段页式逻辑地址到物理地址的原理
操作系统-存储管理（4）段页式虚拟存储
操作系统-存储管理（4）段页式虚拟存储物理地址：⼜称绝对地址，即程序执⾏所使⽤的地址空间（处理器执⾏指令时按照物理地址进⾏）逻辑地址：⼜称相对地址，即⽤户编程所使⽤的地址空间，从0开始编号，有两种形式：⼀维逻辑地址（地址）⼆维逻辑地址（段号:段内地址）主存储器空间的分配与去配：分配：进程装⼊主存时，存储管理软件进⾏具体的主存分配操作，并设置⼀个表格记录主存空间的分配情况去配：当某个进程撤离或主动归还主存资源时，存储管理软件要收回它所占⽤的全部或者部分存储空间，调整主存分配表信息主存储器空间的共享：多个进程共享主存储器资源：多道程序设计技术使若⼲个程序同时进⼊主存储器，各⾃占⽤⼀定数量的存储空间，共同使⽤⼀个主存储器多个进程共享主存储器的某些区域：若⼲个协作进程有共同的主存程序块或者主存数据块多道程序设计需要复⽤主存：按照分区复⽤：主存划分为多个固定/可变尺⼨的分区，⼀个程序/程序段占⽤⼀个分区按照页架复⽤：主存划分成多个固定⼤⼩的页架，⼀个程序/程序段占⽤多个页架装载程序/加载器（loader）把可执⾏程序装⼊内存的⽅式有：绝对装载可重定位装载动态运⾏时装载地址转换：⼜称重定位，即把可执⾏程序逻辑地址转换成绝对地址，可分为：静态地址重定位：由装载程序实现装载代码模块的加载和地址转换（⽆需硬件⽀持），把它装⼊分配给进程的内存指定区域，其中所有指令代码和数据的逻辑地址在执⾏前⼀次全部修改为内存物理地址。
早期单任务单⽤户OS使⽤。
动态地址重地位：由装载程序实现装载代码模块的加载，把它装⼊进程的内存在指定区域，但对链接程序处理过的应⽤程序逻辑地址不做修改，程序内存起始地址被置⼊重定位寄存器（基址寄存器）。
程序执⾏过程中每当CPU访问程序和数据引⽤内存地址时，由硬件地址转换机构截取此逻辑地址并加上重定位寄存器的值。
运⾏时链接地址重定位存储保护：为避免主存中的多个进程相互⼲扰，必须对主存中的程序和数据进⾏保护。
页式、段式、段页式存储优缺点总结
页式、段式、段页式存储优缺点总结内存管理⽅式主要分为：页式管理、段式管理和段页式管理。
页式管理的基本原理是将各进程的虚拟空间划分为若⼲个长度相等的页。
把内存空间按页的⼤⼩划分为⽚或者页⾯，然后把页式虚拟地址与内存地址建⽴⼀⼀对应的页表，并⽤相应的硬件地址转换机构来解决离散地址变换问题。
页式管理采⽤请求调页和预调页技术来实现内外存存储器的统⼀管理。
优点：没有外碎⽚，每个内碎⽚不超过页的⼤⼩。
缺点：程序全部装⼊内存，要求有相应的硬件⽀持，如地址变换机构缺页中断的产⽣和选择淘汰页⾯等都要求有相应的硬件⽀持。
增加了机器成本和系统开销。
段式管理的基本思想是把程序按内容或过程函数关系分成段，每段有⾃⼰的名字。
⼀个⽤户作业或者进程所包含的段对应⼀个⼆维线性虚拟空间，也就是⼀个⼆维虚拟存储器。
段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换为实际内存物理地址。
优点：可以分别编写和编译，可以针对不同类型的段采取不同的保护，可以按段为单位来进⾏共享，包括通过动态链接进⾏代码共享。
缺点：会产⽣碎⽚。
段页式管理，系统必须为每个作业或者进程建⽴⼀张段表以管理内存分配与释放、缺段处理等。
另外由于⼀个段⼜被划分为若⼲个页，每个段必须建⽴⼀张页表以把段中的虚页变换为内存中的实际页⾯。
显然与页式管理时相同，页表也要有相应的实现缺页中断处理和页⾯保护等功能的表项。
段页式管理是段式管理和页式管理相结合⽽成，具有两者的优点。
由于管理软件的增加，复杂性和开销也增加。
另外需要的硬件以及占⽤的内存也有所增加，使得执⾏速度下降。
————————————————————————————————————————————————⾸先看⼀下“基本的存储分配⽅式”种类：1. 离散分配⽅式的出现 由于连续分配⽅式会形成许多内存碎⽚，虽可通过“紧凑”功能将碎⽚合并，但会付出很⼤开销。
于是出现离散分配⽅式：将⼀个进程直接分散地装⼊到许多不相邻的内存分区中。
计算机操作系统第四章-存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。
但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。
2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。
(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。
1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。
