第五章 存储管理(2)答案

页号
中断位 内存块号
外存地址
访问位 修改位
页表设计

页表内容举例
– 淘汰位/修改位/保护位/中断位/引用位/
缺用位等 快表:因页面较多，页表在内存，取一次数要 访问内存两次。
内存页面分配策略
平均分配 – 将内存中所有物理页等份分给进入系统的进 程。 按进程长度比例分配 – Ai=si/S*m 按进程优先级比例分配 按进程长度和优先级比例分配
虚地址空间
} 虚页
物理地址空间
页框
28K-32K 24K-28K 20K-24K 16K-20K 12K-16K 8K-12K 4K-8K 0K-4K
页表表项
页号、内存块号、外存块号 、访问位、内外标志、、 修改标志 内外标志：表示该页是在内存还是在外存 修改位：查看此页是否在内存中被修改过

虚拟存储管理
虚存是由操作系统调度，采用内 外存的交换技术，各道程序在必需 使用时调入内存，不用的调出内存， 这样好象内存容量不受限制。
虚拟存储系统

虚拟存储是一种借助于外存 空间，从而允许一 个进程在其运行过程中部分地装入内存的技术 – 虚拟 页式存储系统 – 虚拟段式存储系统 – 虚拟段页式存储系统
Fra Baidu bibliotek
逻辑页号
0 1 2 3
内存块号
3 5 6 2
页式存储管理的优点
虛存量大，适合多道程序运行，用户不必担心 内存不够的调度操作。 内存利用率高，不常用的页面尽量不留在内存； 不要求作业连续存放，有效地解决了“碎片” 问题。与分区式比，不需移动作业；与多重分 区比，无零星碎片产生.

页式存储管理的缺点
存储管理的目的及功能（2）

功能：
– 存储共享：节省内存空间，实现进程 通信 – 内存保护技术：防止地址越界，防止 操作越权 – 内存的扩充技术：使用虛存或自动复 盖技朮提供比实际内存更大的空间 – 地址映射
逻辑地址与物理地址
在具有地址变換机构的计算机中，允 许程序中编排的地址和信息实际存放在内 存中的地址有所不同。前者叫逻辑（相对） 地址，后者叫物理（绝对）地址。 地址映射：将程序所产生的逻辑地址转换为 存储空间的物理地址。
现有一个需要25KB存储空间的作业J4请求装入内存， (1)若采用FF分配算法，请给出装入J4后的内存分配表； (2)若采用BF分配算法，请给出装入J4后的内存分配表； (3)在只有J1,J2,J3三个作业的情况下,J2运行结束后撤离， 请给出J2撤离后的内存分配表
操作系统 J1
空闲区 J2
空闲区
要处理页面中断、缺页中断处理等，系 统开销较大； 有可能产生“抖动”; 地址变換机构复杂，为提高速度采用硬 件实现，增加了机器成本

分段式存储管理



内存空间：动态地划分为若干不等长的物理段 – 物理地址=段首址+段内地址 进程空间：静态地划分为若干不等长的逻辑段 – 逻辑地址=段号+段内地址 段表/进程表/空闲表 段表首址寄存器/段表长度寄存器/快表 地址映射p70,图4-26
段,页式存储管理的对比表
段式
由用户设计，有逻辑意义 段面是信息的逻辑单位 便于段的共享和动态链接 段长不等，可动态增长 段具有二维地址空间 管理形式相似，但概念不同
页式
分页用户不可见，由OS划分 页面是信息的物理单位 页一般不能共享 页面大小相同，不能增长 页具有一维地址空间
段页式存储管理

段页式存储管理特点
每一段分若干页，再按页式管理，页间不要求 连续； 用分段方法分配管理作业，用分页方法分配管 理内存； 兼有段式和页式管理的优点,系统复杂性和开销 增 大 ， 一 般 在 大 型 机 器 上 才 使 用 .

