S14：存储管理(基本概念)
计算机操作系统存储管理
计算机操作系统存储管理计算机操作系统存储管理是指操作系统在运行过程中管理和控制计算机的存储资源的一种机制。
它负责分配和回收内存，以及保护和管理进程的内存访问权限。
存储管理是操作系统中的一个重要子系统，对系统的性能和稳定性具有重要影响。
本文将介绍计算机操作系统存储管理的基本原理、常见的存储管理技术以及其在实际应用中的作用。
一、存储管理的基本原理在计算机系统中，存储器扮演着重要的角色，它用于存储程序、数据和系统状态。
计算机操作系统存储管理的基本原理是将物理内存划分为多个逻辑区域，每个区域被分配给不同的程序或进程使用。
操作系统维护一个内存分配表，记录每个逻辑区域的使用情况，并根据请求进行内存分配与回收。
当进程创建时，操作系统将为其分配一定大小的内存，当进程终止时，操作系统会回收这些内存资源。
同时，存储管理还负责处理内存碎片问题，通过内存的动态分配与合并来最大化利用内存资源。
二、常见的存储管理技术1. 基于固定分区的存储管理技术基于固定分区的存储管理技术是最早的一种存储管理方法。
它将物理内存划分为若干固定大小的分区，每个分区只能分配给一个进程使用。
该方法简单直观，但由于分区的固定大小，会产生很多内存碎片，不利于内存的高效利用。
2. 基于可变分区的存储管理技术为了解决内存碎片问题，出现了基于可变分区的存储管理技术。
这种技术允许每个进程动态地申请和释放内存空间，分区的大小可以根据进程的需要进行调整。
它相对于固定分区的方法更加灵活，能够提高内存利用率，但也存在内存碎片问题。
3. 页式存储管理技术页式存储管理技术将物理内存和逻辑内存划分为固定大小的页块，进程的地址空间也被划分为相同大小的页。
通过将逻辑地址转换为物理地址，实现了逻辑内存与物理内存的映射。
该技术可以很好地解决内存碎片问题，并且方便创建和销毁进程，但需要额外的地址转换开销。
4. 段式存储管理技术段式存储管理技术将进程的逻辑地址空间划分为若干段，每个段具有不同的长度和属性。
存储管理
存储管理存储管理是一种关键的信息技术领域，涉及到有效和有序地管理数据在计算机系统中的存储和访问。
随着信息和数据的快速增长，存储管理变得越来越重要，为了提高数据的可靠性、可用性和性能，必须采取相应的存储管理策略。
存储管理的主要目标是合理利用存储资源，提供高效的数据存取服务。
对于大型组织和企业来说，存储管理不仅仅是存储和访问数据的问题，还涉及到备份和恢复、安全性和保密性等方面的要求。
因此，存储管理需要系统地规划、组织和实施，以确保数据始终可靠可用。
为了实现高效的存储管理，需要考虑以下几个方面。
首先，存储管理需要对数据进行分类和组织。
不同类型和重要性的数据可能需要不同的存储策略和处理方式。
通过将数据进行分类和标记，可以更好地控制存储资源的使用和访问权限。
比如，可以将关键数据存储在高性能、高可靠性的存储设备上，而将较不重要的数据存储在低成本的设备上。
其次，存储管理需要考虑数据备份和恢复。
数据的备份是一项重要的任务，不仅可以防止因为硬件故障、自然灾害或者人为错误导致的数据丢失，还可以提供数据恢复的能力。
备份策略需要根据数据的重要性、访问频率和恢复时间的要求进行制定。
同时，还需要定期测试备份的可用性和完整性，以确保备份数据的可靠性。
此外，存储管理需要关注数据的安全性和保密性。
数据的安全性是指防止未经授权的访问和篡改，而数据的保密性是指控制数据的访问权限，确保只有经过授权的人员才能访问敏感数据。
为了实现数据的安全保护，可以通过加密、访问控制和审计等手段来提高系统的安全性。
另外，存储管理还需要关注存储资源的性能和效率。
通过使用缓存技术、数据压缩和去重技术等手段，可以提高存储系统的性能和利用率。
此外，存储管理还可以通过数据归档、数据迁移和容量规划等方式来优化存储资源的使用和管理。
最后，存储管理需要持续监控和维护存储系统，及时发现和解决可能的问题。
通过使用存储管理软件和工具，可以获取存储系统的性能指标和状态信息，以及进行容量规划和性能优化。
专升本操作系统第四章存储管理
缺点
内存紧缩操作需要消耗较大的系统资源，可能会 影响系统性能。
04
页式存储管理
页式存储管理的概念
01
页式存储管理是一种将内存划 分为固定大小的页，并将外存 空间划分为同样大小的页的存 储管理方式。
02
每个程序都被划分为一系列的 页面，并按照一定的规则将程 序加载到内存中。
段的共享
多个程序可以共享同一个段，通过共享可以节省 内存空间。
段的保护
通过设置段表和段长寄存器，实现段的保护，防 止越界访问。