物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。
内存管理之一段式与页式管理
内存管理之⼀段式与页式管理内存管理⽅法内存管理主要包括内存分配和回收、地址变换、内存扩充、内存共享和保护等功能。
下⾯主要介绍连续分配存储管理、覆盖与交换技术以及页式与段式存储管理等基本概念和原理。
1．连续分配存储管理⽅式连续分配是指为⼀个⽤户程序分配连续的内存空间。
连续分配有单⼀连续存储管理和分区式储管理两种⽅式。
(1)单⼀连续存储管理在这种管理⽅式中，内存被分为两个区域：系统区和⽤户区。
应⽤程序装⼊到⽤户区，可使⽤⽤户区全部空间。
其特点是，最简单，适⽤于单⽤户、单任务的操作系统。
CP／M 和 DOS 2．0以下就是采⽤此种⽅式。
这种⽅式的最⼤优点就是易于管理。
但也存在着⼀些问题和不⾜之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装⼊，使得很少使⽤的程序部分也占⽤—定数量的内存。
(2)分区式存储管理为了⽀持多道程序系统和分时系统，⽀持多个程序并发执⾏，引⼊了分区式存储管理。
分区式存储管理是把内存分为⼀些⼤⼩相等或不等的分区，操作系统占⽤其中⼀个分区，其余的分区由应⽤程序使⽤，每个应⽤程序占⽤⼀个或⼏个分区。
分区式存储管理虽然可以⽀持并发，但难以进⾏内存分区的共享。
分区式存储管理引⼈了两个新的问题：内碎⽚和外碎⽚。
前者是占⽤分区内未被利⽤的空间，后者是占⽤分区之间难以利⽤的空闲分区(通常是⼩空闲分区)。
为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。
表中各表项⼀般包括每个分区的起始地址、⼤⼩及状态(是否已分配)。
分区式存储管理常采⽤的⼀项技术就是内存紧缩(compaction)：将各个占⽤分区向内存⼀端移动，然后将各个空闲分区合并成为⼀个空闲分区。
这种技术在提供了某种程度上的灵活性的同时，也存在着⼀些弊端，例如：对占⽤分区进⾏内存数据搬移占⽤CPU~t⼨间；如果对占⽤分区中的程序进⾏“浮动”，则其重定位需要硬件⽀持。
1)固定分区(nxedpartitioning)。
固定式分区的特点是把内存划分为若⼲个固定⼤⼩的连续分区。
操作系统简答题
(1) 段是信息的逻辑单位，它是根据用户的需要划分的，因此段对 用户是可见的；页是信息的物理单位，是为了管理主存的方便而 划分的，对用户是透明的。 (2) 页的大小固定不变，由系统决定。段的大小是不固定的，它由 其完成的功能决定。 (3) 段式向用户提供的是二维地址空间，页式向用户提供的是一维 地址空间，其页号和页内偏移是机器硬件的功能。 (4) 由于段是信息的逻辑单位，因此便于存贮保护和信息的共享， 页的保护和共享受到限制。
连续、随机、串联的文件保存方式
（1）连续文件（顺序结构） 文件的信息存放在若干连续的物理块中 优点: 简单 支持顺序存取和随机存取 顺序存取速度快 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少 （2）随机文件（索引结构） 直接地址结构、索引地址结构、计算寻址结构 一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一 个专用数据结构--索引表，并将这些块的块号存放在一个索引表中
备份整个文件系统还是仅一部分 增量转储结合周期性的全面的转储 备份前进行压缩操作 对当前活动的文件进行转储比较困难，即备份时发生增删修改 等操作 要面临许多非技术问题，例如，人员的行为管理
多媒体进程调度
调度同质进程： 固定数目的电影，所有电影使用相同的帧率、视频分辨率、数据率以及 其他参数。 所有进程同等，轮换调度，加上定时机制老保证每个进程以恰当的帧率 传输。 一般实时调度：实际中，电影数目，压缩后的帧大小分辨率等差异大。 多个相互竞争的进程，其中若干进程或全部进程具有必须满足的最终时 限的调度成为实时调度。 特点：最终时限使得存在抢先的特性。 有时并不一定存在可调度的方案
死锁的产生原因和必要条件
原因：系统资源不足； 进程推进顺序不合适； 必要条件：
《操作系统》课件(五)页式存储管理
段的共享和保护
共享：在不同用户的段表中添入相同的 段表表项。
保护：在段表中添加一个保护位。 思 考：为什么段式存储管理比页式存储
管理更容易实现共享和保护？
段式和页式的问题和优点
页式：解决了碎片问题。但不便于用户作业 的共享和保护。由于用户调入的页可能只用 到其中的一部分，因此系统的效率不高。
210=1024，25=32
（2）根据给定的逻辑地址得到页号和页内地址。
