存储管理 .ppt

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1、存储管理现在学习的是第1页，共44页存储管理主要是研究进程如何占用主存。包括三个方面的内容：1.取：该将哪个进程从辅存调入主存。分“请调”和“预调”。2.放：将取来的进程按何种方式放在主存的什么地方。3.替换：将哪个进程暂时从主存移到辅存，以让出空间供其他进程占用。“放”是存储管理的基础。1.连续的。即程序和数据必须放在主存的一片连续空间。2.不连续的。即程序和数据可以放在主存的多个不相邻的块中。现在学习的是第2页，共44页5.1连续空间分配5.1.1单道连续分配系统只有单道用户程序，连续存放于主存中。1.存储分配与空间保护方法操作系统用户程序0aa+1n仅将主存空间分成两块，为避免用户程序执

2、行时访问操作系统空间，通过硬件实现存储保护。现在学习的是第3页，共44页界地址寄存器CPUAa地址ATAF程序异常处理主存越界地址检查机构现在学习的是第4页，共44页2.覆盖当作业较大时，存储空间容不下用户程序，可用覆盖解决。基本思想：把用户程序分成一个固定区和多个覆盖区。将经常活跃的部分放在固定区，其余部分按执行顺序分别占用覆盖区。例：A(4k)B(6k)C(4k)D(6k)F(8k)E(10k)操作系统固定区（4k）覆盖区0（6k）覆盖区1（10k）过程间的调用关系主存区域的划分现在学习的是第5页，共44页BCEDF（0，0）（0，1）（1，0）（1，1）（1，2）操作系统A(4k)C(4

3、k)D(6k)DE操作系统A(4k)C(4k)E(10k)6k10k说明：覆盖技术把解决空间不足的问题交给用户，操作系统提供将覆盖段调入主存的系统调用，但用户必须自己说明覆盖段，并安排调入覆盖段。现在学习的是第6页，共44页3.交换基本思想：把处于等待状态的作业从主存移到辅存，叫换出；把竞争CPU的作业从辅存移到主存，叫换入。注意：当作业处于等待状态准备出交换时，是否满足换出条件。如果作业正进行I/O活动则不能换出，否则该作业的I/O数据区将被换入作业占用。也可开辟缓冲区，将输入输出活动在其中进行，此时作业交换不受限。现在学习的是第7页，共44页5.1.2多道固定划分法主存可存放多道作业，作业

4、间应进行保护。1.存储划分、地址重定位与空间保护方法操作系统U1U2Un将用户空间分成长度固定的几块，根据常见作业的大小来划分，系统运行过程中收集统计信息重新修订各块的大小。现在学习的是第8页，共44页相关概念：地址重定位：将目标代码中相对于0的地址开始的所有指令、数据地址变换成主存物理地址。静态重定位：在将目标代码加载到主存时，将所有地址改为“原地址+目标代码所在主存起始地址”（链接时装配成绝对地址）。动态重定位：用硬件地址转换机构在执行访存指令时将“原地址+目标代码所在主存起始地址”后进行访问（指令执行时转换成绝对地址）。上、下界寄存器和地址检查机制（静态重定位）基址寄存器、长度寄存器和动

5、态地址转换机制（动态重定位）现在学习的是第9页，共44页上界寄存器下界寄存器CPU地址ATATA主存程序性异常FF硬件提供一对寄存器，分别存放运行程序的上、下界地址。当CPU分配给某道作业时，即将该作业的上、下界分别装入。当程序被执行时，每访问一次主存，地址检查机制将CPU提供的访存地址与上、下界寄存器的值进行比较。地址检查机制现在学习的是第10页，共44页长度寄存器基地址寄存器CPU+地址ATA主存程序性异常F基地址寄存器存放程序在主存的起始地址，长度寄存器存放程序总长度。程序运行时，每访问一次主存，将访存地址（相对地址）与长度寄存器的值进行比较，若越界则终止该程序，否则与基地址寄存器中的值

6、相加成为绝对物理地址。动态地址转换机制现在学习的是第11页，共44页2.作业存储调度多道固定划分法下，作业调度分为多队列法和单队列法。操作系统4k6k12k1k2k4k5k6k11k8k8k多队列作业操作系统4k6k12k4k5k3k7k单队列作业现在学习的是第12页，共44页3.存储碎片存储碎片：未得到利用的空间称为碎片。内部碎片：若存储长度为n，该块存储的作业长度为m，则剩下空间（n-m）称为内部碎片。外部碎片：若存储块长度为n，作业长度超过该块，使该块长时间得不到使用，称该块为外部碎片。现在学习的是第13页，共44页5.1.3多道连续可变划分法1.管理方法系统设置一张表，用于登记主存空间

