工程类存储器管理PPT优秀课件
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第4章1-存储器管理PPT课件
28.01.2021
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⑵ 不必给程序分配连续的内存空间，可以较好地利 用较小的内存块，这便于存储器用紧缩来解决存储 器的碎片问题。 动态地址再定位的缺点：需要附加的硬件支持，而 且实现存储管理的软件算法比较复杂。
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4.3 连续分配存储方式
计算机对装入内存的程序有两种分配方式：连续分配 和离散分配。 连续分配：为一个用户程序分配一个连续的内存空间， 主要用于60－70年代。它又分为二种：单一连续分配方 式和分区式分配方式 离散分配：将一个用户程序离散的分配到内存空间中 去，它有分页和分段两种分配方式。
区没有被使用的空间最小；
☻仅仅保证所选择的分区能够放得下相关进程即可。
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☻长处：
实现简单； 系统开销小。
☻不足：
因已分配分区存在内零头(Internal Fragment)而
使存储利用率不高；
因分区尺寸固定而使系统无法运行大程序； 因分区数目固定而使活动进程的数目受限。
28.01.2021
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5
逻辑地址（相对地址）：相对用户程序模块，以0
地址为起始地址的编址方式。
物理地址（绝对地址）：相对于内存，每一单元有
唯一地址的编址方式。
地址重定位（Relocation)：把相对地址转换成内存
中的绝对地址的过程，也叫地址映射（map）。
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4.2.1 程序的装入
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当CPU取一条访问内存的指令时，地址变换硬件逻辑 自动将指令中的相对地址与重定位寄存器中的值相加， 再根据和值作为内存的绝对地址去访问该单元的数据。
《存储器管理》课件
。
个人电脑的存储管理还需要注意 防止数据丢失和保护个人隐私等
问题。
数据中心的存储管理
数据中心需要存储大量的数据，如网站内容、数据库 、邮件等，因此需要建立高效、可靠、可扩展的存储
系统。
数据中心的存储管理通常采用高性能的硬件设备和软 件技术，如分布式存储系统、云存储等，以提高存储
效率和可用性。
数据中心的存储管理还需要考虑数据备份、容灾和安 全等方面的问题，以确保数据的安全性和完整性。
内存寻址
通过内存寻址方式，计算机能够定位到主存储器中的 特定地址，进而读取或写入数据。
数据组织
主存储器中的数据通常以一定方式进行组织，如按字 节、字或块为单位。
主存储器的管理策略
1 2
分区管理
将主存储器划分为不同的区域，以便于管理和维 护。
内存分配
根据程序运行的需求，为主存中的程序分配内存 空间。
空间管理
为了充分利用磁盘空间，文件系统通常会采用一些空间管理技术，例如块分配、碎片整理和垃圾回收等 。这些技术能够有效地管理磁盘空间，提高磁盘利用率。
05
存储器管理的技术发展
分布式存储系统
01
分布式存储系统是一种将数据 存储在多个物理节点上的存储 方式，通过节点之间的网络连 接实现数据的共享和访问。
存储器分类
按用途
主存储器（内存）、辅助存储器（外存，如硬盘、光盘等）、缓冲存储器（如 CPU中的缓存）
按存储介质
半导体存储器（RAM、ROM、Flash等）、磁表面存储器（磁盘、磁带等）、 光学存储器（光盘等）
存储器管理的重要性
提高存储器的利用率
通过合理的存储器管理，可以避免存 储空间的浪费，提高存储器的利用率 。
个人电脑的存储管理还需要注意 防止数据丢失和保护个人隐私等
问题。
数据中心的存储管理
数据中心需要存储大量的数据，如网站内容、数据库 、邮件等，因此需要建立高效、可靠、可扩展的存储
系统。
数据中心的存储管理通常采用高性能的硬件设备和软 件技术，如分布式存储系统、云存储等，以提高存储
效率和可用性。
数据中心的存储管理还需要考虑数据备份、容灾和安 全等方面的问题，以确保数据的安全性和完整性。
内存寻址
通过内存寻址方式，计算机能够定位到主存储器中的 特定地址，进而读取或写入数据。
数据组织
主存储器中的数据通常以一定方式进行组织，如按字 节、字或块为单位。
主存储器的管理策略
1 2
分区管理
将主存储器划分为不同的区域，以便于管理和维 护。
内存分配
根据程序运行的需求，为主存中的程序分配内存 空间。
空间管理
为了充分利用磁盘空间，文件系统通常会采用一些空间管理技术，例如块分配、碎片整理和垃圾回收等 。这些技术能够有效地管理磁盘空间，提高磁盘利用率。
05
存储器管理的技术发展
分布式存储系统
01
分布式存储系统是一种将数据 存储在多个物理节点上的存储 方式，通过节点之间的网络连 接实现数据的共享和访问。
存储器分类
按用途
主存储器（内存）、辅助存储器（外存，如硬盘、光盘等）、缓冲存储器（如 CPU中的缓存）
按存储介质
半导体存储器（RAM、ROM、Flash等）、磁表面存储器（磁盘、磁带等）、 光学存储器（光盘等）
存储器管理的重要性
提高存储器的利用率
通过合理的存储器管理，可以避免存 储空间的浪费，提高存储器的利用率 。