段的移动
当需要将程序从内存中移出时，可以移动其中的 某个或多个段，而不是整个程序。
段式存储管理的优缺点
提高内存利用率
可以将不同程序的不同段分配到不同 的内存区域，避免浪费。
存储管理的主要目标是提高存储器的利用率，并保 证存储器的安全性和可靠性。
存储管理的功能
01
02
03
04
内存管理
负责内存的分配、回收和保护 ，包括内存分区、分页、分段 等管理方式。
外存管理
负责磁盘等外部存储器的管理 ，包括文件的创建、删除、读 写等操作。
缓存管理
负责缓存区的分配、替换和缓 存数据的读写操作，以提高存 储器的访问速度。
动态分区存储管理的优缺点
02
01
03
优点 可以有效地利用物理内存，提高内存利用率。 支持多道程序运行，提高系统吞吐量。
动态分区存储管理的优缺点
• 可以根据进程的实际需求动态地分配和回收内存。
动态分区存储管理的优缺点
由于分区分配算法的选择会影响内存利用率和 系统性能，因此需要仔细选择合适的算法。
深入了解计算机操作系统的存储管理
深入了解计算机操作系统的存储管理计算机操作系统是计算机系统的核心组成部分，为计算机软件和硬件的协调运行提供支持。
计算机内存是计算机硬件中的重要组成部分，是计算机系统运行的基础。
在计算机操作系统中，存储管理是最基本的操作之一。
本文将深入探讨计算机操作系统中的存储管理。
一、存储管理概述在计算机操作系统中，存储管理主要包括内存分配和内存回收两个方面。
内存分配是指在计算机系统启动时，将内存分为多个块，并为进程和线程分配所需的内存，以保证它们可以正常运行；内存回收是指在进程和线程退出时，将分配给它们的内存释放给系统，以便供其他进程和线程使用。
二、内存分配技术为了更好地满足进程和线程的内存需求，计算机操作系统采用了多种内存分配技术，包括动态内存分配和静态内存分配两种。
1、动态内存分配动态内存分配是指在进程和线程运行时，根据其实际内存需求进行内存分配。
操作系统通常采用分区技术对内存进行分配，可以分为固定分区和动态分区两种。
(1) 固定分区固定分区是指将内存分为若干个固定大小的分区，每个分区只能分配给一个进程或线程使用。
由于分区大小固定，因此容易产生“内存碎片”的问题，如果分区大小过小会浪费内存，如果分区大小过大则会导致分配不均。
因此，固定分区在实际应用中并不常用。
(2) 动态分区动态分区是指将内存分为若干个不固定大小的分区，每个分区可以根据进程或线程的实际内存需求进行分配。
动态分区主要解决了固定分区的一些问题，但也会产生“内存碎片”问题。
2、静态内存分配静态内存分配是指在编译时就将内存分配给进程或线程，并在运行时不再进行内存分配。
静态内存分配主要用于一些固定的程序或数据结构上，通常不适用于通用操作系统中。
三、内存回收技术在进程或线程退出时，需要将其占用的内存释放，并返还给系统。
内存回收主要包括两种技术，分别为手动回收和自动回收。
1、手动回收手动回收是指在编写程序时，由程序员手动释放所分配的内存。
手动回收需要注意内存泄漏和悬挂指针等问题，需要程序员自己负责管理内存。
存储管理概述
逻辑地址空间：逻辑地址的集合形成了一个地址范围，这个范围称 为逻辑地址空间，也称地址空间。
地址映射：用户在逻辑地址空间安排程序指令和数据，而用户程序 要运行必须装入内存，装入过程中，必须对有关的地址部分进行修 改，将用户的逻辑地址转换成物理地址，这个过程称为地址映射， 也称地址重定位。
返回
１．内存分配
那么称这种地址重定位为地址的“静态重定位”。
静态重定位的优点时容易实现且不需硬件支持。
缺点是：（1）程序经重定位后无法在内存中移动； （2）程序在内存中只能分配连续的区域。 （3）难以实现程序共享。
例：LOAD 1，550这 条指令是把相对地 址为550的存储单元 的内容2200装入1号 累加器，而这时内 容为2200的存储单 元的实际物理地址 为1550，所以LOAD1， 550这条指令中的直 接地址码要以所装 入内存区域的起址 为基础作相应的修 改，即改为LOAD 1， 1550。
(2)一个程序由若干个相对独立的模块组成时，这些模块可以离 散的装入多个不相邻接的存储区域，只要各模块有自己的定位 寄存器就可以了。
返回
操作系统
２．动态重定位
动态重定位是指在程序执 行过程中进行地址重定位， 即是在每次访问内存单元 前才进行地址变换。动态 重定位可以使程序中牵涉 地址的指令不加任何修改 就装入内存，但它需要硬 件――重定位寄存器的支 持。
动态重定位的优点是
(1)程序装入内存时无需作任何修改，所以装入后再移动也不 影响其正确运行，这便于用紧缩来解决存储器的碎片问题。
