的加载。在固定分区存储管理中，不仅要防止用户程序对操作系统的入侵，还要防止用户程序之间的入侵。因此，为了存储保护，必须在中央处理器中设置一对特殊寄存器，如图36所示。当作业进程运行时，将作业分区的低边界地址加载到低边界寄存器，并将高边界地址加载到高边界寄存器。当作业运行时，硬件将自动检测指令中的地址。如果超过A或B，将产生一个错误中断，从而限制操作员只能在自己的区域内运行。第三章存储管理，固定分区存储管理的特点如下：1)它是最简单的多通道彩色存储管理方案。与单个连续分区相比，它提高了内存资源的利用率。此外，由于系统中有多个通道和多个作业共享其他资源，其他资源的利用率也有所提高。2)当一个分区被分配给