本章考核知識點：

1、重定位

2、固定分區(qū)存儲管理

3、可變分區(qū)存儲管理

4、頁式存儲管理

5、段式存儲管理

6、虛擬存儲器

　　自學要求 ：

明確存儲管理的職能是對主存儲器中的用戶區(qū)域進行管理；

理解在不同的管理方式下如何實現(xiàn)存儲保護、地址轉換、以及主存空間的分配和回收；

比較各種管理方式的特點；

掌握虛擬存儲器的實現(xiàn)原理和方法。

　　重點是：

各種管理方式的特點；

可變分區(qū)方式的主存分配算法以及移動技術；

分頁式虛擬存儲管理的實現(xiàn)以及頁面調度算法；

分段式虛擬存儲管理的實現(xiàn)。

　　操作系統(tǒng)的存儲管理如同一個大地主，管著一個大莊園，當有農戶需要租用田地時，地主就給 分配一塊地讓他種（用戶區(qū)分配）。

等到地里長出了果實（結果出來后，地主還得來收回這塊地（去配）。

　　為了管好這片田地，地主還要管好莊園的門，凡是要進去種地的，都得由地主根據(jù)他的需要讓他到位置確定實際的田地上去干活。

（把 邏輯地址 轉換成 物理地址）

　　莊園里還有一些大家共同可以使用的地方，比如地主的花園，工具房等，大家可以進去，也可以使用，但是不許改變任何現(xiàn)有的東東，還有，每個農戶只能在自己的地里刨食吃，如果有人膽敢到別人地里或地主的花園里摘花偷食，可要當心他們養(yǎng)的狼狗跳出來哦。（共享和保護）

　　當然，再大的地也是不夠多的，地主為了多賺些錢，當所有的地都租出去的時候，他想辦法把有些種田人 暫時不種的那塊地里的東東 連地皮一起挖出來放到倉庫里先堆著。把地騰出來租給別人種

（這一招可夠絕的，不過地主說啦，這就是“虛擬存儲”。）

　　你說這個地主是好是壞？？

　　概述：本章討論的是主存儲器空間的管理。

主存儲空間分成系統(tǒng)區(qū)和 用戶區(qū)兩部分。

存儲管理的功能包括：主存空間的分配和去配、 實現(xiàn)地址轉換、 主存空間的分享和保護和 主存空間擴充。

　　一、重定位（ 領會 ）

　　1、區(qū)分邏輯地址與絕對地址。

　　絕對地址：主存儲器以字節(jié)為編址單位，容量為n的主存儲器中，每個單元有唯一的編號，從0到n-1，這個唯一的編號就是主存儲器的物理地址.

　　 比如我們現(xiàn)在用的128MB內存條中就有128×1024×1024=134217728 字節(jié)， 所以它的內存絕對地址就是從0到134217727.

　　注意啦，莊園的大地主就是這么給自己的地做上標記的。

　　邏輯地址：在多道程序設計的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)為了方便用戶，就允許每個用戶都認為自己的作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)存放在地址是0開始的連續(xù)空間中。
這樣用戶程序中使用的地址就是邏輯地址.

　　種田人不管地主莊園有多少塊地，標了什么號，只要記住自己需要多少地，給自己種的地打上標記就是了。

地主想，只要你們能干活，不需要知道了我的底細了吧（家財不可外揚哦）。

　　2 、重定位（地址轉換的方式）

　　為了保證作業(yè)的正確執(zhí)行，必須根據(jù)分配給作業(yè)的主存區(qū)域對 作業(yè)中指令和數(shù)據(jù)的存放 進行重定位，這種 把邏輯地址轉換成絕對地址的工作稱為“
重定位 ”或“地址轉換”。