035E（H）=（0000001101011110）2 从左边 数10位为页内地址，剩余为页号。页号为0。
（3）根据页号查页表，得到块号为5。
（4）将块号与块内地址组合为物理地址：
01011101011110=175E（H）
页表的实现—快表
块号
5 12
保护位
R WR
5
5
5
5
5
用户1
用户2
用户3
页式虚拟存储技术
虚拟存储器：内存扩充技术，为用户提供一 个比实际内存大得多的内存空间。
实现虚拟的三个三个条件；
程序中的哪些页已经加载内存。 当要访问的页不在内存时，如何将其掉如内存？ 若此时内存空间已满，如何选择换出的页？
页式虚拟的基本原理：加载作业时，只加载 那些最活跃的页，其余的页需要时再加载。 “请求调页技术”和“预调页技术”。
从上述地址变换过程可以看出：CPU每取一条 指令或数据，都必须经过页表。
因此，页表的每一个表项都是一个动态重定位 机构。
如何实现页表，将影响系统的效率。 方式：
硬件实现：用寄存器组。但代价太高，特别是内存 很大时，是不可能的。
软件实现：将页表放在内存中。每取一条指令，要 两次访问内存。
简答题和名词解释
名词解释1.原语：它是由若干条机器指令所构成，用以完成特定功能的一段程序，为保证其操作的正确性，它应当是原子操作，即原语是一个不可分割的操作。
2.设备独立性：指用户设备独立于所使用的具体物理设备。
即在用户程序中要执行I/O操作时，只需用逻辑设备名提出I/O请求，而不必局限于某特定的物理设备。
3.文件的逻辑结构：又称为文件逻辑组织，是指从用户观点看到的文件组织形式。
它可分为两类：记录式文件结构，由若干相关的记录构成；流式文件结构，由字符流构成。
4.树形结构目录：利用树形结构的形式，描述各目录之间的关系。
5.操作系统：操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序的集合。
6.位示图：它是利用一个向量来描述自由块使用情况的一张表。
7.置换策略：虚拟式存储管理中的一种策略。
用于确定应选择内存中的哪一页(段) 换出到磁盘对换区，以便腾出内存8.用户接口：操作系统提供给用户和编程人员的界面和接口。
包括程序接口、命令行方式和图形用户界面。
9. 死锁：指多个进程因竞争资源二造成的一种僵局，若无外力的作用，这些进程将永远不能再向前推进。
10.文件系统:OS中负责管理和存取文件信息的软件机构。
11.进程:进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立的基本单位。
13.链接文件逻辑文件中的不同记录可以存储在离散的磁盘块中。
每个盘块中都设置了一个指向下一个盘块的链接指针，用这些指针可将一个文件中的所有盘块拉成一条链，而在文件控制块中的“文件地址指针”便指向存放该文件的第一个盘块的编号。
14.快表采用联想存储器加快查表速度 ,在地址变换机构中，加入一个高速，小容量、具有并行查询能力的联想存储器，构成快表,存放正运行的作业的当前页号和块号。
16．文件目录为了项用户提供对文件的存取控制及保护功能，而按一定规则对系统中的文件名，(亦可包含文件属性)进行组织所形成的表，称为目录表或文件目录。
操作系统课程设计报告
实践课设计报告课程名称操作系统课程设计模拟设计内存管理中的地址题目转换（动态分区、页式十进制）学院班级学号姓名指导教师年月日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 模拟设计内存管理中的地址转换（动态分区、页式十进制）初始条件：1．预备内容：阅读操作系统的内存管理章节内容，理解动态分区、页式、段式和段页式存储管理的思想及相应的分配主存的过程。
2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．下列内部存储器管理中地址转换，在完成指定存储管理技术中的地址转换基础上还可以选择其它内部存储器管理中的地址转换进行模拟设计并实现：⑴动态分区方案，用最先适用算法对作业实施内存分配，然后把作业地址空间的某一逻辑地址转换成相应的物理地址。
能够处理以下的情形：输入某一逻辑地址，程序能判断地址的合法性，如果合法，计算并输出相应的物理地址。
如果不能计算出相应的物理地址，说明原因。
⑵页式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换（十进制）。
能够处理以下的情形：输入某一十进制逻辑地址，能检查地址的合法性，如果合法进行转换，否则显示“地址非法”；物理地址用十进制表示。
⑶页式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换（八进制）。