外存管理技术
外存区间划分：基本单位为块 外存空间分配：外存分配的基本单位是块，而 内存的分配单位是单元 – 界地址存储管理外存空间分配 – 页式存储管理外存空间分配 – 段式存储管理外存空间分配 – 段页存储管理外存空间分配
J3
空闲区
0K
5K
20K
40K 50K
90K
100K
128K
内存“扩充”技术
交换（swap)：由操作系统做，用户不 知道。 复盖（overlay)：由用户控制，操作系 统提供覆盖机制。

存储管理方式
界地址存储管理 页式存储管理 段式存储管理 段页式存储管理

界地址存储管理


动态异长分区
存储空间被动态地划分为若干个长度不等的区域 分配算法 – 最先适应算法FF(First Fit) – 最佳适应算法BF(Best Fit) – 最坏适应算法WF(Worst Fit)

碎片处理
碎片 紧凑 紧凑的开销 – 修改被移动进程的地址信息 – 复制进程空间 – 实验：开始/程序/附件/系统工具/磁盘碎片整 理

分页式管理应用实例1
一个由4个页号（页号0~3），每页由1024个字 节组成的程序，把它装入一个由8个物理块 （块号为0~7）组成的存储器中，装入情况如 下表所示，已知下面的逻辑地址[0，100]，[1， 179]，[2，785]，[3，1010]（第一个元素为页 号，第二个元素为页内地址），请按页表求出 对应的物理地址
虚存的特点
虚存容量不是无限的，极端情况受内存和外存 可利用的总容量限制 虚存容量还受计算机总线地址结构限制 速度和容量的“时空”矛盾，虛存量的“扩大” 是以牺牲 CPU 工作时间以及内外存交換时间为 代价的，以 CPU 时间和外存空间换取昂贵内存 空间，这是操作系统中的资源转换技术

概述
内存资源管理
内存分区 内存分配 碎片处理

内存资源管理
静态不等长分区 静态等长分区 动态异长分区

静态不等长分区
分区：系统运行前，将逐村划分成大小不等的若干 区域，每个分区的大小可以预先确定，但系统开启 后就不能再改变了。 管理：每个注册的作业必须规定其最大存储量，不得 超过最大分区的大小。

如果内存中有空闲块，则分配一个块，将要调 入的页装入该块，并修改页表中相应页表项目 的驻留位及相应的内存块号 若此时内存中没有空闲块，则要淘汰某页（若 被淘汰页在内存期间被修改过，则要将其写回 外存）

思考

缺页中断同一般中断的区别？
缺页中断同一般中断都是中断，相同点是： 保护现场 中断处理 恢复现场 不同点： 一般中断是一条指令完成后中断，缺页中断是 一条指令执行时中断 一条指令执行时可能产生多个缺页中断。如指 令可能访问多个内存地址，这些地址在不同的 页中。
页面调入方法
请调 – 页故障发生/缺页时，进行页面调度 预调 – 页故障发生/缺页前，进行页面调度

页面淘汰算法（1）
最优淘汰算法（OPT）（Optimal Replacement Algorithm） 淘汰以后不再需要的或最远的将来才会用到的页面 先进先出算法(FIFO） （First Input First Output）,又称轮转法（RR） 选择在内存中驻留时间最长的页并淘汰之 最近最少使用页面先淘汰（LRU） （Least Recently
程序局部性原理

时间局部性 一条指令被执行了，则在不久的将来它可能再被 执行

空间局部性 若某一存储单元被使用，则在一定时间内，与该 存储单元相邻的单元可能被使用
虚拟页式存储管理
基本思想
在进程开始运行之前，不是装入全部页面，而是装入 几个或零个页面，之后根据进程运行的需要，动态 装入其它页面； 当内存空间已满，而又需要装入新的页面时，则根据 某种算法淘汰某个页面，以便装入新的页面
第四章 存储管理

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
存储管理的功能 内存资源管理 存储管理方式 外存管理技术 虚拟存储系统
存储管理的目的及功能（1）
目的：方便用户，使用户减少甚至摆脱对存储 器使用的管理；提高内存资源的利用率，关键 是实现内存共享 功能：