重定位的方式有“ 靜態(tài)重定位 ”和“ 動態(tài)重定位 ”兩種。

　　莊園主道：靜態(tài)重定位比較簡單，想當初張三來這兒， 說要租一百塊地，青菜種在第1塊地，蘿卜種2塊地里，土豆得種在第3塊地里……然后得在第28塊地里養(yǎng)鴨，完了要把28塊地里的鴨糞拉到

第49塊地的魚塘里喂魚…… 我就說，行啦行啦，你進去，莊園的左邊101到200號那100塊地就分給你吧，以后你要找哪塊地養(yǎng)鴨養(yǎng)魚的，就得按我給你編的號來找。

每個地址都已經加上100了，不會找錯吧。別說我沒講清楚哦。

　　至于動態(tài)重定位，莊主笑道：這個我也能做到，這么實現(xiàn)的：李四來租地時，我也不問他，直接把他帶到空閑的一片地方。派人記著這那片地的第一個地址。比如說是100號吧。李四這個笨小子干著干著會叫起來說：“老板，現(xiàn)在我要到32號地里抓魚！”旁邊人一聽，馬上告訴他“哎呀，你現(xiàn)在已經分了地啦，起始地塊是100號，那你就得到132號地去才對！”就這樣，李四每一次要找地方時，都叫別人給他重新算一下。

這樣他才不會找錯位置。這樣也有一個好處，就是如果有人出價更好，我可以讓他搬到別處去干活，反正都是叫別人給他重新算位置，所以他就不用記住搬地方后的物理地址啦。

　　（1）靜態(tài)重定位

　　在裝入一個作業(yè)時，把作業(yè)中的指令地址和數(shù)據(jù)地址全部轉換成絕對地址。

這種轉換工作是在 作業(yè)開始前集中完成 的，在作業(yè)執(zhí)行過程中
無需再進行地址轉換。所以稱為“靜態(tài)重定位”。

　　（2）動態(tài)重定位

　　在裝入一個作業(yè)時，不進行地址轉換，而是直接把作業(yè)裝到分配的主區(qū)域中。在作業(yè)執(zhí)行過程中，每當執(zhí)行一條指令時都由硬件的地址轉換機構轉換成絕對地址。

這種方式的地址轉換是在 作業(yè)執(zhí)行時動態(tài)完成
的，所以稱為動態(tài)重定位。

　　動態(tài)重定位由軟件（操作系統(tǒng)）和硬件（地址轉換機構）相互配合來實現(xiàn)。

動態(tài)重定位的系統(tǒng)支持“程序浮動”， 而靜態(tài)重定位則不能。

　　二、固定分區(qū)存儲管理（ 領會 ）

　　分區(qū)存儲管理是把存儲器中的用戶區(qū)作為一個連續(xù)區(qū)或分成若干連續(xù)區(qū)進行管理。

早先使用一個分區(qū)的存儲管理，后發(fā)展成多分區(qū)的存儲管理。

多個分區(qū)的管理可采用固定分區(qū)方式和 可變分區(qū)方式。

　　1、固定分區(qū)存儲管理的原理

　　固定分區(qū) 的意思就是指 主存空間劃分成若干連續(xù)區(qū)后，這些分區(qū)的大小和個數(shù)
就 固定 不變。

　　固定分區(qū)管理利用一張“ 主存分配表 ”說明各分區(qū)的情況。 裝入和結束作業(yè)均通過這個分區(qū)表來記錄分區(qū)使用的變化情況。

　　2、如何實現(xiàn)存儲保護

　　固定分區(qū)管理 可采用 靜態(tài)重定位 的方式裝入作業(yè)。

裝入程序把作業(yè)中的邏輯地址轉換為絕對地址。并檢查絕對地址是否在指定（裝入）的分區(qū)內，如果是，就裝入這個作業(yè)。否則就不能裝入。

如果裝入主存分區(qū)的作業(yè)占用處理器時（注意，是運行時），進程調度程序（不是裝入程序了）必須把作業(yè)所在分區(qū)的上下限地址存入“下限寄存器”和“上限寄存器”中，這樣可以在指令執(zhí)行中判斷其所用到的絕對地址是否越界，達到存儲保護的目的。