操作系统
存储管理概述
1、基本概念 2、存储管理功能 3、地址重定位
物理地址：内部存储器由若干的存储单元组成，为了便于CPU访问， 每个存储单元都有一个编号，这个编号称为内存地址，内存地址就 是物理地址（也称绝对地址）。它的最小值为0，最大值取决于内存 的大小和地址寄存器所能表现的最大值。
操作系统存储管理
操作系统存储管理操作系统是计算机系统中的核心组成部分，负责管理和协调计算机硬件和软件资源的分配和调度。
其中，存储管理是操作系统的重要功能之一，它涉及到对计算机内存的分配、回收和保护。
本文将从存储管理的基本概念、存储分配算法、虚拟存储与分页式存储管理等方面进行论述。
一、存储管理的基本概念存储管理是操作系统中对内存进行合理分配的过程，其目的是为了提高内存的利用率、优化进程的执行效率、保护系统的安全性。
存储管理的基本概念包括内存分配、内存回收和内存保护。
1. 内存分配内存分配是指将计算机的物理内存划分为若干个固定大小的分区，并按照不同的算法将其分配给各个进程使用。
常见的内存分配方式有连续分配、非连续分配和动态分区分配等。
2. 内存回收内存回收是指在进程结束或者释放内存时将之前分配的内存重新收回，以便可以重新分配给其他进程使用。
合理的内存回收机制可以避免内存碎片的产生，提高内存利用率。
3. 内存保护内存保护是指通过设置不同的访问权限，保护各个进程的内存空间不被其他进程非法访问和修改。
内存保护可以有效地提高系统的安全性和稳定性。
二、存储分配算法存储分配算法是决定如何将可用的内存分配给进程的一种策略。
常见的存储分配算法包括首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法等。
1. 首次适应算法首次适应算法是将空闲的内存分区从头开始依次检查，将满足需求大小的第一个空闲区域分配给进程使用。
这种算法简单直观，但可能会导致产生较多的碎片。
2. 循环首次适应算法循环首次适应算法是首次适应算法的改进版，它从上次分配内存的位置开始继续查找可用的空闲分区。
这种算法减少了对整个内存空间的搜索，降低了分配的时间复杂度。
3. 最佳适应算法最佳适应算法是将空闲分区按照大小进行排序，每次分配时选择最适合需求大小的空闲分区。
这种算法可以减少碎片的产生，但需要对空闲分区进行排序，增加了算法的复杂度。
4. 最坏适应算法最坏适应算法与最佳适应算法相反，它选择最大的空闲分区为满足需求的进程使用。
第4章 存储管理
页式存储管理是离散分配方式
页面大小
页面的大小一般是2的幂。 页面大小一般为512B~8KB，太大则页内 碎片大，太小则页表太长，占较大内存
2. 逻辑地址结构
分页地址结构如下：
31 12 11 0
页号P
位移量W
1、逻辑地址
为了使用户不过问存储分配，通常采用相 对于某个基准量(通常用0)的相对地址编程。 相对地址常用于程序编写和编译过程中。
2、逻辑空间：一个程序的相对地址的集合 组成了该程序的逻辑空间。
3、物理地址：为区分存储器中不同的存储 单元，需对其进行统一编号, 这些编号称 为物理地址。 物理地址是主存的真实地址 ––– 绝对地址 4、物理地址空间：指主存中物理单元的集 合，是程序真正运行的空间，其大小取决 于主存的实际容量。
一、单一连续分配
方法：把内存空间分成两个连续的区域, 一个为系统区,供OS使用;另一个为用户区, 供用户程序运行。 0
缺点：内存利用率很低
a a+1
操作系统
适用于单用户单任务系统中
用户程序
n
内存空间安排
二、固定分区分配
方法：在这种方式中，内存的用户区被划分 为若干个固定大小的区域，在每个分区中只 装入一个作业，这样，在内存中就可以存放 多个用户的作业，因而也就允许有多道作业 在系统中同时运行。
闲分区链；可根据作业大小情况来分配；
未分配给用户程序的分区但难 以被利用的内存空间
缺点：易产生部碎片。
二、可重定位分区分配
可重定位分区分配法是利用分区的“拼接” 或“ 紧凑” 技术解决“ 零头”。
动态重定位分区分配方式= “紧凑”技术+重定位+动态分区分配方式
计算机基础知识认识计算机系统的存储管理和文件系统
计算机基础知识认识计算机系统的存储管理和文件系统计算机基础知识：认识计算机系统的存储管理和文件系统计算机是我们日常生活中不可或缺的工具之一，而要了解计算机系统的运行原理，我们需要认识计算机系统的存储管理和文件系统。
存储管理是指计算机中数据和程序的存储方式，而文件系统则是计算机对文件的管理和组织方式。
本文将介绍计算机存储管理和文件系统的基本概念和原理。