第四章存储器管理-10-28-PPT资料149页
缺点：归还分区算法复杂
11/20/2019
辽东学院信息技术学院
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3．分区分配操作
•
1) 分配内存
• 设请求的分区大小为u.size，表中每个空闲分区的大小可表 示为m.size。若m.size-u.size≤size(size是事先规定的不再切 割的剩余分区的大小)，说明多余部分太小，可不再切割， 将整个分区分配给请求者；
首次适应算法FF
1）作业1请求内存空间25K（分配）
0K
35K
2）作业D完成（回收）
77K
4127
20
6305 91 136
15 120 226
91K
30 111K
136K
思考：作业1完成（回收）
11/20/2019
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151K 226K
内存
OS 作业4121K7K 作业B
20K 作业C
12500 365
15000
地址变换在装入时一次完成，以后不再改变
11/20/2019
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6
3．动态运行时装入方式(Dynamic Run-time Loading)
•
在运行过程中它在内存中的位置可能经常要改变，此时就应采用动
态运行时装入的方式。
•
装入内存的所有地址都仍是相对地址，地址变换在运行时才执行
返回24
最坏适应法
• 每次把能满足作业要求，并且是 最大的空闲分区分配给作业
• 要求空闲区按大小递减的顺序组织空 闲区表（或链）。
42
35
226
11/20/2019
30
20
15
91
136
辽东学院信息技术学院
11/20/2019
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3．分区分配操作
•
1) 分配内存
• 设请求的分区大小为u.size，表中每个空闲分区的大小可表 示为m.size。若m.size-u.size≤size(size是事先规定的不再切 割的剩余分区的大小)，说明多余部分太小，可不再切割， 将整个分区分配给请求者；
首次适应算法FF
1）作业1请求内存空间25K（分配）
0K
35K
2）作业D完成（回收）
77K
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6305 91 136
15 120 226
91K
30 111K
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思考：作业1完成（回收）
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内存
OS 作业4121K7K 作业B
20K 作业C
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地址变换在装入时一次完成，以后不再改变
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3．动态运行时装入方式(Dynamic Run-time Loading)
•
在运行过程中它在内存中的位置可能经常要改变，此时就应采用动
态运行时装入的方式。
•
装入内存的所有地址都仍是相对地址，地址变换在运行时才执行
返回24
最坏适应法
• 每次把能满足作业要求，并且是 最大的空闲分区分配给作业
• 要求空闲区按大小递减的顺序组织空 闲区表（或链）。
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第6章存储器管理PPT课件
可变式分区的分配和释放的基本思想是：在分配时， 首先找到一个足够大的空闲分区，即这个空闲区的大小比 作业要求的要大，系统则将这个空闲分区分成两部分：一 部分成为已分配的分区，剩余的部分仍作为空闲区。在回 收 撤 除 作 业 所 占 领 的 分 区第2时2页，/共9要0页检 查 回 收 的 分 区 是 否 与 前
程序的目标模块在装入内存时，与地址有关的指令都无须 进行修改，如在图中LOAD 1，2500这条指令中仍保持相 对地址2500。当该模块被操作系统调度到处理机上执行 时，操作系统首先把该模块装入的实际起始地址减去目标 模块的相对基地址（图中该模块的基地址为0），然后将 其差值装入重定位寄存器。当CPU取一条访问内存的指令 时 ， 地 址 变 换 硬 件 逻 辑 自第1动5页将/共9指0页令 中 的 相 对 地 址 与 重 定 位
图6.1 计算机存储系统层次划分
第3页/共90页
6.1.2 存储管理目的和功能
1、主存储器的分配和回收 内存分配的主要任务是为每一道程序分配内存空间，使 它们“各得其所”。
2、提高主存储器的利用率，减少不可用的存储空间（称为 “零头），允许多道程序动态共享主存。
3、存储保护 内存保护的任务是确保每道程序都在自己的内存空间运
Process 1 Process 4
Process 3
320 K 128 K 96 K 288 K
64 K
第23页/共90页
Example Dynamic Partitioning
Operating System
Process 4 Process 3
320 K 128 K 96 K 288 K
64 K
第8页/共90页
6.1.3 程序准备执行（续）
