操作系统大纲三四五

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程序的装入
动态运行时装入方式：动态运行时的装
入程序，在把装入模块装入内存后，并 不立即把装入模块中的相对地址转换为 绝对地址，而是把这种地址转换推迟到 程序要真正执行时才进行。 适于多道环境 允许程序移动，如切换 动态重定位 需要特殊硬件支持（重定位寄存器）
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3.连续分配方式
连续分配方式：为一个用户程序分
配一个连续的内存空间
单一连续分配 固定分区分配 动态分区分配 动态重定位分区分配
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连续分配方式
单一连续分配
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连续分配方式
固定分区分配
将内存中的用户空间划分为若干个固定大小
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程序的装入
可重定位方式
：是由装入程序根据主存当
前的实际使用情况，将装入模块装入到主存 适当的地方。
重定位：在装入时对目标程序中指令
和数据的修改过程。会使装入模块中 的所有逻辑地址与实际装入内存的物 理地址不同
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程序的装入
静态重定位方式
：
是指地址转换工作是在程序装入内存时由装配程序
的地址，将程序和数据装入内存。 （2）可重定位方式 ：是由装入程序根据内存当前的 实际使用情况，将装入模块装入到内存适当的地方。 （3）动态运行时装入方式：动态运行时的装入程序， 在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的 相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟 到程序要真正执行时才进行。
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程序的装入

绝对装入方式：是由装入程序根据装入模 块中的地址，将程序和数据装入主存
若知道程序在内存的位置，编译程序将产生
绝对地址目标模块 绝对地址一般由编译程序给出 程序被装入内存后，由于程序中的逻辑地址 与实际内存地址完全相同，所以不允许改变 程序和数据的地址 只适于单道环境
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动态分区分配

动态分区存储管理的基本思想是： 在作业要求装入内存储器时，如果当 时内存储器中有足够的存储空间满足 该作业的需求，那么就划分出一个与 作业相对地址空间同样大小的分区分 配给它。
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采用的数据结构

为了实现分区分配，系统中必须配置相应 的数据结构，用来记录内存的使用情况。 比如空闲分区的情况，为作业分配内存空 间提供依据。常用的有空闲分区表和空闲 分区链。
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地址结构
用户程序的划分是由系统自动完成的，对用户是 透明的。一般，一页的大小为2的整数次幂，因此， 地址的高位部分为页号，低位部分为页内地址
页号 页号P 页内地址 页内位移量W 0
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12 11
编号0~1048575
相对地址0~4095
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页表


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分区分配算法



（1）首次适应分配算法（FF） （2）循环首次适应分配算法（NF） （2）最佳适应分配算法（BF） （3）最坏适应分配算法（WF）
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(1)首次适应法

要求空闲区按首址递增的次序组织 空闲区表（队列）。
分配：当进程申请大小为 SIZE 的内存时，系 统从空闲区链的链首开始查询，直到首次找 到等于或大于 SIZE 的空闲区。从该区中划出 大小为 SIZE 的分区分配给进程，余下的部分 仍作为一个空闲区留在空闲区链中，但要修 改其首址和大小。 若找不到满足要求的，则分配失败，返回。
第3章 存储器管理

考试大纲要求 （一） 内存管理基础 1. 内存管理概念 程序装入与链接；逻辑地址与物理地址空间；内存保护。 2. 交换与覆盖 3. 连续分配管理方式 4. 非连续分配管理方式 分页管理方式；分段管理方式；段页式管理方式。
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1 退出
存储器的层次结构


多级存储器结构
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分析

注意：每次分配和回收后空闲区链都要按 首址递增的次序排序。
优点： 这种算法是尽可能地利用低地址空间，从而保证高地址空间有较大的空 闲区。 缺点 容易产生过多的小地址碎片；降低了主存空间利用率。 每次查找都是从低址开始，增加了查找的开销 改进 采用循环首次适应算法。
一般计算机，存储层次至少应具有三级：最高层为CPU寄存 器，中间为主存，最底层是辅存。较高档计算机中，根据具 体功能分为6层，如图
寄存器 高速缓存 主存 磁盘缓存 磁盘
可移动存储介质
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程序的装入