　　3、怎樣 提高主存空間的利用率 這里有幾種辦法：

　　（1）分區(qū)按大小順序排列，這樣可以使作業(yè)總是 先使用滿足要求的最小分區(qū)。

　　（2）根據(jù)經常出現(xiàn)的作業(yè)大小和頻率劃分分區(qū)。

　　（3）按作業(yè)的對主存空間的需求量排成多個隊列，規(guī)定隊列與分區(qū)的對應關系。也就是說多大的作業(yè)只能放在多大的分區(qū)里，就算有更大的分區(qū)空著，也不許他進入。

　　三、可變分區(qū)的管理（ 領會 ）

　　可變就是指分區(qū)的 大小和位置不是固定 的，而是根據(jù)作業(yè)要求的主存量 來分配分區(qū)的大小。

　　1、主存的分配和去配（回收）

　　在系統(tǒng)初始化時，主存除了操作系統(tǒng)所占部分外，整個用戶區(qū)是一個大的空閑區(qū)，可以按作業(yè)需要的空間大小順序分配空閑區(qū)直到不夠時為止。

　　當作業(yè)結束時，它的占用分區(qū)被收回。這個空閑區(qū)又可以根據(jù)新作業(yè)的大小重新用于分配，所以主存中的已占分區(qū)和空閑區(qū)的數(shù)目和大小都是在變化的。

可以用兩張表“已分配區(qū)表”和“空閑區(qū)表”來記錄和管理。

　　2、常用的分配算法

　　最先適應分配算法
：簡單地說，就是在分區(qū)表中順序查找，找到夠大的空閑區(qū)就分配。 但是這樣的分配算法可能形成許多不連續(xù)的空閑區(qū)，造成許多“碎片”，使主存空間利用率降低。

　　最優(yōu)適應分配算法 ：這種算法總是挑選一個能滿足作業(yè)要求的最小空閑區(qū)。但是這種算法可能形成一些極小的空閑區(qū)，以致無法使用，這也會影響
主存利用率。

　　最壞適應分配算法 ：這種算法和上面的正好相反，它總是挑一個最大的空閑區(qū)分給作業(yè)使用，使剩下的空間不至于太小。

　　3、地址轉換與存儲保護

　　采用 可變分區(qū)方式管理 時，一般均采用動態(tài)重定位方式裝入作業(yè)。也就是每讀一條指令，都要變換一次地址。

變換要靠 硬件支持，主要是 兩個寄存器 ：基址
寄存器和限長 寄存器，限長寄存器存放作業(yè)所占分區(qū)的長度，基址寄存器則存放作業(yè)所占分區(qū)的起始地址，這兩個值確定了一個分區(qū)的位置和大小。

　　轉換時根據(jù)邏輯地址與限長值比較，如果不有超過這個值，表示訪問地址合法，再加上基址寄存器中的值就得到了絕對地址了，否則形成“地址越界”中斷。達到存儲保護的目的。