程序的目标模块在装入内存时，与地址有关的指令都无须 进行修改，如在图中LOAD 1，2500这条指令中仍保持相 对地址2500。当该模块被操作系统调度到处理机上执行 时，操作系统首先把该模块装入的实际起始地址减去目标 模块的相对基地址（图中该模块的基地址为0），然后将 其差值装入重定位寄存器。当CPU取一条访问内存的指令 时 ， 地 址 变 换 硬 件 逻 辑 自第1动5页将/共9指0页令 中 的 相 对 地 址 与 重 定 位
图6.1 计算机存储系统层次划分
第3页/共90页
6.1.2 存储管理目的和功能
1、主存储器的分配和回收 内存分配的主要任务是为每一道程序分配内存空间，使 它们“各得其所”。
2、提高主存储器的利用率，减少不可用的存储空间（称为 “零头），允许多道程序动态共享主存。
3、存储保护 内存保护的任务是确保每道程序都在自己的内存空间运
Process 1 Process 4
Process 3
320 K 128 K 96 K 288 K
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Example Dynamic Partitioning
Operating System
Process 4 Process 3
320 K 128 K 96 K 288 K
64 K
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6.1.3 程序准备执行（续）
第4章存储器管理ppt课件
最新课件
6
1．高速缓存（续）
根据程序执行的局部性原理，将主存中一些经常 访问的信息存放在高速缓存中，减少访问主存储 器的次数，可大幅度提高程序执行速度。
进程的程序和数据是存放在主存储器中，每当使 用时，被临时复制到一个速度较快的高速缓存中。
当CPU访问一组特定信息时，首先检查它是否在 高速缓存中，如果已存在，可直接从中取出使用， 以避免访问主存，否则，再从主存中读出信息。
1．主存储器
主存储器(简称内存或主存)是计算机系统中一个 主要部件，用于保存进程运行时的程序和数据， 也称可执行存储器
CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和 数据，数据能够从主存储器读取并将它们装入到 寄存器中，或者相反
主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的速
度，引入寄存器和高速缓存。
最新课件
（1）分区大小相等
当程序太小时，会造成内存空间的浪费 。当程序 太大时，一个分区又不足以装入该程序，致使该 程序无法运行。
主要用在一台计算机控制多个相同对象的场合。
（2）分区大小不等
可把内存区划含有多个较小的分区、适量的中等
分区及少量的大分区。
最新课件
32
4.3.2 固定分区分配（续）
2．内存分配
（2）变换外部调用符号
将每个模块中所用的外部调用符号也都变换为相对 地址。例如将call B 变换为JSR “L”
最新课件
24
2、装入时动态链接
是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模 块，在装入内存时，采用边装入边链接的链接 方式。
装入一个目标模块时，若发生一个外部模块调 用事件，将引起装入程序去找出相应的外部目 标模块，并将它装入内存。
装入:由装入程序（Loader）将装入模块装入内存。
存储器管理PPT课件
32K
作业B
I. 将分区按大小排序，建立分区使用6表4K，并将起始地址、大
3
6小4、分配标64识作记录已分配
4 II. 1检2索8 分区使12用8表找能已满分足配要求的尚未分配的分作区业C III. 放到能容纳作业的最小分区的队列中。
128K
分区说明表
~~
256K
~~ 分配情况
输入队列的组织
每个分区有独立输入队列：小分区的队列长，大分 区的队列空，浪费
M1
0 模块C
RETURN N-1
(a)目标模块
0 模块A JSR L; RETUR
L-1 N L
L+M -L1+ M
模块B JSR L+M; RETUR N模块C
L+M+N RETURN
-1
(b)装入模块
4.2 连续分配方式
单一连续分配
用于单用户，单任务中
分区式分配
固定式 动态式 动态重定位
1）换出
a．选出被换出进程： 因素：优先级，驻留时间，进程状态
b．换出过程： 对于共享段：计数减1， 是0则换出，否则不换 修改PCB和MCB（或内存分配表）
2）换入：
a．选择换入进程：优先级，换出时间等。 b．申请内存。 c．换入
4.3 基本分页存储管理
连续分配引起:碎片 碎片问题的解决：紧凑方式,消耗系统开销。 换一种思路：离散分配
第四章 存储器管理
第四章 存储器管理
装入和链接 连续分配方式 基本分页存储管理方式 基本分段存储管理方式 虚拟存储器 请求分页存储管理方式 页面置换算法 请求分段存储管理方式
4.1 程序的装入和链接
编辑―――编译―――链接―――装入―――运行
作业B
I. 将分区按大小排序，建立分区使用6表4K，并将起始地址、大
3
6小4、分配标64识作记录已分配
4 II. 1检2索8 分区使12用8表找能已满分足配要求的尚未分配的分作区业C III. 放到能容纳作业的最小分区的队列中。
128K
分区说明表
~~
256K
~~ 分配情况
输入队列的组织
每个分区有独立输入队列：小分区的队列长，大分 区的队列空，浪费
M1
0 模块C
RETURN N-1
(a)目标模块
0 模块A JSR L; RETUR
L-1 N L
L+M -L1+ M
模块B JSR L+M; RETUR N模块C
L+M+N RETURN
