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1、有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。第四章第四章 存储管理存储管理4.1 4.1 概述概述一、存储器的层次：三级存储器结构一、存储器的层次：三级存储器结构CacheCache内存内存外存外存由硬件寄存器由硬件寄存器构成，速度等构成，速度等同于电子线路同于电子线路的开关速度的开关速度 由顺序编制的由顺序编制的单元组成的一单元组成的一维数组维数组 内存的后备支内存的后备支持，如：磁盘持，如：磁盘、磁带、磁带 只有通过只有通过 内存，内存，cpucpu才能访问才能访问 CpuCpu可以可以直接访
2、问直接访问存取速度增加存取速度增加 成本增加成本增加容量减少容量减少本章主要讨论几种常本章主要讨论几种常用的内存管理技术用的内存管理技术。计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。二、用户程序的处理过程二、用户程序的处理过程执行执行代码代码数学数学模型模型源源程序程序目标目标模块模块装配装配模块模块符号、名字符号、名字相对地址相对地址（各模块都以（各模块都以0 0为为基地址）基地址）（统一的外部（统一的外部访问地址）访问地址）内存的内存的物理地址物理地址4.1 4.1
3、概述概述绝对装入方式：按模块中的地址，绝对装入方式：按模块中的地址，将程序和数据装入到内存对应位置。将程序和数据装入到内存对应位置。可重定位方式：在装入程序时，可重定位方式：在装入程序时，根据当时内存的实际使用情况，重根据当时内存的实际使用情况，重新调整装入的内存位置，把程序装新调整装入的内存位置，把程序装入到内存的适当地方。入到内存的适当地方。数学数学模型模型编辑编辑用用P,CP,C源源程序程序编译编译汇编汇编目标目标模块模块连接连接装配装配模块模块装配装配执行执行代码代码计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心
4、的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。绝对目标程序绝对目标程序（可执行代码）（可执行代码）( (绝对地址绝对地址. .物理地址物理地址) )存储空间存储空间名字空间名字空间源程序源程序( (名字名字/ /符号符号) )地址空间地址空间相对目标程序相对目标程序( (相对地址相对地址. .逻辑地址逻辑地址虚地址虚地址) )编译编译连接连接地址重定位地址重定位三、地址重定位（映射）三、地址重定位（映射）-Relacation-Relacation1. 1. 术语术语4.1 4.1 概述概述名字空间：名字空间：用户源程序用户源程序中由符号指中由符号指令，数据说令，数据说明等符号名明等符号名字
5、构成的空字构成的空间间经汇编或编译后其目标经汇编或编译后其目标程序占有的地址范围称程序占有的地址范围称为地址空间；这些地址为地址空间；这些地址编号是相对于起始地址编号是相对于起始地址（0 0）而定的，称为逻辑）而定的，称为逻辑地址或相对地址。地址或相对地址。存储空间是目标存储空间是目标程序装入内存后程序装入内存后占用的一系列物占用的一系列物理单元的集合。理单元的集合。 这些物理单这些物理单元编号称为物理元编号称为物理地址或绝对地址。地址或绝对地址。把程序中的逻辑地址变成内把程序中的逻辑地址变成内存中的物理地址的过程。存中的物理地址的过程。计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制
6、，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2. 2. 重定位的两种方式重定位的两种方式静态重定位静态重定位: :在程序执行之前进行；由在程序执行之前进行；由重定位装配程序重定位装配程序根据将要装入的内根据将要装入的内存起始位置直接修改模块中的存起始位置直接修改模块中的有关使用地址的指令有关使用地址的指令。固定在内存的某个连续区域，不能再移动。固定在内存的某个连续区域，不能再移动。v重定位装配程序重定位装配程序来实现来实现(一对一对界地址寄存器界地址寄存器实现保护实现保护)三、地址重定位（映射）三、地址重定位（映射）x x =
7、 x + D = x + D 物理地址物理地址 逻辑地址逻辑地址 下界地址下界地址内存中的起始地址内存中的起始地址逻辑地址空间逻辑地址空间x xL LD D上界上界下界下界内存空间内存空间L Lx xD D内存中起内存中起始地址始地址内存中结内存中结束地址束地址计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。三、地址重定位（映射）三、地址重定位（映射）特点：程序执行前一次性全部完成。特点：程序执行前一次性全部完成。性能分析：性能分析：优点优点-实现简单，不需要硬件机构；实现简