7、用户区域中未占用的空闲块。例：P113存储区域的变化。（1）分配存储空间算法表示：P114分配策略：首次满足法、最佳满足法、最大满足法。（2）回收空间若收回的块与F中某些块相邻，则合并这些块。（什么时候空闲块个数减1?)现在学习的是第14页，共44页2.可用空间的管理多道可变连续划分法采用数组或链表管理可用空间。数组：用一个数组登记可用空间的分配情况。当数组项为0时表示该项对应的存储分配单位为空闲，为1时表示占用。链表：在每个可用块的低地址部分设两个域，分别是指针域和表示块长的长度域。紧致：通过移动主存中作业位置，使可用空间连成一片。总结P115表5.2现在学习的是第15页，共44页5.2不连

8、续空间分配连续存储易出现大量碎片，为充分利用存储空间引入不连续分配策略。5.2.1页式管理避开作业连续分配的要求。1.空间安排页式系统中，用户编程地址和主存中地址失去简单对应关系。需对两种空间加以区分。逻辑空间和逻辑地址：用户编程时所设想的空间和所用地址。物理空间和物理地址：主存空间和对应地址。逻辑空间、物理空间及辅存空间均以相同长度为单位进行等分。逻辑空间划分出的区域称为页；物理空间划分出的区域称为页帧；辅存划分出的区域称为块。现在学习的是第16页，共44页2.动态地址转换机制程序运行时，须由硬件提供地址转换机构将逻辑地址转换成物理地址。（1）页表把逻辑地址对应的物理地址登记在一张称为页表的

9、表中。逻辑空间有N页，页表就应有N项。1页0页2页3页4页81530012345678现在学习的是第17页，共44页（2）地址结构逻辑地址和物理地址均可分解成两部分。逻辑地址：页号P，页内位移d。物理地址：页帧号f，页帧内位移d。求解公式：P=逻辑地址/页面大小d=逻辑地址P页面大小例如：页面大小为512字节，地址539属于第1页，页内位移为27。现在学习的是第18页，共44页P=LA/页面大小，d=LAP页面大小逻辑地址LA页表起始地址ff页面大小物理地址现在学习的是第19页，共44页（3）有关页面大小的考虑可将加减乘除运算改成位移。例如：页面大小为512字节，即2的9次方。则逻辑地址539

10、的转换过程如下：（539）10=（1000011011）2100011010108Pd现在学习的是第20页，共44页Pd0k页表起始地址+f页表fd现在学习的是第21页，共44页说明：页面不可过大也不可过小。太大失去分页意义，太小一方面造成页表过大，一方面空间管理开销太大。页面取512，1024，2048，4096字节。现在学习的是第22页，共44页（3）联想存储器用户访问一次存储单元实际需要访问两次主存，使得运行速度下降一半。将经常使用的页表项置于快速存储器（联想存储器）可加快速度。联想存储器：一种高速存储体。每一项由两部分组成：关键字和值。PdK1f1KfKnfnPPPfdLAPA现在学习

11、的是第23页，共44页页表起始地址+页表fPdfdP1P2PPkPnf2ffkfnf1联想存储器现在学习的是第24页，共44页假设访问主存的时间为750ns，搜索联想存储器的时间为50ns，命中率为80%，求出平均访存指令执行时间为：80%（50+750）+20%（50+750+750）=950ns与非页系统相比，访问速度降低26.6%。3.可用空间管理页式系统把所有可用页帧组成一个链表或数组。当作业进入主存时，检查现有可用页帧是否满足，若不满足则不能分配。工作过程如下：P119现在学习的是第25页，共44页例1：某操作系统的存储管理采用页式管理系统，系统的物理地址空间大小为32M，页的大小是

12、4K。假定某进程的大小为32页，请回答如下问题：(1)写出逻辑地址的格式。(2)该进程的页表有多少项？例2：操作系统采用分页式存储管理方法，要求()。A、每个进程拥有一张页表，且进程的页表驻留在内存中。B、每个进程拥有一张页表，但只要执行进程的页表驻留在内存中，其他进程的页表不必驻留在内存中。C、所有进程共享一张页表，以节约有限的内存空间，但页表必须驻留在内存中。D、所有进程共享一张页表，只有页表中当前使用的页面必须驻留在内存中，以最大限度地节约有限的内存空间。现在学习的是第26页，共44页例3：假定在某采用分页式存储管理的系统中，主存容量为M，被分成1024块，块号为0，1，2，1023。某