-1
(b)装入模块
4.2 连续分配方式
单一连续分配
用于单用户，单任务中
分区式分配
固定式 动态式 动态重定位
1）换出
a．选出被换出进程： 因素：优先级，驻留时间，进程状态
b．换出过程： 对于共享段：计数减1， 是0则换出，否则不换 修改PCB和MCB（或内存分配表）
2）换入：
a．选择换入进程：优先级，换出时间等。 b．申请内存。 c．换入
4.3 基本分页存储管理
连续分配引起:碎片 碎片问题的解决：紧凑方式,消耗系统开销。 换一种思路：离散分配
第四章 存储器管理
第四章 存储器管理
装入和链接 连续分配方式 基本分页存储管理方式 基本分段存储管理方式 虚拟存储器 请求分页存储管理方式 页面置换算法 请求分段存储管理方式
4.1 程序的装入和链接
编辑―――编译―――链接―――装入―――运行
存储器的管理课件文本
定义：虚拟存储器是一种将内存和外存统一管理的技术
特点：可以实现内存的扩展和保护，提高内存利用率
应用场景：适用于大型操作系统、数据库等需要大量内存管理的场景
定义：高速缓冲存储器（Cache）是一种特殊类型的存储器，用于暂时存储CPU经常访问的数据和指令
工作原理：当CPU需要访问内存中的数据或指令时，首先会检查Cache中是否已经存储了这些数据或指令，如果存在，则直接从Cache中读取，否则从内存中读取并缓存到Cache中
存储器总线：连接存储器控制器和CPU等设备的通信总线，实现数据传输 以上内容仅供参考，具体介绍可以根据您的需求进行调整和完善。
以上内容仅供参考，具体介绍可以根据您的需求进行调整和完善。
存储容量：衡量存储器能够存储数据量的多少
存取速度：衡量存储器读写数据的快慢
可靠性：衡量存储器稳定性和耐用性
功耗：衡量存储器运行过程中消耗的能源多少
主存储器（Main Memory）：用于存放计算机运行时的指令和数据，直接与CPU交换信息。
高速缓冲存储器（Cache Memory）：位于CPU和主存储器之间，用于存放CPU近期访问过的数据和指令，提高计算机运行速度。
虚拟存储器（Virtual Memory）：通过将部分辅助存储器映射到主存储器上，使得程序可以访问比实际主存更大的内存空间。
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深入理解存储器管理的原理和应用
掌握存储器管理的优化技巧
了解存储器管理的发展趋势和前沿技术
将存储器管理的知识应用于实际工作和学术研究中
汇报人：PPT
优点：由于Cache的访问速度比内存快，因此使用Cache可以大大提高CPU的访问速度和效率
第四章存储器管理(2)精品PPT课件
优点：（1）内存使用均衡
（2）减少查找空闲分区的时间开销
缺点：（1）内存中缺乏大的分区
（2）按地址可能找到的不是最佳的
2020年10月16日星期五
第四章 存储器管理
12
基于顺序搜索的动态分区分配算法
（3）最佳适应算法
空白分区按长度由小到大的顺序连接在一起，形成空白区链，分配时 找到的第一个满足要求的分区分配。
《操作系统》
四院二教
2020年10月16日星期五
第四章 存储器管理
1
4.3 连续分配方式
2020年10月16日星期五
第四章 存储器管理
2
动态分区分配
1.基本思想：系统在作业提出内存申请时再 根据用户请求划分内存分区大小和位置。 并使分区的大小刚好与作业的大小相等。
2.管理：（1）空白分区说明表 （始址、大小、状态[0：此表项没有使用]）
基于顺序搜索的动态分区分配算法
（1）首次适应算法
空白分区按地址由小到大的顺序连接在一起，形成空白区链 ，分配时找到的第一个满足要求的分区分配。
从该区中划出要求大小的分区分配给进程，余下的部分仍作 为一个空闲区留在空闲区表中，但要修改其首址和大小。
回收时按地址大小递增的顺序插入到空闲区表的适当位置。 优点：有利于大作业 缺点：（1）时间开销大
✓若2i+1 的空闲分区也找不到，则找2i+2 ，进
行两次划分。
2020年10月16日星期五
第四章 存储器管理
17
伙伴系统存储空间的回收
当进程执行完毕，释放一个大小为2i 的 空闲分区时
✓若系统中没有2i大小的空闲区，则保留该分 区为独立的空闲分区。若有，则需要进行 合并，得到大小为2i＋1 的空闲分区。
《存储器管理》PPT课件
地址转换过程是：
CPU获得的逻辑地址首先与下限寄存器 的值相加，产生物理地址；然后与上限寄存 器的值比较。 1、若大于上限寄存器的值，产生“地址越界” 中断信号，由相应的中断处理程序处理； 2、若不大于上限寄存器的值，则该物理地址 就是合法地址，它对应于内存中的一个存储 单元。
案例分析
【例3-1】在某系统中采用固定分区分配管理 方式，内存分区(单位字节)情况如图3-10a所 示。现有大小为1KB、9KB、33 KB、121KB 的多个作业要求进人内存，试画出它们进入 内存后的空间分配情况，并说明内存浪费有 多大?
内存的在系统中的地位
CPU
内存
I/O 系统
外设
内存在计算机系统中的地位
3.1.1 存储体系
存储器存取 时间减少 存储器存取 速度加快 每位存储器 成本增加 存储器容量 减少 外 存 高速缓存器
程序和数据 可以被CPU 直接存取 内 存
程序和数据必 须先移到内存， 才能被CPU访问
三级存储器结构
存储器管理
单一连续分配仅适用于 单道程序设计环境，处 理机、主存都不能得到 充分的利用。
操作系统
32 KB
作业 分配给用户作 业的空间 未用
64 KB
1 60 KB
浪费
单一连续分配
特点：