8、单，不需要硬件机构；缺点缺点-程序重定位之后就不能再在内存中移动；要求程序的存储空间程序重定位之后就不能再在内存中移动；要求程序的存储空间是连续的，不能放在若干个不连续的区域内；各个用户进程很难共享是连续的，不能放在若干个不连续的区域内；各个用户进程很难共享内存中的同一程序副本。内存中的同一程序副本。例：假设已知一段程序的经汇编连接后逻辑地址空间如图所例：假设已知一段程序的经汇编连接后逻辑地址空间如图所示，采用静态地址重定位，上，下界地址寄存器如图，试给示，采用静态地址重定位，上，下界地址寄存器如图，试给出其存储空间图。出其存储空间图。0 0100100300300400400LOAD 1LO
9、AD 1，3003005678567814001000上界上界下界下界与地址有关的与地址有关的量要做变更量要做变更X=x+D13005678100010001100110014001400LOAD 1LOAD 1，300300内存内存X=x+D300与地址有关与地址有关的量如何处的量如何处理？理？1300300计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。(2)(2)动态重定位动态重定位 时机：在程序执行过程中进行，当时机：在程序执行过程中进行，当CPUCPU访问内存指令时
10、由访问内存指令时由动态变换机构自动进行地址转换。动态变换机构自动进行地址转换。 实现：目标模块不加任何修改而装入内存，由实现：目标模块不加任何修改而装入内存，由定位寄存定位寄存器器和和加法器加法器硬件完成地址转换。硬件完成地址转换。三、地址重定位（映射）三、地址重定位（映射）LOAD 1LOAD 1，300300567856780 0100100300300400400例：假设已知一段程序的经汇编连接后逻辑地址空间如图所例：假设已知一段程序的经汇编连接后逻辑地址空间如图所示，采用动态地址重定位，试给出其存储空间图。示，采用动态地址重定位，试给出其存储空间图。1000100011001100LO
11、AD 1LOAD 1，30030013001300567856781400140010001000+ +重定位寄存器重定位寄存器加法器加法器300与地址有关与地址有关的量如何处的量如何处理？理？300程序不做任何修改装入内存，在执行时访问内存程序不做任何修改装入内存，在执行时访问内存时利用重定位寄存器进行地址重定位时利用重定位寄存器进行地址重定位计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。特点：程序执行时动态地完成。特点：程序执行时动态地完成。性能分析：性能分析：优点优点
12、-程序装入内存之后再搬迁也不会影响其正确执行；程序装入内存之后再搬迁也不会影响其正确执行；每个目标模块装入的存储区不必顺序相邻，只需要各自对每个目标模块装入的存储区不必顺序相邻，只需要各自对应的定位寄存器即可。应的定位寄存器即可。-是虚拟存储器技术的基础是虚拟存储器技术的基础缺点缺点-需要硬件支持。需要硬件支持。三、地址重定位（映射）三、地址重定位（映射）计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。四、存储管理的功能四、存储管理的功能内存的分配与回收；内存的分配与回收；地
13、址重定位；地址重定位；内存信息的共享与保护；内存信息的共享与保护；4.1 4.1 概述概述计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1 1。可由。可由CPUCPU调用执行的程序所对应的地址空间为调用执行的程序所对应的地址空间为 。A. A. 名称空间名称空间B. B. 虚拟地址空间虚拟地址空间C. C. 相对地址空间相对地址空间D. D. 物理地址空间物理地址空间 2 2。当程序经过编译或者汇编以后，形成了一种由机器指令组成的。当程序经过编译或者汇编以后，形成了一种由机
14、器指令组成的集合被称为集合被称为 。A. A. 源程序源程序B. B. 目标程序目标程序C. C. 可执行程序可执行程序D. D. 非执行程序非执行程序3 3。目标程序指令的顺序都以。目标程序指令的顺序都以0 0作为一个参考地址，这些地址被称作为一个参考地址，这些地址被称为为 。A. A. 虚拟地址虚拟地址B. B. 物理地址物理地址C. C. 绝对地址绝对地址D. D. 重定位地址重定位地址 4 4。若调用指令。若调用指令LOAD A,DataLOAD A,Data，经动态重定位后，其对应指令代，经动态重定位后，其对应指令代码码 。A. A. 保持不变保持不变B. B. 会变化，随装入起始地