一、存储管理存储管理是计算机系统中重要的组成部分，它负责管理计算机的存储空间，并为各种应用程序和操作系统提供数据和程序的存取功能。
在计算机系统中，存储器分为主存和辅助存储器两个层次。
1. 主存主存是计算机系统中最重要的存储器，它用于存放运行中的程序和数据。
主存按照字节进行寻址，每个字节都有唯一的地址。
主存的容量决定了计算机可以同时存储的程序和数据的大小。
主存的速度较快，但容量有限。
2. 辅助存储器辅助存储器是主存的补充，用于存储大量的程序和数据。
辅助存储器的容量较大，但速度较慢。
常见的辅助存储器有硬盘、固态硬盘和光盘等。
辅助存储器与主存之间进行数据的传输，这需要涉及到数据的缓冲和页面置换等算法。
二、文件系统文件系统是计算机系统中对文件进行管理和组织的机制。
文件系统负责文件的存储、命名、存取和保护等操作。
在文件系统中，文件按照目录进行组织，并使用文件名来唯一标识。
文件系统使用文件控制块（FCB）来描述文件的属性和存储位置。
1. 文件的层次结构文件系统通过目录的层次结构来组织文件。
目录可以包含子目录和文件，形成树状结构。
这样可以方便地对文件进行分类和组织。
文件系统中的每个目录和文件都有唯一的路径名，以便于查找和访问。
2. 文件的存储方式文件系统可以采用顺序存储、索引存储和链接存储等方式来存储文件。
顺序存储是将文件中的数据按照顺序存放在存储介质上，适用于顺序访问的场景。
索引存储是通过建立索引表来记录文件中数据的存储位置，适用于随机访问的场景。
链接存储是通过链表的方式组织文件的数据块，适用于变长文件和动态存储的场景。
存储管理概述
200
3456
3 地址重定位(Relocation)
与静态重定位相比，动态重定位有如下优点： ①主存利用率高。 为了充分利用主存,系统可将用户程序从一 个区域移到在主存的另一个区域。移动后,只要 修改重定位寄存器即可。 ②程序不必占有连续的存贮空间。 ③便于多用户共享存贮器中的同一程序。
4 存储共享
1.3 存储管理的几个基本概念
1 逻辑地址
用户的程序经过编译后形成目标 代码，目标代码通常采用相对地址的 形式。其首地址为0，其余指令中的 地址都相对于首地址0来编址。逻辑 地址也叫做相对地址或虚地址。
源程序经编译或连接后，目标代 码所限定的地址域叫该程序的地址空 间。
1.3 存储管理的几个基本概念
求程序占有连续的存储区；不能实现存储器 共享,程序执行时也不允许其代码在主存移 动。主存利用率较低。
3 地址重定位(Relocation)
(2)动态重定位 动态重定位是靠硬件的地 址转换机构来实现的。
通常采用的办法是设置一个重定位寄存器。 在存储管理为程序分配一个主存区域后，装 入程序把程序和数据原样装入到分配的存储 区中，然后把这个存储区的起始地址送入重 定位寄存器中。在程序执行时，当访问指令 或数据时,都要进行逻辑地址到绝对地址的转 换。由于这种定位方式是在程序执行过程中 进行的，所以叫动态重定位。
7 地址映射（地址重定位，地址变换）
(1) 逻辑地址（相对地址，虚地址） (2) 物理地址（绝对地址，实地址） (3) 地址映射
操作系统
一般由硬件提供一对寄存器：
基址寄存器：存放起始地址
限长寄存器：存放长度
（上界寄存器/下界寄存器）
5 存储保护与安全
对于允许多个进程共享的存储区域， 每个进程都有自己的访问权限。如果一 个进程对共享区域的访问违反了权限规 定，则发生操作越权。
存储管理主要负责
存储管理主要负责存储管理是指对计算机系统中的存储器进行有效的管理和利用，以提高计算机系统的性能和效率。
存储管理是计算机系统中非常重要的一部分，它直接影响到计算机系统的运行效率和稳定性。
本文将从存储管理的概念、存储管理的作用、存储管理的方法和存储管理的发展趋势等方面进行探讨。
一、存储管理的概念存储管理是指对计算机系统中的存储器进行有效的管理和利用，以提高计算机系统的性能和效率。
存储管理包括内存管理和外存管理两个方面。
内存管理主要是对内存的分配、回收和保护等进行管理，而外存管理则是对硬盘等外部存储设备进行管理。
二、存储管理的作用存储管理的作用非常重要，它直接影响到计算机系统的运行效率和稳定性。
存储管理可以有效地利用计算机系统中的存储资源，提高计算机系统的性能和效率。
同时，存储管理还可以保护计算机系统中的数据和程序，防止数据丢失和程序崩溃等问题的发生。
三、存储管理的方法存储管理的方法主要包括内存管理和外存管理两个方面。
内存管理主要是通过内存分配、回收和保护等方式来管理内存资源。
外存管理则是通过文件系统、磁盘管理和缓存管理等方式来管理外部存储设备。