（ 1 ）管理简单。它把主存分为两个区，用户区一 次只能装入一个完整的作业，且占用一个连续的 存储空间。它需要很少的软硬件支持，且便于用 户了解和使用。 （ 2 ）在主存中的作业不必考虑移动的问题，并且 主存的回收不需要任何操作。 （ 3 ）资源利用率低。不管用户区有多大，它一次 只能装入一个作业，这样造成了存储空间的浪费， 使系统整体资源利用率不高。 （4）这种分配方式不支持虚拟存储器的实现。
第3章存储器管理PPT课件
• （3）按作业对主存的需求量排成多个作业队列，一个作业队列对应一 个分区，互不借用。
第28页/共102页
3.3.6 固定分区存储管理举例
• 【例3-1】 • 在某系统中采用固定分区分配管理方式，主存分区（单位字节）情况如图3-9（a）所示。现有大小为 1KB、9KB、33KB、121KB的多个作业要求进入主存，试画出它们进入主存后的空间分配情况，并说 明主存浪费有多大？
• 其主存分配流程如图3-第51所3页示/共。102页
3.2.3 地址转换与存储保护
• 1．地址转换 • 2．存储保护
第14页/共102页
1．地址转换
• 它采用静态分配方式。 • 处理器设置两个寄存器：界限寄存器和重定位寄存器。
界限寄存器用来存放主存用户区的长度，重定位寄存 器用来存放用户区的起始地址。 • 地址转换过程是：CPU获得的逻辑地址首先与界限寄 存器的值比较，若大于界限寄存器的值，产生“地址 越界”中断信号，由相应的中断处理程序处理；若不 大于界限寄存器的值，就与重定位寄存器中的基址相 加，得到物理地址，对应于主存中的一个存储单元。
• （2）在主存中的作业不必考虑移动的问题， 并且主存的回收不需要任何操作。
• （3）资源利用率低。不管用户区有多大，它 一次只能装入一个作业，这样造成了存储空间 的浪费，使系统整体资源利用率不高。
• （4）这种分配方式不支持虚拟存储器的实现。
第17页/共102页
3.3 固定分区存储管理方式
• 3.3.1 基本原理 • 3.3.2 主存空间的分配与回收 • 3.3.3 地址转换与存储保护 • 3.3.4 管理特点 • 3.3.5 对固定分区存储管理方式的改进 • 3.3.6 固定分区存储管理举例
第9页/共102页
第28页/共102页
3.3.6 固定分区存储管理举例
• 【例3-1】 • 在某系统中采用固定分区分配管理方式，主存分区（单位字节）情况如图3-9（a）所示。现有大小为 1KB、9KB、33KB、121KB的多个作业要求进入主存，试画出它们进入主存后的空间分配情况，并说 明主存浪费有多大？
• 其主存分配流程如图3-第51所3页示/共。102页
3.2.3 地址转换与存储保护
• 1．地址转换 • 2．存储保护
第14页/共102页
1．地址转换
• 它采用静态分配方式。 • 处理器设置两个寄存器：界限寄存器和重定位寄存器。
界限寄存器用来存放主存用户区的长度，重定位寄存 器用来存放用户区的起始地址。 • 地址转换过程是：CPU获得的逻辑地址首先与界限寄 存器的值比较，若大于界限寄存器的值，产生“地址 越界”中断信号，由相应的中断处理程序处理；若不 大于界限寄存器的值，就与重定位寄存器中的基址相 加，得到物理地址，对应于主存中的一个存储单元。
• （2）在主存中的作业不必考虑移动的问题， 并且主存的回收不需要任何操作。
• （3）资源利用率低。不管用户区有多大，它 一次只能装入一个作业，这样造成了存储空间 的浪费，使系统整体资源利用率不高。
• （4）这种分配方式不支持虚拟存储器的实现。
第17页/共102页
3.3 固定分区存储管理方式
• 3.3.1 基本原理 • 3.3.2 主存空间的分配与回收 • 3.3.3 地址转换与存储保护 • 3.3.4 管理特点 • 3.3.5 对固定分区存储管理方式的改进 • 3.3.6 固定分区存储管理举例
第9页/共102页
第四章存储器管理 136页PPT文档
储区域内操作，互不干扰。 (4) 提供虚拟存储技术 使用户程序的大小和结构不受主存容量
和结构的限制，即使在用户程序比实际主存 容量还要大的情况下，程序也能正确运行．
4.1.2存储管理的功能
4.1.2.1 地址映射 一、什么是地址映射 地址映射 将程序地址空间中使用的逻辑地
址变换成主存中的物理地址的过程 称为地址映射。有时也称为地址重 定位 。
L－ 1
模块 A
JSR“ L” Retu rn；
0 模块 B
L 模块 B
CALL C；
JSR “ L＋ M”
M－ 1 Retu rn；
L＋ M－ 1 Retu rn；
0 模块 C
L＋ M 模块 C
N－ 1 Retu rn；
L＋ M＋ N－ 1 Retu rn；
(a) 目标模块 图 4-3 程序链接示意图 (b) 装入模块
4.2 内存分配
1、首次适应算法
首次适应算法的表是按空闲区首址升
序的（即空闲区表是按空闲区首址从小到
大）方法组织的。
4.2 内存分配
4.2 内存分配
分配时从表首开始，以请求内存区的 大小逐个与空闲区进行比较，找到第 一个满足要求的空闲后，若空闲区大 小与请求区的大小相等，则将该空闲 区分配给请求者，并撤消该空闲区所 在表目；若大于请求区，就将该空闲 区的一部分分配给请求者，然后，修 改空闲区的大小和首址。
第四章 存储器管理
4.1程序的装入与链接
4.1.1基本概念
存储器分成两类：
内存储器（简称内存、主 外存储器（简称外存、辅
存、物理存储器）
助存储器）
处理机能直接访问的存储 处理机不能直接访问的存
和结构的限制，即使在用户程序比实际主存 容量还要大的情况下，程序也能正确运行．
4.1.2存储管理的功能
4.1.2.1 地址映射 一、什么是地址映射 地址映射 将程序地址空间中使用的逻辑地
址变换成主存中的物理地址的过程 称为地址映射。有时也称为地址重 定位 。