　　對于共享程序，則硬件提供兩組限長寄存器和基址寄存器。

訪問時對訪問區(qū)享區(qū)和作業(yè)區(qū)的地址分別進行轉換。

　　4、移動技術的應用

　　移動技術 要“移動”的東東就是主存空間中的作業(yè)。

把某個作業(yè)移到另一處主存空間去（在磁盤整理中我們應用的也是類似的移動技術），這樣的最大好處就是可以合并一些空閑區(qū)。

　　但是移動技術的應用也要注意以下問題。

　　移動會增加系統(tǒng)開銷。所以要盡量減少移動。

　　移動是有條件的，如果作業(yè)在執(zhí)行過程中正等待與外圍設備傳輸信息，就不能移動。因此在移動時首先要判定該作業(yè)是否與外設交換信息。

　　四、頁式存儲管理（ 領會 ）

　　1、如何分頁和分塊

　　頁式存儲管理中有兩個名詞：“ 頁 ”和“ 塊 ”，其中的“塊”是針對硬件來說的，就是把存儲器分成若干相等大小的區(qū)，每個區(qū)就稱為一個塊。

對應的，在程序中，邏輯地址進行“分頁”，其大小和每個塊相一致。

　　事實上，頁面的大小是由塊的大小自然決定的。對于程序來說，其邏輯地址還是和原來一樣采用連續(xù)的地址。只是 按照塊的位數(shù)取其前面數(shù)位做為頁號 .

　　分配空間時，根據(jù)作業(yè)長度可以確定它的頁面數(shù)，根據(jù)這個頁面數(shù)在主存中分配相應的塊數(shù)，只要是空閑塊就可以放入，即使不是相鄰的。并把分配情況記在“頁表”中，根據(jù)頁表可以找到相對應的頁號與塊號，就得出絕對地址了。

　　2、采用頁式管理，使主存空間充分利用，頁不必為了得到連續(xù)空間而進行移動。 可以提高系統(tǒng)效率。

　　3、頁表的構造與作用

　　每個被裝入主存的作業(yè)都有一張 頁表 ，指出該作業(yè)邏輯地址中的頁號與所占用的主存塊號之間的對應關系。頁表的長度由作頁擁有的頁面數(shù)決定，行號對應為頁號，行中記錄的是主存中的塊號。

　　頁表是硬件進行地址轉換的依據(jù)，每執(zhí)行一條指令時按邏輯地址中的頁號查找頁表并轉換成絕對地址。

　　在多道程序設計系統(tǒng)中，進入主存的每個作業(yè)都有一張頁表，由一個硬件“頁表控制寄存器”來記錄每個作業(yè)的頁表所在位置和長度以便作業(yè)轉換時同時轉換頁表。

　　4、快表的構造與作用

　　快表 就是頁表的一部分克隆，每行中有頁號及其對應的塊號，整個快表存放在一個小容量的高速緩存中，訪問時快表和內存同時進行查找，因為快表速度很快，而常用的頁都登記在快表中，因此可以大大加快執(zhí)行速度。

　　5、采用頁式管理的地址轉換過程

　　（為什么不直接用塊分配表來記錄而要用位示圖呢，因為主存塊很多，這樣可以節(jié)省空間，提高效率。位示圖就是用一個位（0或1）來表示一個塊的使用狀態(tài)，一個字32位，可以表示32塊。按順序排列，只需一小段內存就可以記錄主存中大量的塊狀態(tài)）

　　6、利用位示圖實現(xiàn)頁式存儲空間的分配和回收

　　頁式存儲管理把主存空間分成大小固定的許多塊，在裝業(yè)作業(yè)時，如何知道主存中哪些塊已使用，哪些還未用，可以用位示圖來表示。

　　塊號=字號×字長＋位號

　　字號=[i/字長]（即塊號i除以字長取整）

　　位號=i mod 字長（即塊號i除以字長取余）。

　　五、段式存儲管理（ 領會 ）

　　1、段式存儲中段的劃分

　　段式管理 是根據(jù)人們對 程序 中需要 分段編制 的要求出發(fā)而提供的。它提供給用戶編程時使用的邏輯地址由“段號”和“段內地址”兩部分組成，其形式和頁式管理相同。但是實際上是不同的：

　　頁式存儲管理提供連續(xù)邏輯地址由系統(tǒng)自動分頁，段式存儲管理中的作業(yè)分段是由用戶決定的，每段獨立編程，因此段間的邏輯地址是不連續(xù)的。