15、址变化而变化会变化，随装入起始地址变化而变化C. C. 会变化，固定在某一存储区域会变化，固定在某一存储区域 D. D. 重定位项等于重定位寄存器重定位项等于重定位寄存器内容内容 计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。目的：为了满足多道程序设计思想。目的：为了满足多道程序设计思想。方法：方法：4.2 4.2 早期的存储管理技术早期的存储管理技术-分区式分配方式分区式分配方式计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为
16、导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。一、固定式分区（静态分区）一、固定式分区（静态分区）一、固定式分区一、固定式分区区号区号大小大小起址起址标志标志 1 1 8K 8K20K20K0 0 2 2 32K 32K28K28K0 0 3 3 64K 64K60K60K0 0 4 4 132K 132K124K124K0 0(b)(b)分区说明表分区说明表0 0124K124K 132K 132K 4 4作业作业C C60K60K 64K 64K 3 3作业作业B B28K28K 32K 32K 2 2作业作业A A20K20K 8K 8K 1 1标志标志起址起
17、址大小大小区号区号D(150k)D(150k)C(40k)C(40k)B(25k)B(25k)A(6k)A(6k)(c)(c)后备队列作业后备队列作业例：已知内存分配如图例：已知内存分配如图a所示，此时分区说明表如图所示，此时分区说明表如图b所示，所示，现有后备作业队列如图现有后备作业队列如图c所示，试采用固定分区法进行内存所示，试采用固定分区法进行内存分配，并给出相应的分区说明表。分配，并给出相应的分区说明表。C(40k)C(40k)B(25k)B(25k)A(6k)A(6k)性能：性能：分区大小固定，分区表的结构可以是顺序表也可以是链表；实现了分区大小固定，分区表的结构可以是顺序表也可以是
18、链表；实现了多个作业共享内存；分区的分配和回收算法简单；缺点是内存利用不充多个作业共享内存；分区的分配和回收算法简单；缺点是内存利用不充足，有足，有“碎片碎片”，即作业所需空间和分区大小不一定恰好相等。，即作业所需空间和分区大小不一定恰好相等。0 020k20k28k28k60k60k124k124kOSOS256K256K第一分区第一分区第二分区第二分区第三分区第三分区第四分区第四分区(a)(a)内存分配图内存分配图8K32K64K132KJob A(6k)Job B(25k)Job C(Job C(40k40k) )内部碎片内部碎片24K内部碎片内部碎片7K内部碎片内部碎片2K外部碎片剩余
19、外部碎片剩余165K但不能分配给但不能分配给D计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。4.2 4.2 分区式分配方式分区式分配方式二、可变式分区（动态分区）二、可变式分区（动态分区）v 思想：思想：又称动态存储管理，只有当作业调入内存时，才又称动态存储管理，只有当作业调入内存时，才按作业大小建立分区，当作业执行完后又释放此空间。按作业大小建立分区，当作业执行完后又释放此空间。 P8P8P6P6P4P4P3P3P1P1图图 1 1占用块占用块空闲块空闲块某一时刻内存区状
20、态某一时刻内存区状态计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。二、可变式分区二、可变式分区计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。（1）表格法）表格法二、可变式分区二、可变式分区内存分区的管理表格内存分区的管理表格计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛
21、围，依赖既开放又相互信任的合作环境。（2）单链表法）单链表法二、可变式分区二、可变式分区单链表形式分区管理单链表形式分区管理在每块开始与结束的几个字节中存放有关本块状态的信息，在每块开始与结束的几个字节中存放有关本块状态的信息，称为称为控制信息区控制信息区, , 如图如图a a所示。所示。计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。二、可变式分区二、可变式分区（3）双链表法）双链表法0 0P P0 0150015000 00 0P P4 49009000 03501350