L－ 1
模块 A
JSR“ L” Retu rn；
0 模块 B
L 模块 B
CALL C；
JSR “ L＋ M”
M－ 1 Retu rn；
L＋ M－ 1 Retu rn；
0 模块 C
L＋ M 模块 C
N－ 1 Retu rn；
L＋ M＋ N－ 1 Retu rn；
(a) 目标模块 图 4-3 程序链接示意图 (b) 装入模块
4.2 内存分配
1、首次适应算法
首次适应算法的表是按空闲区首址升
序的（即空闲区表是按空闲区首址从小到
大）方法组织的。
4.2 内存分配
4.2 内存分配
分配时从表首开始，以请求内存区的 大小逐个与空闲区进行比较，找到第 一个满足要求的空闲后，若空闲区大 小与请求区的大小相等，则将该空闲 区分配给请求者，并撤消该空闲区所 在表目；若大于请求区，就将该空闲 区的一部分分配给请求者，然后，修 改空闲区的大小和首址。
第四章 存储器管理
4.1程序的装入与链接
4.1.1基本概念
存储器分成两类：
内存储器（简称内存、主 外存储器（简称外存、辅
存、物理存储器）
助存储器）
处理机能直接访问的存储 处理机不能直接访问的存
存储器管理.完美版PPT
内存
8
2、基本概念
名空间：程序中由自定义的符号名构成的集合。 地址空间：程序中用来访问信息所用地址单元的集 合。其中的地址被称为逻辑地址（相对地址/程序地 址/虚地址）,通常是以0为基址进行顺序编址。 存储空间：物理存储器中全部物理存储单元的集合。 每个存储单元都有它自己的编号，该编号被称为物 理地址（绝对地址/内存地址/实地址）。 一个程序只有从地址空间装入到存储空间后才能运 行。
成若干个目标模块。 链接：链接程序 由链接程序（Linker）将编译后形成的一组
目标模块，以及它们所需要的库函数链接在 一起，形成装入模块。 装入：装入程序 由装入程序（Loader）将装入模块复制到内 存中。
7
库
主
链接程序
汇编 编译
子1
子2 目标模块
主
库 装入程序
子1 子2
装入模块
主 库 子1 子2
操作系统等系统软件占用系统区，用户区用来存放用
户程序，存储管理主要是针对内存用户区的管理。
4
2、 存储器管理的功能
地址变换 内存的分配与回收 内存的保护与共享 内存的扩充
5
第二节 程序的装入和链接
从源程序到程序执行 基本概念 程序的装入 程序的链接
6
1、从源程序到程序执行
编译：编译程序 由编译程序（Compiler）将用户源代码编译
前
后
向
向
指 N个字节 指 针 可用 针
N
N
+ +
2
2
0
0
空闲链表结构
22
分区分配算法
FF首次适应算法：空闲分区按起址递增次序排列， 从头开始直至找到第一个满足要求的空闲分区。 特点：内存低端会留下小的空闲区，高端有大的空 闲区；每次查找从低址开始，会增加查找开销。
8
2、基本概念
名空间：程序中由自定义的符号名构成的集合。 地址空间：程序中用来访问信息所用地址单元的集 合。其中的地址被称为逻辑地址（相对地址/程序地 址/虚地址）,通常是以0为基址进行顺序编址。 存储空间：物理存储器中全部物理存储单元的集合。 每个存储单元都有它自己的编号，该编号被称为物 理地址（绝对地址/内存地址/实地址）。 一个程序只有从地址空间装入到存储空间后才能运 行。
成若干个目标模块。 链接：链接程序 由链接程序（Linker）将编译后形成的一组
目标模块，以及它们所需要的库函数链接在 一起，形成装入模块。 装入：装入程序 由装入程序（Loader）将装入模块复制到内 存中。
7
库
主
链接程序
汇编 编译
子1
子2 目标模块
主
库 装入程序
子1 子2
装入模块
主 库 子1 子2
操作系统等系统软件占用系统区，用户区用来存放用
户程序，存储管理主要是针对内存用户区的管理。
4
2、 存储器管理的功能
地址变换 内存的分配与回收 内存的保护与共享 内存的扩充
5
第二节 程序的装入和链接
从源程序到程序执行 基本概念 程序的装入 程序的链接
6
1、从源程序到程序执行
编译：编译程序 由编译程序（Compiler）将用户源代码编译
前
后
向
向
指 N个字节 指 针 可用 针
N
N
+ +
2
2
0
0
空闲链表结构
22
分区分配算法
FF首次适应算法：空闲分区按起址递增次序排列， 从头开始直至找到第一个满足要求的空闲分区。 特点：内存低端会留下小的空闲区，高端有大的空 闲区；每次查找从低址开始，会增加查找开销。
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用户程序6 14KB
用户程序9 26KB
操作系统 用户程序1 用户程序3 用户程序6 用户程序9
80KB
必须对移动了的作业进行重定位。动态（因作业已经装入， 随着对指令或数据的访问自动进行）
2、动态重定位的实现
0
100 2500
load 1,2500
365
5000
相对地址 重定位寄存器
1000
2500
程序运行之前，链接成完整的装入模块 a．对相对地址的修改 b．变换外部调用符号
2、装入时动态链接
目标模块在装入内存时，边装入边链接 a.便于修改和更新 b.便于实现对目标模块的共享
3、运行时动态链接
程序执行需要时，才将某些目标模块进行链接
0 模块A CALL B;
L-1 RETURN
0 模块B CALL C; RETURN
10000 0
10100 load 1,2500
1250 +0
365
15000
作业J
处理机一侧 存储器一侧
主存
动态分区分配算法流程图
请求分配u.size 检索空闲分区链(表)
无法分配， 否 返回
空闲分区总和 否 >=u.size?
