【操作系统复习】第四章 第一节 存储管理

操作系统复习

第四章 内存管理

4.1 存储管理

一、存储管理的基本概念

1.存储器层次结构

• 通用寄存器堆
• 高速缓存（硬件实现）
• 主存（内存）
• 磁盘缓存
• 固定磁盘（外存）
• 可移动存储介质

2.存储管理的任务

• 存储空间的管理、分配 和回收
  • 存储分配算法
• 地址再定位
• 存储共享与存储保护
• 虚拟内存
  • 页面淘汰算法

3.地址空间

• 内存
• 物理地址：内存中存储单元的地址
• 逻辑地址：相对某个基准量的相对地址
• 地址再定位：逻辑地址→物理地址

二、程序的装入

1.程序装入技术：从外存装入内存

• 绝对装入/固定地址再定位
• 可重定位装入
  • 静态地址再定位
  • 动态地址再定位

2.静态地址再定位

• 在程序装入时、执行前 进行地址再定位，由装配程序完成
• 把逻辑地址修改 为物理地址（加上内存中的起始地址），之后不再改变
• 优点：不需硬件支持
• 缺点
  • 程序装入内存后不能移动（因为装入完成后地址不再修改）
  • 一个程序占用连续内存空间
  • 不易实现共享

3.动态地址再定位

• 在程序装入后不修改逻辑地址，运行中 才进行地址变换，由硬件地址映射机制完成，需要重定位寄存器 支持
• 优点：程序占用的空间动态可变
  • 可以移动
  • 可以不连续
  • 可以共享
• 缺点
  • 需要硬件支持
  • 实现存储管理的软件算法复杂

三、内存分配存储管理方式

1.单道连续存储管理：单道程序环境

• 内存分为两个区域：系统区和用户区，单道程序占用整个用户区

2.分区存储管理：多道程序系统和分时系统

• 固定分区分配

  • 内存分为多个固定大小的连续分区，每个分区装一道程序
  • 实现：分区使用表
  • 分类
    • 分区大小相等
    • 分区大小不等
  • 缺点
    • 大程序放不下
    • 小程序带来内碎片
    • 分区总数限制并发数
    • 无法动态扩充内存

• 动态分区分配

  • 程序装入时按需创建并分配相应大小的分区
  • 实现：已分配区表、未分配区表：链表
  • 分区分配算法
    • 首次适应 First fit
    • 临近适配 Next fit
    • 最佳适配 Best fit
    • 最差适配 Worst fit
  • 分区回收方法：合并
  • 缺点
    • 内存管理复杂
    • 外碎片问题
  • 解决方法
    • 可重定位分区：紧凑技术
    • 多重分区：非连续存储

• 可重定位分区：紧凑

  • 将多个空闲分区拼成大分区

• 多重分区：非连续存储

  • 将程序分块，放到各个空闲分区里

• 伙伴系统

四、覆盖与交换技术

• 覆盖技术：一个作业的若干程序段，或几个作业的某些部分共享某一个存储空间。

• 交换技术：系统将内存中某些进程暂时移到外存，把外存中某些进程换进内存，占据前者所占用的区域。

五、分页存储管理

• 基本思想
  • 将逻辑地址空间划分为页面（连续）
  • 将物理内存空间划分为页帧/块（离散）
  • 页面=页帧/块
• 页表：长度和首地址放在PCB中
  • 页号：逻辑地址空间的页号（连续）：0、1、2……
  • 块号：内存空间块号（离散）：5、65、13……
  • 其他
• 地址结构：页号+偏移量
  • 前一部分为页号P（逻辑，连续）
    • bit位数：计算最大页数，如20位：最多1M个页
  • 后一部分为偏移量W，即页内地址
    • bit位数：计算每页大小，如12位：页面大小4KB
• 地址变换机构：通过查页表，把地址中的页号转换为块号
• 快表
  • 地址变换过程：访问2次主存：访问主存中页表+访问主存
  • 引入快表：访问1次主存：查快表+访问主存

计算：引入快表后，给定命中率，求平均存取时间

• 多级页表
  • 地址结构：外部页号P1+外部页内地址P2+页内地址d
  • 例：计算题
    • 逻辑地址为32bit，页面大小为4KB（12bit）
    • 则共有32bit-12bit=20bit=1M个页面=1M个页表项
    • 1个页表项1B，则页表大小为1MB
    • 将1MB页表分为1K×1KB，故外页表的页表项为1K=10bit=1024个，外层页表页内地址也为10bit