能够处理以下的情形：输入某一八进制逻辑地址，能检查地址的合法性，如果合法进行转换，否则显示“地址非法”；物理地址用八进制表示。
⑷页式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换（十六进制）。
能够处理以下的情形：输入某一十六进制逻辑地址，能检查地址的合法性，如果合法进行转换，否则显示“地址非法”；物理地址用十六进制表示。
⑸段式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换。
能够处理以下的情形：指定内存的大小，进程的个数，每个进程的段数及段大小；能检查地址的合法性，如果合法进行转换，否则显示地址非法的原因。
⑹段页式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换。
操作系统-简答题
操作系统一、1.什么是操作系统？从资源管理看操作系统的功能有哪些？答：(1).操作系统是一个系统软件，它能有效地管理和控制电脑系统中的各种硬件和软件资源、合理组织电脑的工作流程，方便用户使用的程序和数据的集合。
(2).a.处理机管理：分配和控制处理机 b.存储器管理：分配及回收内存c. I/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与操作d.文件管理：文件存取、共享和保护〔详见课本P2-3〕2.什么叫并发性？什么叫并行性？答：并发性：两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。
并行性：两个或两个以上事件在同一时刻发生。
3.试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。
答：及时性：实时系统要求更高[分时系统:秒级(一般情况〕实时系统: 微秒级甚至更小] 交互性：分时系统交互性更强可靠性：实时系统要求更高〔详见课本P9和P11〕三、1.在操作系统中为什么要引入进程的概念？它与程序的区别和联系是怎样的？答：〔1〕程序在并发执行方式下，运行时具有异步性的特征，“程序”这个静态概念已经不足以描述程序的执行过程。
这样，就需要一个数据结构PCB来记录程序的状态，以及控制其状态转换所需的一些信息。
因此，将PCB、程序、数据三者组成一个完整的实体，就是进程实体。
进程是程序的一次执行，引入进程的概念，便于操作系统对于程序的运行进行控制。
〔2〕区别：1〕进程是指令的有序集合，是静态的，进程是程序的执行，是动态的。
2〕进程的存在是暂时的，程序的存在是永久的。
3〕进程的组成应包括程序和数据。
除此之外，进程还应由记录进程状态信息的“进程控制块”组成。
联系：程序是构成进程的组成部分之一，一个进程的运行目标是执行它所对应的程序。
如果没有程序，进程就失去了其存在的意义。
从静态的角度看，进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。
2.什么是进程的互斥与同步？答：进程互斥：指两个或两个以上的进程由于竞争资源而形成的制约关系。
lab2 介绍
内存布局及相关的宏(2)
KERNBASE
–
内核逻辑地址的起始点。从KERNBASE到4G的逻辑 地址映射了0-256M的物理内存，以方便内核直接访 问 用户态程序可以访问地址的界限，更高的内存用户 不可读。一般用来方便判断用户访存是否超界 用户有写权限的地址界限。UTOP和ULIM之间是用 户只读的内核数据结构，如UVPT，UPAGES
参考资料：
outline
Part 1 Physical Page Management
struct Page数据结构 queue.h中实现的双向链表
Part2--Ex2
Exercise2：
完成函数boot_alloc()、page_init()、page_alloc()、 page_free()，实现对物理内存页面的管理 struct Page queue.h中的链表
保护模式
Call cmain()加载内核。（其中包括 这些操作：检查ELF头、检查读多少 个扇区，加载）
虚拟内存布局及相关的宏(1)