是
紧凑形成连 续空闲区
找到大于u.size的可用 分区否？
按动态分区方式 进行分配
位于ROM中 的设备驱动 程序
用户 程序
位于RAM中 的操作系统
0
4.2.2 固定分区
特点：内存划为n个分区，可同时装入n个作业/任务。
操作系统
一分、区分区大大小（小K：) 起址（K）状态
号a. 相等:缺乏灵活性
1 b. 1不2相等：利20用率更高已。分配
二2 、内存32分配：32
已分配
20K
作业A
3.动态运行时装入
在执行时才完成相对—绝对地址的转换，且有硬件的支持, 能保证进程的可移动性。
0 1000
LOAD 1, 2500
2500 365
5000 作业地址空间 图4-2
10000 11000
LOAD 1, 2500
12500 365
15000
内存空间
4.1.2 程序的链接
1、静态链接
修改有关的 数据结构
修改有关的 数据结构
返回分区号 及首址
4.2.5 对换
1 对换的引入
将阻塞进程，暂时不用的程序，数据换出。 将具备运行条件的进程换入。 类型：
整体对换：进程对换，解决内存紧张 部分对换：页面对换/分段对换：提供虚存支
持
内存分配情况随着进程进出而变化
N+2
0
4.2.3 动态分区分配
二、分配算法
1．首次适应算法FF。
要求：分区按低址――高址链接 特点：找到第一个大小满足的分区，划分。有外零头，
低址内存使用频繁。
2．循环首次适应算法。
从1中上次找到的空闲分区的下一个开始查找。 特点：空闲分区分布均匀，提高了查找速度；缺乏大的
空闲分区。
32K
作业B
I. 将分区按大小排序，建立分区使用6表4K，并将起始地址、大
3
6小4、分配标64识作记录已分配
4 II. 1检2索8 分区使12用8表找能已满分足配要求的尚未分配的分作区业C III. 放到能容纳作业的最小分区的队列中。
128K
分区说明表
~~
256K
~~ 分配情况
输入队列的组织
每个分区有独立输入队列：小分区的队列长，大分 区的队列空，浪费
装入 模块
装入 程序
4.1.1 程序的装入
1、绝对装入：
编译后，装入前已产生了绝对地址（内存地址），装入时 不再作地址重定位。
绝对地址的产生：（1）由编译器完成，（2）由程序员编 程完成。
对（1）而言，编程用符号地址。
2、可重定位装入：
静态重定位：装入时完成，主要工作是对相对地址中的指 令和数据地址的调整过程，例：图4－2
分区4 分区3
800k 700k
分区2
分区1 操作系统
400k
200k 100k 0
分区4 分区3
分区2 分区1 操作系统
4.2.3 动态分区分配（比固定式 分区有改善）
根据进程需要，动态地为之分配内存空间 一、数据结构
1．空闲分区表 2．空闲分区链
前向 指针 N+2
0
N个字节可用
后向 指针
第四章 存储器管理
第四章 存储器管理
装入和链接 连续分配方式 基本分页存储管理方式 基本分段存储管理方式 虚拟存储器 请求分页存储管理方式 页面置换算法 请求分段存储管理方式
4.1 程序的装入和链接
编辑―――编译―――链接―――装入―――运行
内存
库
编译程 序产生 的目标
模块
链接 程序
F1 回收区
回收区 F2
F1 回收区
F2
内存回收时的情况
4.2.4 可重定位分区分配
1.动态重定位的引入
连续式分配中，总量大于作业大小的多个小分区 不能容纳作业。
紧凑 通过作业移动将原来分散的小分区拼接成一个 大分区。
紧凑
操作系统 用户程序1
用户10程KB序3 用户10程K序3
3B0KB
3．最佳适应算法
分区按大小递增排序；分区释放时需插入到适当位置。
4.2.3 动态分区分配
三、分区分配
1．分配： 请求分区 u.size 空闲分区 m.size
2．回收： （1）上邻空闲区：合并，改大小 （2）下邻空闲区：合并，改大小，首址。 （3）上、下邻空闲区：合并，改大小。 （4）不邻接，则建立一新表项。
只维护一个输入队列：
一旦有分区空闲，就把该分区能容纳的作业中最接近队 列前面的作业调入分区：小作业浪费大分区
对队列进行搜索，一旦有分区空闲，就取该分区所能容 纳的最大的一个作业运行：对小作业不利
至少保留一个小分区，允许小作业运行，而不至于为小 作业分配大分区
规定一个作业至多允许被跳过的次数，之后就不能被跳 过了
4.2.1 单一连续分配
单用户单任务
系统区+用户区
大型机和小型存计贮保护掌上型计算机和
算机上，现一在般很不设置保护嵌入也式可系，统因中单任务。
少用
用户 程序
0xfff…
位于ROM中 பைடு நூலகம்操作系统
位于RAM中 的操作系统
0
用户 程序
0
早期的PC中， BIOS (basic input
output system)
M1
0 模块C
RETURN N-1
(a)目标模块
0 模块A JSR L; RETUR
L-1 N L
L+M -L1+ M
模块B JSR L+M; RETUR N模块C
L+M+N RETURN
-1
(b)装入模块
4.2 连续分配方式
单一连续分配
用于单用户，单任务中
分区式分配
固定式 动态式 动态重定位
用户程序9 26KB
操作系统 用户程序1 用户程序3 用户程序6 用户程序9
80KB
必须对移动了的作业进行重定位。动态（因作业已经装入， 随着对指令或数据的访问自动进行）
2、动态重定位的实现
0
100 2500
load 1,2500
365
5000
相对地址 重定位寄存器
1000
2500
程序运行之前，链接成完整的装入模块 a．对相对地址的修改 b．变换外部调用符号
2、装入时动态链接
目标模块在装入内存时，边装入边链接 a.便于修改和更新 b.便于实现对目标模块的共享
3、运行时动态链接
程序执行需要时，才将某些目标模块进行链接
0 模块A CALL B;
L-1 RETURN
0 模块B CALL C; RETURN
10000 0
10100 load 1,2500
1250 +0
365
15000
作业J
处理机一侧 存储器一侧
主存
动态分区分配算法流程图
请求分配u.size 检索空闲分区链(表)
无法分配， 否 返回
空闲分区总和 否 >=u.size?
