（操作系统) 第四章：存储器管理

一、定义

存储器的层次结构

• 1 . 存储器的多层结构

  • 存储器至少具有三级：最高层为CPU寄存器、中间为主存、最底层是辅存。
  • 较高档的计算机中可细分为：寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质。
    

• 2 . 可执行存储器 ：寄存器和主存储器被称为可执行存储器。

• 3 . 主存储器 ： 用以保存进程运行时的程序和数据

• 4 . 寄存器 ： 具有与处理器相同的速度，故对寄存器的访问速度最快，完全能与CPU协调工作。

• 5 . 高速缓存 ： 介于寄存器和存储器之间的存储器。

• 6 . 磁盘缓存 ： 由于目前磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，为了缓和两者之间再速度上的不匹配，而设置了磁盘缓存。

• 7 . 编译 ： 由编译程序对用户程序进行编译，形成若干个目标模块。

• 8 . 链接 ： 由链接程序将编译后的一组模块与模块所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块。

• 9 . 装入 ： 由装入程序将装入模块装入内存。

程序的装入和链接

程序的装入

• 10 . 绝对装入方式 ： 当计算机系统很小，且仅能运行单道程序时，完全有可能知道程序将驻留在内存的什么位置时，可以采用绝对装入方式。
• 11 . 可重定位装入方式 ： 由于程序中的其他程序都是相对于起始地址计算的，所以不可能在采用绝对装入方式，而应采用可重定位装入方式，它可以根据具体情况将装入模块装入到内存的适当位置。
• 12 . 动态运行时的装入方式 ： 当程序和数据在运行时的位置会发生改变的时候，我们就会采用动态运行时的装入方式。

程序的链接

• 13 . 静态链接方式 ：在程序运行之前，先将各模块和它们所需的库函数链接成一个完成的装配模块，以后不在拆开。
• 14 . 装入时动态链接：在装入内存时，采取边编译边装入的链接方式。
• 15 . 运行时动态链接：由于事先不知道要运行的模块，而采用运行时动态链接。

连续分配存储管理方式

• 16 . 单一连续分配 ： 整个内存的用户空间由该程序独占时，可以采用单一连续分配方式。
• 17 . 固定分区分配 ： 将整个用户空间划分为若干个固定大小的区域，在每个分区中之装入一道作业。
• 18 . 动态分区分配 ： 用相应的数据结构描述空闲分区和已分配分区的情况，为分配提供依据。

基于顺序搜索的动态分区分配算法

• 19 . 首次适应算法 ： 每次从链首开始搜索首次适应的分区。
• 20 . 循环首次适应算法 ： 每次从上一次结束搜索的分区，开始搜索首次适应的分区。
• 21 . 最佳适应算法 ： 总是把能满足要求的、最小的空闲分区分配给作业。
• 22 . 最坏适应算法 ： 总是选择一块最大的空闲分区，从中割一部分存储空间给作业使用。

基于索引搜索的动态分区匹配算法

• 23 . 快速适应算法 ： 对于每一类具有相同容量的所有空闲分区，单独设立一个空闲分区链表。这样系统中存在多个空闲分区链表，同时，在内存中设立管理索引表，对应空闲分区表。
• 24 . 伙伴系统 ： 将一个大小为2的k次幂的内存分配，每次只能分配2的n次幂大小的分区，分配后我们将不同大小的分区用双向链表放置。例如：有一个大小为3的作业，应该寻找一个大小为4的内存空间位置分配，如果没有就寻找大小为8的内存空间，依次寻找大小为16的内存空间；如果是大小为8的内存空间，会将空间分为两个大小为4的内存空间，一个分配给作业，一个保留。如果是16大小的内存空间，我们将它分为两个8大小的，再将一个8大小的分为4大小的，将一个分配给作业，一个保留。
• 25 . 哈希算法 ： 根据哈希函数，得到分配位置，实现最佳分配策略。

动态重定位分区分配

• 26 . 紧凑 ： 当内存中有很多小分区时，将内存中的所有作业进行移动，是它们全部相邻接。
• 27 . 动态重定位 ： 重定位寄存器，用来存放程序在内存中的起始地址。
• 28 . 重定位分区匹配算法 ：

分页存储管理方式

• 29 . 分页存储管理 ：将用户程序的地址空间分为若干个固定大小的区域，称为"页"或"页面"。典型的页面大小为1KB，相应地，也将内存空间分为若干个物理块和页框，也和块地大小相同。这样可将用户程序地任一页放入任一物理块中，实现离散分配。
• 30 . 分段存储管理方式 ： 为了满足用户要求而形成地一种存储管理方式。它把用户地地址空间分为若干个大小不同地段，每段可定义为一组相对完整的信息。在存储器分配时，以段为单位，这些段在内存中可以不相邻接，所以也同样实现了离散分配。
• 31 . 段页式存储管理方式 : 这是分页和分段两种存储管理方式相结合的产物。它同时具有两者的优点，是目前应用较广泛的一种存储管理方式。

习题

1 . 为什么要配置层次存储器？

• 为了让存储器更大
• 为了让存储器能与处理机的速度相匹配
• 由于存储器的价格昂贵

2 . 可采用那几种方式将程序装入内存？他们分别适用于那种场合？

• 绝对装入方式：单道程序
• 可重定位装入方式：多道程序中，初始位置为相对位置
• 动态运行时装入方式：多道程序中，程序在内存中移动。

3 . 何谓静态链接？静态链接时需要解决的两个问题？

4 . 何谓装入时动态链接？装入时动态链接有何优点？
5 . 何谓运行时动态链接?优点?
6 . 在动态分区分配中，应如何将各空闲分区链接成空闲分区链？
7 . 为什么要引入动态重定位？如何实现？
8 . 什么是基于顺序搜索的动态分区分配算法？它可以分为哪几种？
9 . 在采用首次适应算法回收内存时，可能出现哪几种情况？应该怎样处理这些情况？
10 . 什么时基于索引搜索的动态分区分配算法？他可分为哪几种？
12 . 分区存储管理中常用那些分配策略？比较它们的优缺点。

• 答案
  13 . 为什么引入对换？对换可分为哪几种类型？
  14 . 对文件区管理的目标和对换空间管理目标有何不同？
  15 . 为实现对换，系统应具备哪几方面功能？
  16 . 在以进程为单位进行对换时，每次是否都将整个进程换出？为什么？
  17 . 基于离散分配时所用的基本单位不同，可将离散分配分为哪几种？
  18 . 什么是页面？什么是物理块？页面的大小应如何确认？
  19 . 什么是页表？页表的作用是什么？
  20 . 为实现分页存储管理，需要哪些硬件支持？
  21 . 在分页系统中是如何实现地址变换的？
  22 . 具有快表时，是如何实现地址变换的？
  23 . 较详细地说明引入分段存储管理是为了满足用户哪几方面的需要。
  24 . 在具有快表的段页式存储管理中，如何实现地址变换？
  25 . 为什么说分段系统比分页系统更易于实现信息的共享和保护？
  26 . 分页和分段存储管理有何区别？
  27 . 试全面比较连续分配和离散分配方式。