四、存储管理的发展趋势随着计算机技术的不断发展，存储管理也在不断地发展和完善。
未来的存储管理将更加注重数据的安全性和可靠性，同时还将更加注重存储资源的利用效率和性能优化。
此外，随着云计算和大数据技术的发展，存储管理也将面临更多的挑战和机遇。
存储管理是计算机系统中非常重要的一部分，它直接影响到计算机系统的运行效率和稳定性。
存储管理的发展趋势将更加注重数据的安全性和可靠性，同时还将更加注重存储资源的利用效率和性能优化。
存储管理概述
存储管理概述存储管理是指计算机系统中负责处理存储器资源的一组软件或硬件程序。
存储管理旨在协调计算机系统中的各种硬件和软件组件，以有效地管理和分配存储资源，以及确保数据和程序的完整性和安全性。
存储管理还负责确保计算机系统中的存储器能够在高负载时有效地运行，以及处理各种存储器故障。
存储管理通常由操作系统提供，其主要任务是为进程分配和管理内存、磁盘空间、网络存储等资源。
存储管理涉及到从物理存储器到逻辑文件的各个级别，因此需要准确和高效地跟踪数据的位置、类型和用途。
存储管理的主要任务包括：1.内存管理：内存管理负责为进程分配内存空间，并确保各个进程的内存空间不会相互干扰。
内存管理还负责将进程和物理存储器之间的逻辑地址映射到物理地址。
2.磁盘管理：磁盘管理负责处理磁盘上的文件和目录，并将它们存储在适当的位置。
磁盘管理还负责跟踪磁盘上的空间使用情况，并确保每个文件都有足够的空间存储。
3.文件管理：文件管理涉及到文件的创建、读取、写入、删除等操作。
该功能还包括文件的保护和权限设置、文件共享和协作等。
4.虚拟存储：虚拟存储是一种负责将进程的逻辑地址映射到物理地址的技术。
它通过将未使用的部分交换到磁盘上来扩展可用内存空间。
5.备份和恢复：备份和恢复负责在计算机系统上创建数据备份，并在需要时将数据恢复到计算机系统中。
这是确保数据完整性和安全性的关键部分。
6.缓存管理：缓存管理负责将频繁访问的数据保留在内存中，以避免频繁读写磁盘，从而提高系统的性能和响应速度。
存储管理是计算机系统中一个至关重要的组成部分，它的任务是确保计算机系统中的存储器资源能够被有效地管理和分配，并且能够提供高效的存储器服务。
存储管理的原理一种常见的存储管理原理是通过虚拟存储器实现内存扩展。
虚拟存储器通过将进程的逻辑地址映射到物理地址，使得进程拥有了更大的地址空间，同时可以节约物理内存。
虚拟存储器还通过页面替换算法，将部分未使用的页面换出到磁盘中，从而释放内存空间，使系统可以在更多的进程中进行加载和运行。
操作系统与存储管理
操作系统与存储管理操作系统是计算机系统中的重要组成部分之一，它具有多种功能，其中之一就是存储管理。
存储管理是操作系统中的关键任务之一，它负责将计算机的内存资源进行合理的分配和管理，以满足不同程序的运行需求。
本文将介绍操作系统与存储管理的基本概念、存储管理的策略以及存储管理的重要性。
一、操作系统与存储管理的基本概念操作系统是一种控制和管理计算机系统硬件与软件资源的系统软件，它通过提供各种服务来方便用户和应用程序的使用。
存储管理作为操作系统的一个重要功能，主要负责管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收和保护等。
在计算机系统中，内存是指计算机用于存储程序和数据的地方，可以分为物理内存和虚拟内存。
物理内存是真正的计算机内存空间，而虚拟内存则是一种扩展的内存空间。
操作系统通过虚拟内存技术，可以将物理内存与硬盘空间结合起来，从而扩大计算机的内存容量。
二、存储管理的策略存储管理涉及到内存的分配、回收和保护等问题，为了提高内存的利用率和运行效率，操作系统采用了多种存储管理策略。
1. 内存分配策略内存分配是指操作系统将可用的内存空间划分为若干块，然后按需分配给不同的程序和数据。
常用的内存分配策略有连续内存分配和离散内存分配。
连续内存分配是将内存空间划分为若干连续的块，每个块大小固定。
当一个程序需要内存空间时，操作系统会为其分配一个连续的块。
离散内存分配则是将内存空间划分为若干个不连续的块，每个块大小可以不同。
离散内存分配可以更灵活地满足不同大小的程序和数据的需求。
2. 内存回收策略内存回收是指当一个程序不再需要内存空间时，操作系统将其所占用的内存空间释放出来，以便其他程序或数据使用。
内存回收策略有两种常见的方式。
第一种方式是静态回收，即当一个程序运行结束后，操作系统立即将其占用的内存空间回收。
这种方式的优点是执行效率高，但缺点是会导致内存空间的碎片化。
