第5章存储管理

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第5章
存储管理
NO.30
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
例：DOS/WINDOWS的内存分布（2）
80286 有地址线24根，寻址能力224＝16MB
80386 有地址线32根，寻址能力232＝4GB
4Gb 扩充内存 XMS(EMS) HMA 1Mb 640K UMB EMS 扩展内存 高端内存，由Himem.sys管理
虚拟存储器特点
① 虚拟存储器容量与实际物理内存容量大小无关，由机 器地址结构和寻址方式以及外存容量确定； ② 虚拟存储器由软件、硬件共同支撑实现： 软件负责内外信息交换； 硬件实现虚实地址转换。
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第5章
存储管理
NO.9
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
5.1-2 地址变换
2013年5月14日星期二
2．动态分区的分配
按照一定策略查找可用区表/自由链表，找一个 适当的能满足条件的空闲区分配使用。查找策略 有3种：
①最先适应法
②最佳适应法
③最坏适应法
动态分区的3种算法各有特长，针对不同作业队
列，效率和功效是不一样的。
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第5章
存储管理
NO.37
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存储管理
NO.15
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2013年5月14日星期二
例 动态重定位过程
Load 1, 500
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第5章
存储管理
NO.16
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2013年5月14日星期二
5.1-3 内外存数据传输的控制
实现内外存数据传输的方式有两种：
（1） 由用户程序控制。主要使用覆盖技术； （2） 由操作系统控制。主要使用交换技术和请 求调入/预调入方式。
用Baidu Nhomakorabea户
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第5章
存储管理
NO.29
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2013年5月14日星期二
DOS/WINDOWS的内存分布（1）
PC/XT 8088 有地址线20根，寻址能力220＝1MB
1M
备 用 视频缓冲 用户区 640k DOS区 0
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640K
用户程序 命令处理程序 设备驱动、I/O 管理程序等 系统数据区 0 中断向量表
1．固定分区法
作业执行前，系统预先把内存区固定的划分 成若干大小不等的区域，每个分区分配给一个作 业使用。整个执行过程中，每个分区的长度和分 区个数始终保持不变。 使用数据结构：分区说明表。 记录各分区的区号、分区大小、起始地址及 状态。内存的分配、释放、地址转换及存储保护 都通过分区说明表进行。
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动态定位过程
step1: 设基址寄存器BR 存放内存首地址；
虚址寄存器VR 存放CPU访问的虚地址。
step2: 程序原样装入内存，将装入首地址送BR;
step3: 程序执行中，将访问的虚地址送VR;
step4: 由地址变换机构进行地址转换：
物理地址＝(VR)+(BR)
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第5章
2013年5月14日星期二
内部碎片
（a）固定式分区内存分配示意图 （b）固定式分区说明表
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存储管理
NO.28
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2013年5月14日星期二
例： DOS/WINDOWS的存储管理
将内存划分为两个连续部分，一部分固定给操作 系统使用，另一部分为一个用户使用。设置一个边 界寄存器，存放被保护区域的边界地址。 采用静态重定位： 物理地址＝逻辑地址＋边界地址 OS 边界
4.重定位
当一个程序装入到与虚拟空间不一致的存储空 间时，要将程序中的虚地址转换映射成内存中的 物理地址。这种映射过程称为重定位。 例：
编译连接 重定位
1000
边界
源程序
符号空间
目标程序
虚拟空间
执行程序
存储空间
如： x
第50单元
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1050单元
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第5章
存储管理
NO.7
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键
0 2 R W W
Store 3,5200 （开关字＝键）
合法指令，允许访问
Store 2,3000
非法指令，出错
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第5章
存储管理
NO.23
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
5.2
分区存储管理
5.2-1 分区管理的基本原理 5.2-2 分区的分配与回收
5.2-3 有关分区管理的几个问题讨论
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2013年5月14日星期二
5.2-2 分区的分配与回收
1．国定分区的分配与回收
（1）分配 根据作业对内存大 小的要求，查分区说明表，找一 个能满足要求的分区分配使用。
（2）回收 修改分区说明表中
相应表项的状态标志为‘闲’。
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第5章
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NO.36
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对不同进程，再分配不同的开关字。
若开关字＝保护键或存储块未受保护，则允许
访问，否则访问出错。
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NO.22
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2013年5月14日星期二
例子
设当前进程的开关字为2；
2k
4k 6k 则 Load 1,5000 （非读保护） Load 1,2500（开关字≠键）
2．动态分区法
作业装入内存时，系统根据作业的· 大小和当时内存 资源情况划分一块大小相同的区域给作业使用。
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NO.33
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2013年5月14日星期二
2．动态分区法
开始，内存是一大块区域，随着一系列分配、回收，原 来一整块空闲区域被四分五裂，形成了‘棋盘式’格局。从 而产生一些非常小的空而无用的外部碎片。
① 硬件法
② 软件法
③ 软硬件结合法。
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NO.19
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2013年5月14日星期二
例 上下界寄存器
上下界寄存器限定地址范围，实现地址越界保护。
下界LR (LR)≤访问地址<(UR) 上界UR 用户程序
上下界限寄存器的存储保护有两种使用方式：
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特点： ① 简单易实现，不需要硬件支撑； ② 程序装入一块连续区域，边界地址固定， 程序不能浮动，无法实现虚拟存储器。
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NO.12
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2013年5月14日星期二
例 静态重定位过程
Load 1, 1500
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NO.13
2013年5月14日星期二
① 最先适应法
将空闲分区按地址从低到高顺序排列，依次查
找可用区表，把最先找到的满足要求的分区使用。
特点：分配简单，
总是先用低地址空间。
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第5章
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NO.38
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
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第5章
存储管理
NO.3
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
本章学习内容
存储器器计算机系统的重要资源，存储管理直
接影响系统的性能。存储管理的方法主要有分区、 分页、分段和段页式管理。