22、119011901av空闲块链表空闲块链表Up linkUp linktagtagR linkR linksizesizetagtagL linkL link控制信息区控制信息区计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。空间分配例题空间分配例题 设某系统用户区大小为设某系统用户区大小为50005000字节，地址为字节，地址为1 1 50005000，初始状态如下图初始状态如下图a a所示，依次分配给所示，依次分配给5 5个作业个作业P P1 1 P P5 5, , 作业
23、占用区大小分别为作业占用区大小分别为10001000，300300，600600，900900，700700。 P P0 0 为余下的空闲块，各占用块和空闲块情况如下页图为余下的空闲块，各占用块和空闲块情况如下页图b b和和c c所示。所示。P2P5P0P4P3P11500700900600 3001000图图 a a二、可变式分区二、可变式分区0 0P P0 0150015000 0图图cc空闲块空闲块avav35013501注意：空间分配回收注意：空间分配回收时使用空闲块链表时使用空闲块链表1 1P P1 1100010001 11 11 1P P2 23003001 11 1P P3 3
24、6006001 11 1P P5 57007001 1100110011301130128012801 图图bb占用块占用块1 1P P4 49009001 11901计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。0 0P P0 0150015000 0avav350135010 0P P0 0150015000 00 0P P4 49009000 03501350119011901avP P2 2P P5 5P P0 0P P4 4P P3 3P P1 1P P4 4 释
25、放释放P2P5P0P4P3P11500700900600 3001000图图 a a1 1P P4 49009001 11901空间回收过程图（无空闲块合并发生）计算机软件技术基础存储管理空间回收过程图（有空闲块合并发生）0 0P P0 0+ P+ P4 4 + P+ P5 5310031000 0avav19011901P P2 2P P5 5P P0 0P P4 4P P3 3P P1 1P P5 5释放释放当当P P5 5作业完成后，回收时由于其左右邻居均为空闲块，因此应进作业完成后，回收时由于其左右邻居均为空闲块，因此应进行合并。行合并。 0 0P P0 0150015000 00 0
26、P P4 49009000 03501350119011901av有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。分配算法：分配算法：最先适应算法最先适应算法(First-Fit)(First-Fit)：空闲表按空闲块的物理起：空闲表按空闲块的物理起始地址递增次序排列，分配时，从第一块依次查找，始地址递增次序排列，分配时，从第一块依次查找，找到第一块能容纳作业的空闲块就停止。找到第一块能容纳作业的空闲块就停止。最佳适应算法最佳适应算法(Best-Fit)(Best-Fit)：空闲表按空闲块的大小递：空
27、闲表按空闲块的大小递增次序排列，分配时，从第一块依次查找，找到第一增次序排列，分配时，从第一块依次查找，找到第一块能容纳作业的空闲块就停止。块能容纳作业的空闲块就停止。最差适应算法：最差适应算法：(Worst-Fit):(Worst-Fit):空闲表按空闲块的大小空闲表按空闲块的大小递减次序排列，分配时，将空闲块链表中第一块分配递减次序排列，分配时，将空闲块链表中第一块分配给用户。给用户。二、可变式分区二、可变式分区计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。三、多重式分
28、区三、多重式分区一个作业装入内存中多个不一定相邻的分区。一个作业装入内存中多个不一定相邻的分区。优点：灵活利用内存；优点：灵活利用内存；缺点：碎片小了，但可能数量更多。缺点：碎片小了，但可能数量更多。4.2 4.2 分区式分配方式分区式分配方式计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。四、分区管理的存储保护四、分区管理的存储保护 界地址法界地址法：静态重定位使用：静态重定位使用4.2 4.2 分区式分配方式分区式分配方式一对基地址、限长寄存器一对基地址、限长寄存器。动态
29、重定位使用。动态重定位使用。逻辑地址空间逻辑地址空间x xL LD D上界上界下界下界物理地址空间物理地址空间L Lx xD D内存中起内存中起始地址始地址内存中结内存中结束地址束地址用户用户2用户用户1限长寄存器限长寄存器基址寄存器基址寄存器+地址越界中断地址越界中断内存yesnoCPU计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。4.2 4.2 分区式分配方式分区式分配方式五、可重定位式分区（紧缩分区）五、可重定位式分区（紧缩分区）1. 1. 实现：向一个方向移动已分配