第二种方式是动态回收，即操作系统在程序运行过程中不断地回收不再使用的内存空间。
存储管理的基本原理
存储管理的基本原理存储管理是计算机操作系统中的一个重要模块，其主要目的是管理系统中的物理存储器，并为各个进程提供存储区块。
存储管理的基本原理包括虚拟存储器、存储分配、内存保护和内存回收。
一、虚拟存储器虚拟存储器是一个重要的存储管理原理，其主要原因是由于物理存储器数量和进程数量之间的不匹配。
虚拟存储器通过将进程所需的存储器映射到物理存储器的一个子集上，并允许进程访问整个存储器空间，从而提高了存储器的使用效果。
虚拟存储器主要分为页面式存储管理和段式存储管理两种。
1. 页面式存储管理页面式存储管理将进程的地址空间分为小的页面，并将页面映射到物理存储器上的页面帧之一。
当进程访问一个页面时，页面将被加载到一个物理页面帧中。
如果物理页面帧已经被分配给了其他页面，则需要将该页面换出到磁盘上，以便为新页面腾出空间。
页面式存储管理具有调度机制和置换机制，能够管理大量的进程，提高了系统利用率。
段式存储管理将进程的地址空间分为不同的段，并将每个段映射到不同的物理页面帧。
段式存储管理允许进程可以动态地增加或减少其地址空间中的某一段，从而更加有效地利用存储器。
二、存储分配存储分配是指操作系统在物理存储器中为进程分配存储空间的过程。
操作系统需要记录空闲的存储器空间以供后续进程的分配。
存储分配策略可以是连续存储分配或非连续存储分配。
1. 连续存储分配连续存储分配将存储器划分为一定数量的固定大小的分区，每个分区大小相等。
当一个进程需要分配存储器时，它需要请求一块连续的空间。
系统将分配一个大小合适的内存块，并为进程保留位置。
连续存储分配有很多的缺点，如对内存的浪费、对空闲块大小的限制以及导致外部碎片等。
非连续存储分配将多个进程的存储器不连续地分配到物理存储器上，从而提高了存储器使用效率。
这通常实现为虚拟存储器。
非连续存储分配可以采用段式存储分配，即将进程的地址空间分割成若干大小不同的段，并将这些段分配到物理存储器的不同区域。
三、内存保护内存保护是指操作系统通过机制来保护不属于一个进程的存储器空间。
存储管理讲义
连续存储空间管理
固定分区存储管理示例
主存分配表
OS(8K)
用户分区1(16K) 用户分区2(16K)
分区号 起始地址
1
8K
2
24K
3
40K
长度 16K 16K 32K
占用标志 0 0
Jo0b1
用户分区3(32K)
Job1(20K)
连续存储空间管理
固定分区存储管理
地址转换与存储保护
静态定位方式，地址转换时检查其绝对地址是否落 在为其分配的用户分区？ 动态定位方式，专门设置一对地址寄存器（上限/下 限寄存器），硬件地址转换机构对相应的地址进行 比较。
程序装载
绝对装载，静态地址重定位 可重定位装载，动态地址重定位（硬件支持） 动态运行时装载，运行时地址重定位
存储管理
存储保护
存储保护
防止操作系统和各用户程序在主存储器中各存储区域访问时相 互干扰 常见的存储保护硬件：
界地址 存储键
连续存储空间管理
每个程序（作业）占据主存中连续的空间， 按管理方式的不同分为：
连续存储空间管理
可变分区存储管理
又称变长分区模式 基本思想：按作业的大小划分分区，但划分的
时间、大小和位置均动态确定，系统在作业装 入主存执行之前并不建立分区。
连续存储空间管理
可变分区存储管理示例
OS(8K) 8k 23k
53k 63k 73k
Job1(15K) JJoobb24((4300KK)) Job3(10K)
单用户连续存储管理的缺点：
同单道程序的缺点，系统利用率低
连续存储空间管理
固定分区存储管理
又称定长分区或静态分区模式，是满足多道程序设计 需要的最简单的存储管理技术
存储管理
第四章 存储管理
OS 作业1 (8 KB) 作业4 (24 KB) 作业5 (128 KB)
作业4 (24 KB)
作业6 (256 KB) 作业7 (256 KB)
888 KB
1024 KB (a) (b)
(c)
图 4.9 可再定位式分区分配的靠拢过程
第四章 存储管理
352 KB 有效地址 352 KB + 50 L 1，352 K + 9800 352 KB + 9800 浮动寄存器 -32 KB
第四章 存储管理
第四章
存储管理
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 存储管理的基本概念 早期的存储管理 分页存储管理 请求分页存储管理 分段存储管理 段页式存储管理
第四章 存储管理
4.1 存储管理的基本概念
存储管理的主要内容:
1. 2.