程序的装入就是把程序装入内存空间。 采用三种方式
（1）绝对装入方式：是由装入程序根据装入模块中
（3）最佳适应法


所谓最佳就是每次为作业分配内存 时，总是把能满足要求、又是最小 的空闲分区分配给作业，避免大材 小用。 要求按空闲区大小从小到大的次序 组成空闲区链。
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最佳适应法
优点： 在系统中若存在一个与申请分区大小相等的空闲区，必定会 被选中，而首次适应法则不一定。 若系统中不存在与申请分区大小相等的空闲区，则选中的空 闲区是满足要求的最小空闲区，而不致于毁掉较大的空闲区。 缺点： 空闲区的大小一般与申请分区大小不相等，因此将其一分为 二，留下来的空闲区一般情况下是很小的，以致无法使用。 随着时间的推移，系统中的小空闲区会越来越多，从而造成 存储区的大量浪费。
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连续分配方式比较
作业个 内 数 部 碎 片 单一连续 分配 固定分区 分配 动态分区 分配 1 N（分 区数） 不定 有 有 无 外 部 碎 片 无 无 有 解决碎片 方法 相同点 提高作业 道数
无 无 紧凑
一个程序需 全部、连续 装入内存中。
对换
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26Βιβλιοθήκη 非连续分配方式将页号和页内地址转换成内存地址，必 须要有一个数据结构，用来登记页号和 块的对应关系和有关信息。 这样的数据结构称为页表。 页表的作用就是实现从页号到物理块号 的地址映射。
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页表内容

页表包含以下几个表项： 页号：登记程序地址空间的页号。 块号：登记相应的页所对应的内存块号 其它：登记与存储信息保护有关的信息。 页号 0 1 2 块号 5 65 13 其它 … … …
固定分区分配的管理特点



（ 1 ）一个作业只能装入一个分区，不能装入两个 或多个相邻的分区。一个分区只能装入一个作业， 当分区大小不能满足作业的要求时，该作业暂时不 能装入。 （ 2 ）通过对“分区使用表”的改写，来实现主存 的分配与回收。作业在执行时，不会改变存储区域， 所以采用静态地址重定位方式。此方法易于实现， 系统开销小。 （ 3 ）当分区较大作业较小时，仍然浪费许多主存 空间(内零头）。并且分区总数固定，限制了并发执 行的作业数目。
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（2）循环首次适应算法




不是每次都从链首开始找，而是从上次 找到的空闲分区的下一个空闲分区开始 查找，直到找到一个能满足要求的空闲 分区。 设置查寻指针； 循环查找方式 使内存中的空闲分区分布得更均匀，减 少了查找时的开销，但会缺乏大的空闲 分区。
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（4）最坏适应算法



扫描整个空闲分区表，或链表，总是挑 选一个最大的空闲区分割给作业使用。 要求按空闲区大小从大到小的次序组成 空闲区链。 优点：可使剩下的空闲区不至于太小， 产生碎片的几率最小，对中、小作业有 利。 缺点：缺乏大的空闲分区，不利于大作 业。
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程序的链接


链接程序的功能是将经过编译或汇编后所得到 的一组目标模块以及它们所需要的库函数，装 配成一个完整的装入模块。 实现链接的方法有三种
静态链接：事先进行链接，以后不再拆开的链接方式 装入时动态链接：用户源程序经编译后所得到的目标
模块，是在装入内存时，边装入边链接的。 运行时动态链接：某些目标模块的链接，是在程序执 行中需要该（目标）模块时，才对它进行链接
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（1）分页管理方式

页面（用户程序划分） 把用户程序按逻辑页划分成大小相等的部 分，称为页（page） 。从0开始编制页号， 页内地址是相对于0编址
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内存空间 按页的大小划分为大小相等的区域，称为块 或内存块（物理页面，页框） 在为进程分配内存时，以块为单位将进程中 的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的 物理块中。由于进程的最后一页经常不满一 块而形成了不可利用的碎片称之为“页内碎 片” 逻辑上相邻的页，物理上不一定相邻
可重定位分区分配




在连续分配中，必须把一个系统或用户程序 装入一连续的内存空间。 不能被利用的小分区称为“零头”或“碎 片”。 将主存中的所有作业进行移动，使它们相邻 接。这样，原来分散的多个小分区便拼接成 一个大分区，从而就可以把作业装入该区。 这种通过移动，把多个分散的小分区拼接成 大分区的方法被称为“拼接”或“紧凑”， 改变作业在主存中位置的工作称为“移动”。
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地址变换机构


地址变换机构的任务是实现从逻辑地址到物 理地址的转换。即把程序地址转换成内存地 址，这个转换过程是在程序执行过程中完成 的，是动态地址映射。 在现代计算机系统中，由系统提供的地址映 射硬件来完成地址映射工作。