30、的作业，使那些零散的小空实现：向一个方向移动已分配的作业，使那些零散的小空闲区在另一方向连成一片。闲区在另一方向连成一片。2. 2. 问题：问题：地址项的修改地址项的修改-动态地址重定位；基址限长寄存器保护；动态地址重定位；基址限长寄存器保护；b. b. 紧缩时机紧缩时机: :回收时进行回收时进行-每当作业结束每当作业结束, ,释放所占分区时释放所占分区时; ;分配时进行分配时进行-当新作业到来又没有能容纳的空闲区分配时当新作业到来又没有能容纳的空闲区分配时; ;3. 3. 性能：消除了碎片，提高了内存利用率；但花费了大量的性能：消除了碎片，提高了内存利用率；但花费了大量的cpucpu时间。时
31、间。计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1.1.分区管理要求对每一个作业都分配分区管理要求对每一个作业都分配 内存单元。内存单元。A. A. 地址连续地址连续B. B. 若干地址不连续若干地址不连续C. C. 若干连续的帧若干连续的帧D. D. 若干不连续的帧若干不连续的帧 2.2.碎片是指碎片是指 。A. A. 存储分配完后剩余的空闲区存储分配完后剩余的空闲区B. B. 没有被使用的存储区没有被使用的存储区C. C. 不能被使用的存储区不能被使用的存储区D. D
32、. 未被使用，而又暂时不能使用的存储区未被使用，而又暂时不能使用的存储区计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。引入：最早用于分时系统中提高内存利用率的一种内存扩充技术。引入：最早用于分时系统中提高内存利用率的一种内存扩充技术。思想（思想（roll-in roll-outroll-in roll-out）：除操作系统外，剩余的全部内存都分给当）：除操作系统外，剩余的全部内存都分给当前正在执行的用户使用，当调度转向下一个用户时，当前用户内存区中前正在执行的用户使用，当调
33、度转向下一个用户时，当前用户内存区中的内容要写到外存中，被选中的用户的信息读入内存。的内容要写到外存中，被选中的用户的信息读入内存。实现：由换入和换出两个过程构成的交换进程完成。实现：由换入和换出两个过程构成的交换进程完成。核心问题：保证对换信息量要最少核心问题：保证对换信息量要最少-只要保证当前正在执行的用户进只要保证当前正在执行的用户进程在内存中完整保存。程在内存中完整保存。技术支持技术支持一般都有一般都有动态重定位机构动态重定位机构-因而一个作业换入内存时不一定要装入它因而一个作业换入内存时不一定要装入它被换出前所占据的区域中被换出前所占据的区域中. .需要较多软件的支持需要较多软件的支
34、持. .4.3 4.3 多道程序对换技术多道程序对换技术计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。一、引入目的：一、引入目的： 为了解决分区存储管理中，当某作业需求空间大于内存物为了解决分区存储管理中，当某作业需求空间大于内存物理空闲空间时，该作业无法运行的问题。理空闲空间时，该作业无法运行的问题。二二.原理原理:程序执行时的局部性原理程序执行时的局部性原理三、思想：三、思想： 在一个程序执行过程中，不需要全部装入内存，而把不经在一个程序执行过程中，不需要全部装入内存，
35、而把不经常被进程访问的程序段和数据放在常被进程访问的程序段和数据放在外存外存中，待需要访问它中，待需要访问它们时再将它们调入们时再将它们调入内存内存。（部分装入内存）。（部分装入内存）4.4 4.4 虚拟存储器的概念虚拟存储器的概念计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。三、虚拟存储器：三、虚拟存储器：是指仅把作业的一部分装入内存便可运行该作业的存储是指仅把作业的一部分装入内存便可运行该作业的存储器系统，具有请求调入和置换功能。器系统，具有请求调入和置换功能。4.4
36、4.4 虚拟存储器的概念虚拟存储器的概念 虚拟存储管理技术需要解决的问题：虚拟存储管理技术需要解决的问题： （1 1）什么时候把哪部分程序装入内存。）什么时候把哪部分程序装入内存。 （2 2）放在内存什么位置。）放在内存什么位置。 （3 3）当内存空间不足时，把哪部分程序淘汰出内存。）当内存空间不足时，把哪部分程序淘汰出内存。 常用的虚拟存储技术有：常用的虚拟存储技术有：分页存储管理、分段存储管理、段页存储管理分页存储管理、分段存储管理、段页存储管理。计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开