存储分配问题：研究存储共享和各种分配算法。 地址再定位问题：研究各种地址变换机构， 以及 静态和动态再定位方法。 存储保护问题：研究保护各类程序、 数据区的方 法。 存储扩充问题：主要研究虚拟存储器问题及其各种 调度算法。
实现了主存的共享，因而有助于多道程序设计，更 有效地利用了处理机和I/O设备，从而使系统的吞吐 量和作业周转时间得到了相应的改善。 相对于后面介绍的存储管理方式，本方案为实现分 区分配所使用的表格、占用的存储容量相对较少， 算法也相对简单。 实现存储保护的措施也比较简单。 多重分区分配方案能实现对子程序、 数据段的共享。
剩余容量 7KB 23KB 23KB 87KB 399KB 539 KB
可变式分区法
作业4 24 KB 作业5 128 KB 作业6 256 KB
第四章 存储管理
存储管理的基本概念
存储管理的基本概念
嘿，朋友！咱们今天来聊聊存储管理这个听起来有点专业，实际又和咱生活息息相关的事儿。
你想想，咱家里是不是都有个衣柜？衣柜就是用来存放衣服的，让咱们能在需要的时候轻松找到合适的衣服穿。
这存储管理啊，就好比是给数据找个“衣柜”，让计算机能在需要的时候，迅速、准确地找到要用的数据。
那啥是存储管理呢？简单说，它就是负责管理计算机系统中存储资源的一套方法和技术。
就像一个精明的管家，要把家里的东西安排得井井有条。
存储管理得考虑好多方面呢！比如说，得给不同类型的数据安排合适的地方。
这就好比你得把冬天的厚棉袄和夏天的薄裙子分开放，不能混在一起，不然找起来多麻烦！计算机里的数据也一样，有的经常要用，就得放在容易找到的地方；有的不常用，就可以放在稍微偏远点的“角落”。
再比如说，存储管理还得操心怎么节省空间。
就跟咱整理衣柜，得想办法把衣服叠得紧凑点，多塞几件进去一样。
计算机里的存储资源也是有限的，得精打细算，不能浪费。
还有啊，存储管理得保证数据的安全和完整。
要是你的衣柜被人乱翻，衣服丢了或者弄坏了，你肯定不乐意吧？计算机里的数据要是出了问题，那麻烦可就大啦！
你说，这存储管理是不是很重要？要是管理不好，计算机就像个乱糟糟的房间，找啥都找不到，还容易出错。
所以啊，为了让计算机这个“大机器”能高效运转，存储管理可不能马虎。
它得像个聪明的军师，排兵布阵，让数据都各就各位，随时听候调遣。
总之，存储管理就是要让计算机的存储资源得到合理利用，数据能安全、快速地被访问和处理。
这就像给计算机打造了一个舒适、有序的“家”，让它能更好地为咱们服务！你说是不是这个理儿？。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Tongji University, 2015
16
Fang Yu
8
2015/4/20
任务之四：内存共享与保护
Operating System
• 信息共享：多个进程可以共享一块内存空间 • 信息保护：进程只能在分配给它的存储区内活动
基地址寄存器
100
⊕
024
<
虚地址寄存器
实地址
限长寄存器
XXX
软硬件方式实现： • 限长寄存器 • 上下界寄存器 • 存储保护键
Tongji University, 2015
17
Fang Yu
本节小结：
Operating SБайду номын сангаасstem
1 两种内存分配方式：连续分配方式和离散分配方式 2 三种内存空间管理方式：索引表、链式队列与位示图 3 逻辑地址与物理地址的概念、静态与动态地址重定位 4 内存扩充：交换与覆盖、虚拟存储器
理论基础：程序局部性原理 ① 程序执行时，大多数情况下是顺序的 ② 过程调用与程序跳转的距离不会太远 ③ 许多循环结构
空间局限性 时间局限性
Tongji University, 2015
14
Fang Yu
7
2015/4/20
Operating System
任务之三：内存扩充
3. 虚拟存储器：从逻辑上扩充内存
0
独立于机器，从0开 始编址的地址空间
8 +（024）
经过编译、链接形成 可执行的目标模块
24 8888
Operating System
装入
物理地址空间 （实地址空间）
100
108 +（024）
124 8888
地址变换：将程序地址空间中的逻辑
地址映照为内存地址。 Tongji University, 2015
把内存中暂时不能运行的进程的全部进程图象调处到外
存，腾出足够的内存空间，在把具备运行条件的进程调
入内存。
UNIX V6++采用的内存扩充方式
以进程的部分图象为单位
如：以“页”或“段”为单位。是请求分页和请求分段 式存储管理的基础，其目的是为了支持虚拟存储系统。
Tongji University, 2015
20k
1
20
10
11000000
2
32
15
00000000
3
50
20
10000000
索引表
…… 位示图
32k
‐1
F
M
F
M
F
50k
10
2
15
3
20
链式队列
占用前几个字节的空间
Tongji University, 2015 Fang Yu
3
2015/4/20
任务之二：地址变换
用户程序
逻辑地址空间 （虚地址空间）
2015/4/20
第四章
方钰
存储管理
1
Operating System
主要内容
4.1 存储管理的基本概念 4.2 连续分配方式 4.3 分页存储管理 4.4 分段存储管理 4.5 UNIX V6++的存储管理
Tongji University, 2015
2
Fang Yu
1
2015/4/20
多级存储器结构
13