　　2、段式存儲空間的分配

　　這種分配方法和可變分區(qū)管理方式的分配方法相同，所不同的是：

　　可變分區(qū)管理方式中是為每個作業(yè)分一個區(qū)，而段式管理是為一個作業(yè)中的每個段分一個連續(xù)的空間。（段式管理更細）。

　　3、段表的構造與作用

　　段表 由 段號 、 本段限長 和 起始地址 三部分組成，由于每一行記錄的行號可以對應程序的段號，因此段號實際上被省略，不占存儲空間。

　　與其他管理方式一樣，段表記錄的信息用于地址轉換和存儲保護。段表的表目起到了基址/限長寄存器的作用。

　　4、段式存儲管理的地址轉換

　　這個轉換過程如同可變分區(qū)方式的地址轉換，但是由段表的表目替代了基址/限長寄存器。

　　絕對地址=根據(jù)段號找到段表中的起始地址+段內地址 （如果段內地址超過限長則產生“地址越界”程序性中斷事件達到存儲保護）

　　多道程序設計系統(tǒng)中，每個進入主存的作業(yè)都建立了段表，因此還有一個硬件“段表控制寄存器”來記錄每個作業(yè)的段表在主存中的位置和長度。

　　六、虛擬存儲器（ 領會 ）

　　1、什么是虛擬存儲器

　　虛擬存儲器 是為“擴大”主存容量而采用的一種設計技巧，它利用作業(yè)在只裝入部分信息時就可以執(zhí)行的特性和程序執(zhí)行中表現(xiàn)出來的局部性特性，借助于大容量的輔助存儲器實現(xiàn)小主存空間容納大邏輯地址空間的作業(yè)。

　　虛擬存儲器的容量 由計算機的 地址結構（總線位數(shù)） 決定。

　　2、虛擬存儲器的實現(xiàn)原理

　　它的工作原理如下：首先把作業(yè)信息保留在磁盤上，當作業(yè)請求裝入時，只將其中一部分先裝入主存，作業(yè)執(zhí)行中若要訪問的信息不在主存中，則再設法將這些信息裝入主存。

　　3、分頁式虛擬存儲器的實現(xiàn)

　　頁式虛擬存儲管理 是在 頁式存儲管理 的基礎上實現(xiàn)的。首先把作業(yè)信息作為副本存放在磁盤上，作業(yè)執(zhí)行時，把作業(yè)信息的部分頁面裝入主存儲器，作業(yè)執(zhí)行時若所訪問的頁面已經在主存中，則進行地址轉換，得到絕對地址，否則產生“缺頁中斷”由操作系統(tǒng)把當前所需的頁面裝入主存。

　　4、常用的頁面調度算法：FIFO、LRU、LFU

　　當主頁中無空閑塊時，為了裝入一個頁面，就必須按某種算法將主存中某個頁調出，調入所需裝入的頁面。這就是頁面調度。常用的算法有：先進先出調度算法（ FIFO ）、最近最少使用調度算法（ LRU ）和最近最不常用調度算法（ LFU ）。

　　特別要注意掌握的就是 LRU的算法 ，如何進行調度。

　　5、缺頁中斷率

　　如果作頁執(zhí)行中訪問頁面的總次數(shù)為A，其中有F次訪問的頁面尚未裝入主存，則有F次缺頁中斷，f=F/A，這里的f就稱為缺頁中斷率。影響缺頁中斷的因素有：

　　分配給作業(yè)的主存塊數(shù)——塊數(shù)n↑ f↓

　　頁面的大小——頁面大小↑ f↓

　　程序編制方法——局部化程度↑ f↓

　　頁面調度算法

　　6、段式虛擬存儲器的實現(xiàn)

　　段式虛擬存儲管理 以 段式存儲管理 為基礎，在磁盤上保留作業(yè)的各個分段信息，作業(yè)執(zhí)行時把需要執(zhí)行的一段或幾段裝入主存。在實際使用中，也要進行查表和地址轉換以及“缺段中斷” 和調度（包括調出、裝入、移動等）工作。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统--存储管理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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