是
紧凑形成连 续空闲区
找到大于u.size的可用 分区否？
按动态分区方式 进行分配
位于ROM中 的设备驱动 程序
用户 程序
位于RAM中 的操作系统
0
4.2.2 固定分区
特点：内存划为n个分区，可同时装入n个作业/任务。
操作系统
一分、区分区大大小（小K：) 起址（K）状态
号a. 相等:缺乏灵活性
1 b. 1不2相等：利20用率更高已。分配
二2 、内存32分配：32
已分配
20K
作业A
3.动态运行时装入
在执行时才完成相对—绝对地址的转换，且有硬件的支持, 能保证进程的可移动性。
0 1000
LOAD 1, 2500
2500 365
5000 作业地址空间 图4-2
10000 11000
LOAD 1, 2500
12500 365
15000
内存空间
4.1.2 程序的链接
1、静态链接
修改有关的 数据结构
修改有关的 数据结构
返回分区号 及首址
4.2.5 对换
1 对换的引入
将阻塞进程，暂时不用的程序，数据换出。 将具备运行条件的进程换入。 类型：
整体对换：进程对换，解决内存紧张 部分对换：页面对换/分段对换：提供虚存支
持
内存分配情况随着进程进出而变化
N+2
0
4.2.3 动态分区分配
二、分配算法
1．首次适应算法FF。
要求：分区按低址――高址链接 特点：找到第一个大小满足的分区，划分。有外零头，
低址内存使用频繁。
2．循环首次适应算法。
从1中上次找到的空闲分区的下一个开始查找。 特点：空闲分区分布均匀，提高了查找速度；缺乏大的
空闲分区。
32K
作业B
I. 将分区按大小排序，建立分区使用6表4K，并将起始地址、大
3
6小4、分配标64识作记录已分配
4 II. 1检2索8 分区使12用8表找能已满分足配要求的尚未分配的分作区业C III. 放到能容纳作业的最小分区的队列中。
128K
分区说明表
~~
256K
~~ 分配情况
输入队列的组织
每个分区有独立输入队列：小分区的队列长，大分 区的队列空，浪费
装入 模块
装入 程序
4.1.1 程序的装入
1、绝对装入：
编译后，装入前已产生了绝对地址（内存地址），装入时 不再作地址重定位。
绝对地址的产生：（1）由编译器完成，（2）由程序员编 程完成。
对（1）而言，编程用符号地址。
2、可重定位装入：
静态重定位：装入时完成，主要工作是对相对地址中的指 令和数据地址的调整过程，例：图4－2
分区4 分区3
800k 700k
分区2
分区1 操作系统
400k
200k 100k 0
分区4 分区3
分区2 分区1 操作系统
4.2.3 动态分区分配（比固定式 分区有改善）
根据进程需要，动态地为之分配内存空间 一、数据结构
1．空闲分区表 2．空闲分区链
前向 指针 N+2
0
N个字节可用
后向 指针
第四章 存储器管理
第四章 存储器管理
装入和链接 连续分配方式 基本分页存储管理方式 基本分段存储管理方式 虚拟存储器 请求分页存储管理方式 页面置换算法 请求分段存储管理方式
4.1 程序的装入和链接
编辑―――编译―――链接―――装入―――运行
内存
库
编译程 序产生 的目标
模块
链接 程序
F1 回收区
回收区 F2
F1 回收区
F2
内存回收时的情况
4.2.4 可重定位分区分配
1.动态重定位的引入
连续式分配中，总量大于作业大小的多个小分区 不能容纳作业。
紧凑 通过作业移动将原来分散的小分区拼接成一个 大分区。
紧凑
操作系统 用户程序1
用户10程KB序3 用户10程K序3
3B0KB
3．最佳适应算法
分区按大小递增排序；分区释放时需插入到适当位置。
4.2.3 动态分区分配
三、分区分配
1．分配： 请求分区 u.size 空闲分区 m.size
2．回收： （1）上邻空闲区：合并，改大小 （2）下邻空闲区：合并，改大小，首址。 （3）上、下邻空闲区：合并，改大小。 （4）不邻接，则建立一新表项。
只维护一个输入队列：
一旦有分区空闲，就把该分区能容纳的作业中最接近队 列前面的作业调入分区：小作业浪费大分区
对队列进行搜索，一旦有分区空闲，就取该分区所能容 纳的最大的一个作业运行：对小作业不利
至少保留一个小分区，允许小作业运行，而不至于为小 作业分配大分区
规定一个作业至多允许被跳过的次数，之后就不能被跳 过了
4.2.1 单一连续分配
单用户单任务
系统区+用户区
大型机和小型存计贮保护掌上型计算机和
算机上，现一在般很不设置保护嵌入也式可系，统因中单任务。
少用
用户 程序
0xfff…
位于ROM中 பைடு நூலகம்操作系统
位于RAM中 的操作系统
0
用户 程序
0
早期的PC中， BIOS (basic input
output system)
M1
0 模块C
RETURN N-1
(a)目标模块
0 模块A JSR L; RETUR
L-1 N L
L+M -L1+ M
模块B JSR L+M; RETUR N模块C
L+M+N RETURN
-1
(b)装入模块
4.2 连续分配方式
单一连续分配
用于单用户，单任务中
分区式分配
固定式 动态式 动态重定位