Fang Yu
Operating System
任务之三：内存扩充
3. 虚拟存储器：从逻辑上扩充内存
与覆盖类似的是：一个作业在执行时, 只需一部分地址空间 在主存，另一部分在辅存。在辅存的地址空间将来进入主 存时，有可能覆盖主存中的地址空间（对程序员透明）。
与交换类似的是：一个作业在执行时，部分地址空间可以 在内存和外存之间移动（以“页”或“段”为单位）。
7
Fang Yu
任务之二：地址变换
用户程序
逻辑地址空间 （虚地址空间）
0
独立于机器，从0开 始编址的地址空间
8 +（024）
经过编译、链接形成 可执行的目标模块
24 8888
Operating System
装入
物理地址空间 （实地址空间）
100
108 +（ 1024 ）
124 8888
静态地址重定位：由装配程序在装入时完成。
间，一些需要运行的作业无法装入
内存扩充：在逻辑上扩充内存容量，使得小
内存满足大需求。
Tongji University, 2015
11
Fang Yu
Operating System
任务之三：内存扩充
1. 覆盖：一个作业的若干程序段共享一段主存空间
主程序30K
子程序1（8K）
子程序2（10K）
优点：程序无需一次 性全部装入。 缺点：程序员提供模 块之间的覆盖关系。
Tongji University, 2015
8
Fang Yu
4
2015/4/20
Operating System
任务之二：地址变换
装入
逻辑地址空间 （虚地址空间）
物理地址空间 （实地址空间）
0 8 +（024） 24 8888
100
地
址
024 108 +（024）
变
124
换
机
124 8888
构
动态地址重定位：程序执行中动态完成。
存储管理目标：将各级存储组织成一个整体
Tongji University, 2015
3
Fang Yu
任务之一：主存空间的管理
Operating System
• 创建/终止进程：创建时要求分配，终止时释放 • 用户程序地址空间变化：需要增配或回收存储区 • 内/外存交换：进入内存时分配，离开时释放 • 系统调整
Tongji University, 2015 Fang Yu
4
2
2015/4/20
Operating System
任务之一：主存空间的管理
内存
1. 空间分配方式
为一个用户程序分配一个连续的内存空间
连续分配方式 用户作业
不同的分配方 式决定了不同 的分配算法
离散分配方式 用户作业
以“页”为单位离散化 → 页式分配方式 以“段”为单位离散化 → 段式分配方式
Tongji University, 2015
9
Fang Yu
Operating System
任务之二：地址变换
装入
逻辑地址空间 （虚地址空间）
物理地址空间 （实地址空间）
0
100
8 +（024） 108 +（024）
重定位寄存器
基地址寄存器
100
⊕
024
24 8888
124 8888
虚地址寄存器
动态地址重定位：程序执行中动态完成。
子程序11（15k） 子程序21（20k） 子程序22（25k）
覆盖区0 10k
覆盖区1 25k
主程序 30k
Tongji University, 2015
12
Fang Yu
6
2015/4/20
Operating System
任务之三：内存扩充
2. 交换：进程的全部或部分图象可在内外存间移动
以进程的全部图象为单位
Tongji University, 2015 Fang Yu
用户程序以离散化的方式散 列在不连续的内存空间
5
Operating System
任务之一：主存空间的管理
如果选择1K大小 的固定分配单元
76543210
内存
2. 空闲空间的管理
11111111
索引号 起始地址/KB 大小/KB
11111111 00001111
Tongji University, 2015 Fang Yu
18
9
Tongji University, 2015
10
Fang Yu
5
2015/4/20
任务之三：内存扩充
Operating System
用户程序
内存
单个进程所需内存空间 > 物理内存？ 大量并发进程所需空间总和 > 物理内存？
• 一次性 • 驻留性
1. 导致程序无法运行 2. 大量暂时不用的程序占用大量内存空
程序运行前，不必全部装入内存，只需将当前要运行的少 数地址空间先装入内存便可运行。
程序运行时，如果要访问的地址空间已在内存，则继续执 行。否则，利用请求调入功能，将其调入内存。
若此时内存已满，则利用置换功能，将内存中暂时不用的 地址空间调出，腾出空间后，再将需要的调入。
具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加 以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存 容量之和决定，速度接近于内存速度，成本接近于外存。
Operating System
存储管理
CPU寄存器 主存
寄存器 高速缓存
主存
速度更快
设备管理
辅存
磁盘缓存 固定磁盘 可移动存储介质
价格更高
主存储器：用于保存程序运行的指令和数据，可执行存储器。
寄存器： 速度最快，能与CPU协调工作。 为缓和速度
高速缓存：根据程序执行的局部性原理建立。可多级。 矛盾建立 磁盘缓存：利用主存空间，缓存磁盘信息。
Tongji University, 2015
15
Fang Yu
Operating System