/* Virtual memory map: Permissions * kernel/user * 4 Gig --> +----------------------------+ * | Remapped Physical Memory | RW/-* KERNBASE --> +----------------------------+ 0xf0000000 * | Cur. Page Table (Kern. RW) | RW/-- PTSIZE *VPT,KSTACKTOP --> +----------------------------+ 0xefc00000 --+ * | Kernel Stack | RW/-- KSTKSIZE | * | - - - - - - - - - - - - - -| PTSIZE * | Invalid Memory (*) | --/-| * ULIM --> +----------------------------+ 0xef800000 --+ * | Cur. Page Table (User R-) | R-/R- PTSIZE * UVPT --> +----------------------------+ 0xef400000 * | RO PAGES | R-/R- PTSIZE * UPAGES --> +----------------------------+ 0xef000000 * | | * | Empty Memory (*) | * | | * 0 --> +----------------------------+ */
14存储管理3分段段页式管理
段号 状态 页表大小 页表始址 0 1 1 1 2 1 3 0 4 1 段表
页表 主存
图4-22 利用段表和页表实现地址映射
2．地址变换过程
在段页式系统中，为了便于实现地址变换，须配 置一个段表寄存器，其中存放段表始址和段表长TL。 进行地址变换时，首先利用段号S，将它与段表长TL进 行比较。若S<TL，表示未越界，于是利用段表始址和 段号来求出该段所对应的段表项在段表中的位置，从 中得到该段的页表始址，并利用逻辑地址中的段内页 号P来获得对应页的页表项位置，从中读出该页所在的 物理块号b，再利用块号b和页内地址来构成物理地址。 图4-23示出了段页式系统中的地址变换机构。
2.页表
列出了作业的逻辑地址与其在主存中的 物理地址间的对应关系。 一个页表中包含若干个表目，表目的自 然序号对应于用户程序中的页号，表目 中的块号是该页对应的物理块号。 页表的每一个表目除了包含指向页框的 指针外，还包括一个存取控制字段。 表目也称为页描述子。
分页管理中页与页框的对应 关系示意图
段表寄存器 段表始址 ＋ 段表 0 1 2 3 页表长度 ＋ 0 1 2 3 b 块号 b 块内地址 页表 段表长度 ＞ 段超长 段号S 页号P 页内地址
页表始址
图4-23
段页式系统中的地址变换机构
在段页式系统中，为了获得一条指令或数据，须 三次访问内存。第一次访问是访问内存中的段表，从 中取得页表始址；第二次访问是访问内存中的页表， 从中取出该页所在的物理块号，并将该块号与页内地 址一起形成指令或数据的物理地址；第三次访问才是 真正从第二次访问所得的地址中，取出指令或数据。 显然，这使访问内存的次数增加了近两倍。为了 提高执行速度，在地址变换机构中增设一个高速缓冲 寄存器。每次访问它时，都须同时利用段号和页号去 检索高速缓存，若找到匹配的表项，便可从中得到相 应页的物理块号，用来与页内地址一起形成物理地址； 若未找到匹配表项，则仍须再三次访问内存。
(完整版)操作系统简答题
五问答题1．在单处理机环境下，进程间有哪几种通信方式，是如何实现的？1. 作业调度：从一批后备作业中选择一个或几个作业，给它们分配资源，建立进程，挂入就绪队列。
执行完后，回收资源。
进程调度：从就绪进程队列中根据某个策略选取一个进程，使之占用CPU。
交换调度：按照给定的原则和策略，将外存交换区中的进程调入内存，把内存中的非执行进程交换到外存交换区中。
2. 设备管理中的数据传送控制方式有哪几种？分别简述如何实现的。
2. 程序直接控制：由用户进程来直接控制内存或CPU和外设间的信息传送。
中断方式：进程通过CPU发出指令启动外设，该进程阻塞。
当输入完成时，I/O控制器通过中断请求线向CPU发出中断信号，CPU S行中断处理。
DMA方式：在外设和内存之间开辟直接的数据交换通路。
通道控制方式：CPU发出启动指令，指出通道相应的操作和I/O设备，该指令就可启动通道并使该通道从内存中调出相应的通道指令执行。
3. 简述进程的几种状态和引起状态转换的典型原因，以及相关的操作原语。
3. 进程的基本状态有：新、就绪，阻塞，执行、挂起和终止六种。
新到就绪：交换，创建原语就绪到执行：进程调度执行到阻塞：I/O 请求，阻塞原语阻塞到就绪：I/O 完成，唤醒原语执行到就绪：时间片完阻塞到挂起：挂起原语挂起到就绪：唤醒原语执行到终止：进程执行完毕4. 什么是段式存储管理？它从逻辑地址到物理地址是怎么变换的？4. 把程序按内容或构成关系分成段，每段有自己的名字。