13、作业的地址空间占4页，其页号为0、1、2、3，被分配到主存的第28、46、12、57块中。回答：(1)主存地址应该用()位来表示。(2)作业每一页的长度为()；逻辑地址中的页内地址应占用()位来表示。(3)把作业中每一页在分到的主存块中的起始地址填入下表。页号起始地址 页号起始地址0213现在学习的是第27页，共44页例4：假定某操作系统存储器采用页式存储管理，页的大小为64字节，假定一进程的代码段的长度为702个字节，页表如左表所示。该进程在联想存储器中的页表如右表所示。现进程有如下的访问序列：其逻辑地址为八进制的105、217、567、1120、2500。试问给定的这些地址能否进行转换？页

14、号页帧号0F01F12F23F34F45F56F67F78F89F910F10页号页帧号0F01F12F23F34F4现在学习的是第28页，共44页例5：在页式存储系统中选择页的大小，需要考虑下列哪些因素?（1）页面大的好处是页表较小。（2）页面小的好处是可以减少由内部碎片引起的内存浪费。（3）通常，影响磁盘访问时间的主要因素不在于页面的大小，所以使用时可优先考虑较大的页面。例6：（1）在采用请求分页式存储管理的系统中，地址变换过程可能会因为（）、（）和（）等原因而产生中断（2）在可变分区存储管理中，分区的保护通常采用（）和（）两种方式。现在学习的是第29页，共44页例7：在页式系统中：(1)

15、如果一次存储访问需1.2s，那么访问一次页面要多少时间?(2)如果增加8个单元联想存储器，且查询联想存储器的命中率为75%，那么等效存储访问时间为多少(假定在联想存储器中查找一个页表项所需时间为零)?现在学习的是第30页，共44页4.共享与保护有些代码应可以共享。在连续分配模式下，共享是不可能的。在页式系统中的共享：edit1edit2edit3data1J1edit1edit2edit3data2J2edit1edit2edit3data3J33461J13462J23465J301234567edit1edit2edit3data1data2data3现在学习的是第31页，共44页页式管理

16、的越界保护：设置页表长度寄存器，查页表之前，首先检查页号是否越界。（需要查页内位移越界吗？）新的问题：可共享后对共享页要进行特殊保护，称为操作访问保护。在页表项增设一个存储保护域，项目有读、写、执行。P120表5.3总结：页式管理空间利用好、管理方法简单，但将空间按页划分不符合用户需求。用户看待程序是以自然段为单位，保护与共享也以自然段划分。例：图5.19、图5.20现在学习的是第32页，共44页5.2.2段式管理1.空间安排按照用户作业的自然段划分逻辑空间。例如：主程序子程序1子程序2数据OS子程序2主程序子程序1数据段的划分作业在主存中以段为连续存放单位现在学习的是第33页，共44页逻辑地

17、址：段号S，段内位移d。注：页式系统中，逻辑地址的页号和页内位移对用户透明；段式系统中段号和段内位移由用户提供。段式系统对物理空间的管理与多道连续可变划分法一样，但不要求作业在主存中以整个作业为连续单位，而以段为连续单位。现在学习的是第34页，共44页2.动态地址转换与页式系统基本相同。段表：段表项内容（页表中为什么没有页内位移越界？）保护码保护码段长（越界）本段在主存的起始地址段式管理地址装换过程P122图5.24现在学习的是第35页，共44页例：某段式存储存器中采用如下段表，计算0,432、1,10、2,500、3,400的内存地址。段号段的长度主存起始地址0660221911403300

18、2100903580123749601959现在学习的是第36页，共44页3.共享与页式管理基本相同。主程序SIN数据主程序SIN子程序1子程序2SINJ1J2现在学习的是第37页，共44页共享时必须注意的问题：若被共享的段引用自身的某个地址，则各程序必须用同一段号来共享这一段。例如：程序被两个进程共享SQRT(X,Y)If(X0)thengotoLY=“X开方的结果”RETURNL:“报告出错”RETURN现在学习的是第38页，共44页作业J1和J2分别将共享段SQRT安排在逻辑空间的第1段和第0段，出现问题：SQRT段调入主存时应该将语句（1）的符号地址转换成逻辑地址，即把L换成（段号，L

19、），应该把段号置成1还是0？A段SQRTB段SQRTJ1J2J1J2A段SQRTB段现在学习的是第39页，共44页5.2.3段页式管理将段式和页式结合起来。1.空间安排主程序子程序数据01010123逻辑地址组成：段号、页号、页内位移段表页表用户程序现在学习的是第40页，共44页2.动态地址转换保护码长度页表始地址段表页表主存地址转换P124图5.29增加联存现在学习的是第41页，共44页3.保护与共享与段式系统相同。第0段第1段第2段SIN第0段第1段第2段SIN段表段表页表SIN主存SINSIN现在学习的是第42页，共44页总结：P125现在学习的是第43页，共44页5.3虚存管理现在学习的是第44页，共44页