存储管理的主要目的是：
① 对内存合理分配管理，提高内存的利用率；
②
③
对内存信息共享与保护，防止相互干扰；
建立虚拟地址与内存地址的映射关系。
方法有两种：
(1). 静态重定位
(2). 动态重定位
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第5章
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NO.11
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2013年5月14日星期二
(1) 静态重定位
程序执行前，由装配程序将虚拟地址直接映 射成内存地址。 设程序分配的内存首地址为BA，则
物理地址＝虚地址＋BA
对内存容量进行“扩充”，提供更大地址空
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间。
第5章
存储管理
NO.4
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
多级存储器体系结构
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第5章
存储管理
NO.5
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2013年5月14日星期二
5.0 几个概念
1．符号空间
编程时，源程序中使用的符号的集合。如： x,A(2,3),Name等。
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第5章
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NO.17
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2013年5月14日星期二
5.1-4 内存的分配与回收
当进程装入运行时，系统要按一定策略分配一定的空间；
当进程运行结束时，系统及时回收进程占用的内存资源。
内存的分配回收中，主要使用的数据结构和策略有：
① 分配结构 ② 放置策略 ③ 交换策略 ④ 调入策略 ⑤ 回收策略
备用
CM 常规内存
上位内存，由EMM386.exe管理
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第5章
存储管理
NO.31
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2013年5月14日星期二
固定分区存在问题
① 存在内部碎片
（指内存空闲的未使用的小区域）；
② 存在部分拥挤现象。
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第5章
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NO.32
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2013年5月14日星期二
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NO.24
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2013年5月14日星期二
5.2-1 分区管理的基本原理
给内存中每一进程划分一块适当 大小的区域，连续地存放各进程的程 序和数据，使各进程得以并发执行。
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第5章
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NO.25
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2013年5月14日星期二
将较大虚拟地址空间变换成较小存储空间，即： 虚 拟 变 换
存 储
空
间
空 间
（多维线性）
（一维线性）
地址变换涉及虚空间的划分和重定位两个问题。
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第5章
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NO.10
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2013年5月14日星期二
两个问题
1）虚空间的划分 将不同程序模块连接到同一的虚拟空间，虚拟空间的划 分与计算机系统结构有关。 2）地址变换（重定位）
外部碎片
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NO.34
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2013年5月14日星期二
2．动态分区法
使用数据结构： ① 分区说明表。记录分区使用情况。 ② 可用区表/自由链表。记录所有空闲分区情况。 ③ 请求表。记录作业申请使用内存大小的情况。
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第5章
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NO.35
第5章
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NO.26
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2013年5月14日星期二
例 固定分区分配
设某系统256k内存，操作系统占用低端40k，其余分 为4个区。 区号 长度 起始地址 状态
1
2
8k
32k
40k
48k
0
0
3
4
64k
112k
80k
144k
0
0
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第5章
存储管理
NO.27
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计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
(2) 动态重定位
程序执行中，CPU访问指令时，由专门硬件 地址变换机构动态地重新定位。
特点：① 可以对内存实现非连续分配；
② 提供了实现虚拟存储器的基础； ③ 有利于程序段的共享。
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第5章
存储管理
NO.14
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2013年5月14日星期二
2013年5月14日星期二
5.1 存储管理的功能
5.1-1 虚拟存储器 5.1-2 地址变换
5.1-3 内外存数据传输的控制
5.1-4 内存的分配与回收
5.1-5 内存信息的共享与保护
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第5章
存储管理
NO.8
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2013年5月14日星期二
5.1-1 虚拟存储器
进程中的代码、数据等虚拟地址组成的虚拟空间
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第5章
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NO.20
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2013年5月14日星期二
界限寄存器的两种存储保护方式
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第5章
存储管理
NO.21
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2013年5月14日星期二
保护键措施
保护键措施限定存取权限，实现存取控制保护。 对内存被保护块设一个保护键，确定对此块的
访问权限：R、W
链表、队列、表格等。 确定进程在内存的位置。 确定内外存那些信息交换。 内外信息交换的控制方式。 回收时机，内存空闲空间调整。
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第5章
存储管理
NO.18
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2013年5月14日星期二
5.1-5 内存信息的共享与保护
防止内存中若干进程间相互干扰破坏。主要
使用3种技术：
第5章
存储管理
NO.1
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
计算机操作系统教程(第3版)
清华大学出版社 主 编: 张尧学 史美林
主 讲： 潘林森
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第5章
存储管理
NO.2
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二
第5章 存储管理
5.0 几个概念
5.1 存储管理的功能 5.2 分区存储管理 5.3 覆盖与交换 5.4 页式管理 5.5 段式与段页式管理 5.6 局部性原理和抖动问题
2．地址空间（虚拟空间）
用户程序用来访问信息的一系列地址单元的集合。 这些地址单元的编号称为逻辑地址或虚拟地址。 3．存储空间
内存中用来存放信息的一系列地址单元的集合。 这些地址单元的编号称为物理地址或存储地址。
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第5章
存储管理
NO.6
计算机操作系统教程
2013年5月14日星期二