一个用户作业或进程包含的段对应于一个二维虚拟储存器。
以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把逻辑地址转换成物理地址。
只将那些经常访问的段驻留内存，其他的段放在外存，待需要时自动调入。
地址变换过程：由虚地址中的段号为索引，查段表。
找出该段在内存的起始地址，并将其和段内地址相加，从而得到物理地址。
5. 什么是请求页式管理？能满足用户哪些需要？答：请求页式管理的基本原理是将逻辑地址空间分成大小相同的页，将存储地址空间分块，页和块的大小相等，通过页表进行管理。
三种存储管理方式的地址换算
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三种存储管理方式的地址换算
摘要：
操作系统(Operatｉng Ｓystem，OS)是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件(或程序集合)。从用户角度看,操作系统可以看成是对计算机硬件的扩充；从人机交互方式来看,操作系统是用户与机器的接口；从计算机的系统结构看，操作系统是一种层次、模块结构的程序集合，属于有序分层法,是无序模块的有序层次调用。操作系统在设计方面体现了计算机技术和管理技术的结合。操作系统是系统软件的核心，、它控制程序的执行和提供资源分配、调度、输入／输出控制和数据管理等任务。如DOS、UＮＩX、OＳ/２和Wiｎｄows NＴ都是得到广泛使用的操作的系统。
ｉnｔ ｄefＳect(int n,iｎt ＊t);//创建段表
iｎt priｎtSｅct(int n）；／/输出段表内容
ｉnt ｔｒaｎsSect（int n,iｎt s,ｉnt ｄ);//进行分段地址换算函数
int sｅtSｅctTaｂle（inｔ n,inｔ k）;//创建段页式内容
int prinｔSecｔＴabｌe（inｔ n,ｉnt k);//显示段页内容
｝taｂle;
//建立段页式的结构体
typeｄef sｔruｃt setＡｌl
{
struct table c1[512]；//定义段内页表的结构体
ｉnｔ ｃ2;//段号
int c3；／/段长
int ｃ4;//起始地址
}setAlｌ；
strucｔ setAll set[51２];/／定义段页式的总长度
操作系统：离散分配存储管理方式
操作系统：离散分配存储管理⽅式⽬录离散分配⽅式连续分配⽅式会形成许多外部碎⽚，虽然可通过“紧凑”⽅法将许多碎⽚拼接成可⽤的⼤块空间，但紧凑的时间开销和复杂度都很⾼。
如果允许将⼀个进程直接分散地装⼊到许多不相邻接的分区中，便可充分地利⽤内存空间，也就是采⽤离散分配的⽅式。
根据在离散分配时所分配地址空间的基本单位的不同，⼜可将离散分配分为以下三种：1. 分页存储管理⽅式：将⽤户程序的地址空间分为若⼲个固定⼤⼩的“页⾯”，也将内存空间分为若⼲个页框，将⽤户程序的任⼀页放⼊任⼀物理块中；2. 分段存储管理⽅式：把⽤户程序的地址空间分为若⼲个⼤⼩不同的段，以段为单位进⾏分配，这些段在内存中可以不相邻接；3. 段页式存储管理⽅式：将分页和分段两种存储管理⽅式相结合。
分页存储管理分页存储的结构分页存储管理将进程的逻辑地址空间分成若⼲个页⾯，并为各页加以编号。
相应地也把内存的物理地址空间分成若⼲个物理块，同样也加以编号。
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。
若页⾯⼤⼩设置得较⼩，可以减⼩内存碎⽚并提⾼内存利⽤率，但会造成每个进程占⽤较多的页⾯，从⽽导致进程的页表过长、占⽤⼤量内存和降低页⾯换进换出的效率。
如果选择的页⾯过⼤，虽然可以减少页表的长度，提⾼页⾯换进换出的速度，但却⼜会使页内碎⽚增⼤。
因此页⾯的⼤⼩应选择适中，且页⾯⼤⼩应是 2 的幂，通常为 1KB～8KB。
分页地址中的地址长度为 32 位，地址结构包含两部分内容。
前⼀部分为页号 P，占在 12 ~ 31 位，地址空间最多允许有 1M 页。
后⼀部分为位(偏)移量 W(页内地址)，占在 0 ~ 11 位，每页的⼤⼩为 4KB。
对某特定机器的地址结构是⼀定的，若给定⼀个逻辑地址空间中的地址为 A，页⾯的⼤⼩为 L，则页号 P 和页内地址 d 可按下式求得，其中INT 是整除函数。
例如系统的页⾯⼤⼩为 1KB，设 A = 2170B，则由公式可以求得 P = 2，d = 122。
段式存储管理
. . .
12345 数组[A]
子程序段[X]
0 F L 0
K
. . . CALL [A] 116 . . .
主程序段[M]
CALL [Y] [F]
. . .