– 内存分配：通过建表、查表、改表和 回收登录内存使用情况，按选定分配 算法确定分区等
60K-64K
56K-60K 52K-56K 48K-52K 44K-48K 40K-44K 36K-40K 32K-36K 28K-32K 24K-28K 20K-24K 16K-20K 12K-16K 8K-12K 4K-8K 0K-4K
X X X X 7 X 5 X X X 3 4 0 6 1 2
3. 这时（ 2S后），有作业9要求进入内存，它需要12KB内存 量，按上述方法，系统将哪一块空白区分给它？
作业编号
1 2 3 4 5 6 7 8
需要内存量（KB）
140 80 100 60 50 30 15 20
运行时间（s）
3 1 3 2 1 3 2 3
内存资源管理实例2
某计算机系统的内存容量为128KB，对存储器采用可变分 区管理办法，现有3个作业J1,J2,J3在内存，其存储区间的 分配如图所示：

内存空间：动态地划分为若干个长度不同的区域 进程空间：由一个连续的区间构成，0~L-1 地址映射：设内存中的起始地址为b 内存分配表/空闲区域表 首址寄存器/限长寄存器 物理地址=逻辑地址+首址寄存器内容
双对界 交换技术swapping – Roll-in,Roll-out

页式存储管理实现原理

外存块分配策略
静态分配 – 一个进程在运行前，将其所有页面全部装入 外存，当某外存页被调入内存时，所占用的 外存 页面并不释放 动态分配 – 一个进程在运行前，仅将未装入内存的那部 分页面装入外存，当某外存页被调入内存时， 释放所占用的外存 页面

缺页中断（Page Fault）处理


在地址映射过程中，在页表中发现所要访问的 页不在内存，则产生缺页中断。操作系统接到 此中断信号后，就调出缺页中断处理程序，根 据页表中给出的外存地址，准备将该页调入内 存 此时应将缺页的进程挂起（调页完成唤醒）

段,页式存储管理的对比表 段式存储管理的优越性:段的共享与动态分配，一般由 硬件设备的多种支持，特别是近代的优化编译巳进入 CPU内部设计。段共享的先决条件是程序段可重入， 即前面一段没有退出前，在不影响工作前提下，后面 一段又可重新装入。而可重入程序的特点是执行程序 中指令不变称纯代码（纯码）,而工作区和数据区由调 用者自带。

基于程序在运行时不需要一开始都装入内存， 更不应该把最近较长一段时间内不用的程序装 入内存。
内存空间：静态地划分为若干等长的页面 – 物理地址=物理页首址+页内地址 进程空间：静态地划分为若干等长的逻辑页 – 逻辑地址=逻辑页首址+页内地址 页表/进程表/总页表 页表首址寄存器/页表长度寄存器/快表 地址映射p66,图4-15

内存空间：静态地划分为若干等长的物理页 – 物理地址=物理页首址+页内地址 进程空间：静态地划分为若干不等长的逻辑段， 每段又静态地划分为若干等长的逻辑页 – 逻辑地址=段号+逻辑页号+页内地址 段表/页表/进程表/空闲表 段表首址寄存器/段表长度寄存器/快表 地址映射p74,图4-37
分段式管理应用实例
给定下面段表，已知下列逻辑地址[0，430] ，[3，400]，[1，10]，[2，500]，[4，42] ，[1，11]（第一个元素为段号，第二个元素 为段内地址），分别求其对应的物理地址
段号 0 1
段长 600 14
段首址 219 2300
2
3 4
100
580 96
90
1327 1954
段式存储管理

内存资源管理实例1
有一个系统，其内存容量为1024KB，有8个作业同时到达，各 作业的内存量及运行时间如下表所示，假定系统初启时，将 内存1024KB按作业的编号顺序分给各道作业，并假定是多 CPU下，分配到内存的作业都可以立即运行，问：
1. 1S后，内存空白区按FF和Bf算法的方式将如何链接? 2. 2S后，内存空白区按上述两种算法的方式又将如何链接?
分配：系统设臵一张分区表，标明每块分区的大小位臵 和使用状态，分区表按照分区从小到大顺序排列。分配时， 从说明的第一项开始依次查看每个分区的转台状态及大小， 当状态可用，且其大小超过作业大小时，便可分配。
静态等长分配（分页）
存储空间被静态地划分为若干个长度相等的区 域，每个区域称为一页。 字位影像图 空闲页面表/空闲页面链