37、放又相互信任的合作环境。四、物质基础四、物质基础二级存储器二级存储器( (内内/ /外存外存)-)-实现内实现内/ /外存有机联系外存有机联系; ;1.1. 动态地址转换机构动态地址转换机构(DAT)-(DAT)-实现动态定位实现动态定位实际上用户的虚拟地址空间并不可能是无限大，它受到实际上用户的虚拟地址空间并不可能是无限大，它受到以下两个条件制约：以下两个条件制约： 1. 1. 指令中地址长度的限制。指令中地址长度的限制。 2. 2. 外存储器容量的限制。外存储器容量的限制。计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中
38、心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1.1. 能够实现对内外存进行统一管理，为用户提供一种宏观能够实现对内外存进行统一管理，为用户提供一种宏观上似乎比实际内存容量大得多的存储器。上似乎比实际内存容量大得多的存储器。A. A. 覆盖技术覆盖技术B. B. 交换技术交换技术C. C. 物理扩充物理扩充D. D. 虚拟存储技术虚拟存储技术2.2.若处理器有若处理器有3232位地址，则它的虚拟地址空间为位地址，则它的虚拟地址空间为 字节。字节。A. 2GBA. 2GBB. 4GBB. 4GBC. 100KBC. 100KBD. 640KBD. 640KB 计算机软件技术基础存储管理有利于
39、学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。4.5 4.5 请求分页式存储管理请求分页式存储管理一、分页式存储管理（静态分页）一、分页式存储管理（静态分页）-程序一次装入内存中若干个不连续的区域程序一次装入内存中若干个不连续的区域1. 1. 分页管理的基本概念分页管理的基本概念 (1)(1)页面、页架（块）页面、页架（块）页：页：把每个把每个作业的地址空间作业的地址空间分成一些大小相等的片，称为分成一些大小相等的片，称为“页页”。页架页架”或者或者“块：块：把把内存的存储空间内存的存储空间也分成大小与页
40、相同的片，称为也分成大小与页相同的片，称为“页页架架”或者或者“块块”。(2)(2)页表与页表地址寄存器页表与页表地址寄存器页表页表：系统为每个作业建立一个页面映像表（：系统为每个作业建立一个页面映像表（PMTPMT），简称），简称“页表页表”。页表。页表中应包括：页号、页架号、状态。中应包括：页号、页架号、状态。作业各页的页号，作业各页的页号，每个作业页号从每个作业页号从零开始。零开始。该页面该页面在内存在内存中的页中的页架号。架号。表示该页是否表示该页是否在内存中，用在内存中，用“0”0”表示该页表示该页不在内存，用不在内存，用“1”1”表示在内表示在内存中。存中。页号页号 页架号页架号某
41、作业的页表某作业的页表状态状态012108111虚地址虚地址空间空间实地址实地址空间空间5计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。10k11k12k02k3k4k5k6k7k8k9k0-1块块 操作系统操作系统 主存空间主存空间例：系统选择页的大小为例：系统选择页的大小为1k1k字节，则块的大小也为字节，则块的大小也为1K1K。主存空间如图所示。主存空间如图所示。作业作业1第第2页页第第0页页 第第1页页第第1页页第第0页页作业作业2作业作业2地址空间地址空间作业作业
42、3 3的地址空间的地址空间025003k12345Load 1,2500Load 1,25001001k2k12345作业作业3作业作业3 3第第2 2页页82Load 1,2500Load 1,2500作业作业3作业作业3 3第第0 0页页20页号页号 页架号页架号作业作业3 3的页表的页表第第1页页作业作业331（1 1）已经分配空间给作业）已经分配空间给作业1 1，2 2，如图。，如图。（2 2）作业）作业3 3有有3k3k字节。其分配空间与相应的页表如图。字节。其分配空间与相应的页表如图。计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向
43、，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。一、分页式存储管理（静态分页）(3)(3)分页系统中的地址结构分页系统中的地址结构 在分页系统中，每个虚拟地址用一在分页系统中，每个虚拟地址用一个数对（个数对（p,dp,d）来表示，来表示， 其中其中p p为为页号页号。 d d是该虚拟地址在页面号为是该虚拟地址在页面号为p p中的相对地址，称为中的相对地址，称为页内地址页内地址。如何将逻辑地址如何将逻辑地址U转转化为页号化为页号p与页内位移与页内位移d？U数对（数对（p,dp,d）计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为