S
子程序段[Y]
工作区段[B]
分段式存储管理的基本思想概念
分段存储管理中的逻辑地址空间
用户程序的划分：按程序自身的逻辑关系划分为若 干个程序段，例如主程序段（MAIN）、子程序段、 数据段、堆栈段等，每个程序段都有一个段名，且 有一个段号。段号从0开始，每一段也从0开始编址， 段内地址是连续的 逻辑地址
段式存储管理存储保护与共享
在段式存储管理中很容易实现段的共享，只需在作 业的段表中都增加一个表项，让该段的基址指向共 享段在内存中的起始地址即可。
进程A的逻辑地址空间 文本 段 0 编辑程序 段1 段2 程序段 数据段 进程A的段表 段号 段长 基址 43062 内 存 操作系统 进程A的数据段 文本编辑程序
段页式存储管理中的逻辑地址
0 第0页 4KB 第1页 段MAIN 8KB 第2页 12KB 14KB 16KB 第3页 段号s 段内页号p 段内位移d 页内位移w 第2页 段SUBP 第1页 第0页 段DATA 第1页 第0页
用户逻辑地址空间中的地址结构将由上图所示的三个部分组成： 段号s，段内页号p，页内位移w。 （其中，段内页号p和页内位移w是由段内位移d分解而成。） 如： （0，1，100）
段表
段号 0 1 2 段首址 100K 50K 120K 段长度 10K 15K 25K
段表记录了段号，段的首（地）址和长度之 间的关系 每一个程序设置一个段表，放在内存
《操作系统》课件页式存储管理
延迟释放
对于一些不再使用但仍占用内存 的对象，可以采用延迟释放的策 略，等到系统空闲时再统一进行
内存回收。
实时监控和调试工具使用技巧
使用内存监控工具
可以使用一些内存监控工具来实时监控 系统的内存使用情况，包括内存占用率 、内存分配和释放的频率等，从而及时 发现内存抖动问题。
VS
使用调试工具
影响
内存抖动会导致系统性能下降，因为 频繁的分配和释放操作会消耗大量的 CPU时间，同时还会产生大量的内存 碎片，从而降低内存利用率。
避免或减少内存抖动方法探讨
优化数据结构
通过合理设计数据结构，减少小 块内存的使用，从而降低内存分
配和释放的频率。
内存池技术
使用内存池技术可以预先分配一 块较大的内存区域，并通过自定 义的内存管理算法来管理该内存 区域，从而避免频繁地向系统申
页面大小调整
根据应用程序的特点和访问模式， 动态调整页面大小，以适应不同的 工作负载。
降低缺页率、提高命中率技巧
01
02
03
预测技术
利用程序的行为模式和历 史数据，预测未来可能访 问的页面，并提前将其加 载到内存中。
局部性原理
根据程序的局部性访问原 理，尽量将相关的数据和 代码放在同一个页面内， 以减少页面置换的次数。
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页面保护
采用写时复制、只读保护 等技术，减少不必要的页 面写操作，降低缺页率。
多级页表、反置页表等扩展技术
多级页表
将页表分为多级结构，以减少页表占用的内存空间和加快页表查找速度。
反置页表
将页表项按照物理页帧号进行组织，而不是按照逻辑页号，以加快页表查找和页面置换的速度。
段页式存储管理
近年来，随着计算机技术的快速发展，段页式存储管理 也在不断优化和改进。在国内，众多高校和研究机构在 段页式存储管理方面进行了深入研究，取得了一系列重 要成果。在国际上，各国也对段页式存储管理进行了广 泛研究，提出了一些新的存储管理技术和方法
段页式存储管理
段页式存储管理的不足之处
尽管段页式存储管理在内存管理方面具有显著优势，但仍存在一些不足之处 首先，内存碎片问题仍然存在，尽管段页式存储管理通过固定大小的段和页来管理内存， 减少了内存碎片，但在内存分配和回收的过程中，仍然可能产生内存碎片 内存碎片会导致内存利用率下降，影响系统性能 其次，页表的开销较大，段页式存储管理需要维护段表和页表，这会增加系统的开销 尤其是在大型程序中，页表的大小可能会很大，导致页表查找的开销增加，影响系统性 能 此外，段页式存储管理对于大型程序的内存管理效率较低 因为大型程序需要频繁地在内存和磁盘之间进行页面调度，段页式存储管理的效率可能 会降低
段页式存储管理是操作系统内存管理的重要组成部分，主要负责程序的逻辑地址到物理地 址的映射。它通过将内存划分为固定大小的段和页，分别管理程序的逻辑结构和物理结构 ，实现了内存的高效利用和程序的顺利运行。具体来说，段页式存储管理具有以下几个作 用 (1)内存分配：为程序提供内存空间，确保程序能够顺利运行 (2)内存回收：当程序执行完成后，回收内存空间，以便其他程序使用 (3)地址转换：将程序的逻辑地址转换为物理地址，使程序能够访问到正确的内存单 元 (4)内存保护：通过设置内存访问权限，保护程序和数据的安全
段页式存储管理
当程序访问内存时，通过页表 将逻辑地址转换为对应的物理 地址
其中，段号用于查找段表，页 内地址用于查找页表
段页式存储管理通过将逻辑地 址分为段号和页内地址，分别 查找段表和页表，将逻辑地址 转换为物理地址
二级段页式存储管理方式
二级段页式存储管理方式一、引言二级段页式存储管理方式是计算机操作系统中一种常见的存储管理方式。
它通过将主存分成多个段和多个页的组合，来提高内存的利用率和访问效率。
本文将从原理、优点和缺点三个方面对二级段页式存储管理方式进行详细介绍。
二、原理二级段页式存储管理方式基于两级映射机制，将逻辑地址转化为物理地址。
1. 段（Segment）：逻辑地址空间被划分为多个段，每个段代表一个逻辑单位，如代码段、数据段、堆栈段等。
每个段都有一个段表，用于存放段号和段的起始地址。
2. 页（Page）：每个段又被划分为多个页，页是最小的存储单位。
每个页都有一个页表，用于存放页号和页的物理地址。
3. 逻辑地址转换：当进程发起访问时，根据逻辑地址中的段号和页号，通过段表和页表找到对应的物理地址。
三、优点1. 灵活性：二级段页式存储管理方式能够灵活地管理各个段和页，适应不同的应用需求。
2. 内存利用率高：由于段和页的组合，可以更好地利用内存空间，避免内存碎片。
3. 数据保护：每个段都有独立的段表，可以对不同的段进行不同的访问权限控制，保护数据的安全性。
4. 系统性能高：段表和页表的存储位置通常位于高速缓存中，可以加快地址转换的速度，提高系统的运行效率。
四、缺点1. 存储空间开销大：每个段和每个页都需要额外的存储空间来存放段表和页表，会占用一定的内存空间。
2. 地址转换开销大：由于需要多次地址转换，会增加运行时间和系统开销。
3. 外存访问开销大：当访问的数据不在内存中时，需要进行外存访问，会增加访问时间和延迟。
五、总结二级段页式存储管理方式是一种灵活、高效的存储管理方式。
它通过将逻辑地址空间划分为多个段和页，充分利用内存空间，提高系统的运行效率。
然而，由于需要额外的存储空间和地址转换开销，也带来了一些不足之处。
因此，在具体使用时，需要根据实际情况综合考虑各种因素，选择最适合的存储管理方式。
六、参考文献[1] 《计算机操作系统》[2] 《深入理解计算机系统》。
段寻址方式的理解
段寻址方式的理解
段寻址是一种计算机内存地址的表示方式，通过将内存分为若干个段，每个段分配一个唯一的段地址，再通过段内地址来定位具体的内存位置。
这种寻址方式相较于线性寻址，具有更高的灵活性和更好的内存管理能力。
在处理器的内部，执行每一条指令码时，CPU会从CS:IP这两个寄存器计算得到转换后的物理地址，从这个物理地址所指向的内存地址处，读取一定长度的指令，然后交给逻辑运算单元(ALU)去执行。
物理地址的计算方式是：CS * 16 + IP。
当CPU读取一条指令后，根据指令操作码它能够自动知道这条指令一共需要读取多少个字节。
指令被读取之后，IP寄存器中的内容就会自增，指向内存中下一条指令的地址。
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程序以段页式的内存管理方式装入到内存后，CPU是如何找的真确的物理地址的呢？
当运行某个程序时，操作系统就会从作业表中找到该程序，并把作业表中该程序段的起始地址和段表长度装入到段表寄存其中，当程序需要访问某个地址时，也就是程序给出一个逻辑地址时，操作系统会把他分成三份：段号，页号，页内地址。然后，根据段号、段表寄存器中段表的起始地址、段表寄存器中段表的长度和段表项长度来找到相应段号在段表的中的地址，在段表中找的内容是页表该段号中页表的始址，然后，再根据程序提供的页号找到页表，从页表中取出来的是内存页表的始地址，燃后，根据页内地址找到要访问化，分段实现了更方便的共同开发程序，共享数据（共享某块）的作用，但是，内存浪费严重，段页式方式是分页和分段优点的结合体。
所有的运行的应用程序的信息组成了一张表，这张表的一条记录的主要信息是：相应应用程序的段表的起始地址和段表长度，用到的时候就把它存放到段表寄存器中；每个应用程序都有一个段表，该表记录了该程序的所有段的信息，每一条记录的主要内容是：相应段所对应的页表的起始地址和页表的长度；运行程序的每一个段都有一个页表，这个页表记录了该段的所有信息，每一条记录的主要内容是：相应逻辑页号所对应的物理页号的起始地址。