44、导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。如何将逻辑地址转化如何将逻辑地址转化为页号为页号p与页内位移与页内位移d？例例1：设：设U=552为逻辑地址为逻辑地址,页面大小为页面大小为P=512，则页号，则页号p与页内与页内位移位移d是多少？是多少？40; 1dpU数对（数对（p,dp,d）例例2：设：设U=552为逻辑地址为逻辑地址,页面大小为页面大小为P=512，则页号，则页号p与页内与页内位移位移d是多少？是多少？U=(552)10=(1 0 0 0 1 0 1 0 0 0)2解：解：P=(512)10=2n=29,n=9PUdPdivUpmod;公式：公式
45、：d=低低9位位P=1计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2. 2. 分页管理的原理分页管理的原理逻辑地址如何转化为物理地址？逻辑地址如何转化为物理地址？进程的进程的逻辑地址逻辑地址( (虚地址虚地址)=)=页号页号(P)+(P)+页内地址页内地址( (位移位移d)d)由由硬件地址变换机构硬件地址变换机构通过通过页表地址寄存器页表地址寄存器, ,页表页表PMTPMT实现地址转换。实现地址转换。一、分页式存储管理（静态分页）当某作业被调度到处理器上运行当某作业被调度
46、到处理器上运行时，操作系统自动将该作业的时，操作系统自动将该作业的页页表的起始地址和长度表的起始地址和长度装入装入页表地页表地址寄存器址寄存器中中计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。例题例题: :假如某系统页面大小为（假如某系统页面大小为（512)512)1010字节，即相当于（字节，即相当于（1000)1000)8 8字节，若逻辑地址为（字节，若逻辑地址为（1320)1320)8 8，其转换为物理地址地址变换，其转换为物理地址地址变换过程如图。过程如图。1 11
47、0101 11 111112 21 13 30 0页号页号 页架号页架号 状态状态页表页表分页管理的地址转换图分页管理的地址转换图b bL L页表地址器存器页表地址器存器页表长页表长 页表起始地址页表起始地址1032010320地址变换机构地址变换机构地址空间地址空间 Load 1,1320Load 1,132023285232850 0 7507503000300020002000132013208 8进制地进制地址表示址表示1 110101 13203201010ppd d内存空间内存空间 Load 1,1320Load 1,13202328523285310232852328513203
48、203201 1p pd d计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。二、请求分页存储管理系统（动态分页）二、请求分页存储管理系统（动态分页）1.1.设计思想：允许只装入若干页（而非全部）的用户程序和数据，便可启设计思想：允许只装入若干页（而非全部）的用户程序和数据，便可启动运行，以后根据请求陆续把即将要运行的页面调入内存。初启时，动运行，以后根据请求陆续把即将要运行的页面调入内存。初启时，只装入第一页。只装入第一页。 2.2.实现：在分页系统的基础上，增加实现：在分页
49、系统的基础上，增加请求调页功能请求调页功能和和页面置换功能页面置换功能。3.3.技术措施：技术措施：请求分页的页表机制请求分页的页表机制-对纯分页页表进行扩展对纯分页页表进行扩展4.5 4.5 请求分页式存储管理请求分页式存储管理页号页号 块号块号 改变位改变位 引用位引用位 状态位状态位 外存地址外存地址每个作业都有存入其每个作业都有存入其JCBJCB中私有页表；中私有页表；当访问页不在内存时，产生当访问页不在内存时，产生缺页中断缺页中断；OSOS管理一张总的管理一张总的存储分块表存储分块表。=1,表示该表示该页修改过页修改过=1,表示最表示最近访问过近访问过=1,表示该表示该页在内存中页在
50、内存中=0,表示该页表示该页不在内存中，不在内存中，发生缺页中断发生缺页中断该页面在外该页面在外存的地址存的地址计算机软件技术基础存储管理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。请求分页存储管理技术例：系统选择页的大小为请求分页存储管理技术例：系统选择页的大小为4KB，则块，则块的大小也为的大小也为4KB。设某时刻系统有。设某时刻系统有3个作业，现执行作业个作业，现执行作业2，作业作业2的虚拟地址空间如下图。此时系统内存分配图如图的虚拟地址空间如下图。此时系统内存分配图如图a，内存存储分块表如