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1、第第4 4章章 存儲管理存儲管理重要內(nèi)容重要內(nèi)容0存儲器存儲器0連續(xù)存儲空間管理連續(xù)存儲空間管理0分頁存儲管理分頁存儲管理0分段存儲管理分段存儲管理0虛擬存儲管理虛擬存儲管理0Intel x86Intel x86分段和分頁存儲結(jié)構(gòu)分段和分頁存儲結(jié)構(gòu)0LinuxLinux虛擬存儲管理虛擬存儲管理0Windows 2003Windows 2003虛擬存儲管理虛擬存儲管理1存儲管理的功能存儲管理的功能分配和去配分配和去配0請求和釋放主存空間請求和釋放主存空間抽象和映射抽象和映射0抽象成一維數(shù)組或二維地址空間抽象成一維數(shù)組或二維地址空間0地址轉(zhuǎn)換地址轉(zhuǎn)換隔離和共享隔離和共享0隔離實(shí)現(xiàn)存儲保護(hù)功能隔離實(shí)

2、現(xiàn)存儲保護(hù)功能0超越隔離機(jī)制，提高主存利用率超越隔離機(jī)制，提高主存利用率存儲擴(kuò)充存儲擴(kuò)充0虛擬，允許進(jìn)程虛擬地址空間大于主存空間虛擬，允許進(jìn)程虛擬地址空間大于主存空間24.1 4.1 存儲器存儲器4.1.1 4.1.1 存儲器的層次存儲器的層次 4.1.2 4.1.2 地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù) 34.1.1 4.1.1 存儲器的層次存儲器的層次寄存器寄存器高速緩存高速緩存主存儲器主存儲器磁盤緩存磁盤緩存固定磁盤固定磁盤可移動存儲介質(zhì)可移動存儲介質(zhì)44.1.2 4.1.2 地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)(1)(1)鏈接鏈接動態(tài)動態(tài)重定重定位位靜態(tài)靜態(tài)重定重定位位源程序源程序模塊

3、模塊1 1源程序源程序模塊模塊2 2源程序源程序模塊模塊n n目標(biāo)目標(biāo)代碼代碼1 1目標(biāo)目標(biāo)代碼代碼2 2目標(biāo)目標(biāo)代碼代碼n n可重定位可重定位目標(biāo)代碼目標(biāo)代碼(裝載代碼裝載代碼)()(輔存輔存)編譯編譯裝入裝入執(zhí)行執(zhí)行程序名字程序名字空間空間邏輯地址邏輯地址空間空間物理地址物理地址空間空間可執(zhí)行可執(zhí)行二進(jìn)代二進(jìn)代碼碼(主存主存)庫代碼庫代碼可執(zhí)行可執(zhí)行二進(jìn)代二進(jìn)代碼碼(主存主存)程序的編譯、鏈接、裝入和執(zhí)行程序的編譯、鏈接、裝入和執(zhí)行5地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)(2)(2)邏輯地址（虛地址）：邏輯地址（虛地址）：CPUCPU所生成的地址所生成的地址物理地址（實(shí)地址）：內(nèi)存單元所看到

4、的地址物理地址（實(shí)地址）：內(nèi)存單元所看到的地址邏輯地址空間：由程序所生成的所有邏輯地址的邏輯地址空間：由程序所生成的所有邏輯地址的集合集合物理地址空間：由邏輯地址所對應(yīng)的所有物理地物理地址空間：由邏輯地址所對應(yīng)的所有物理地址的集合址的集合地址轉(zhuǎn)換或重定位：把邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址地址轉(zhuǎn)換或重定位：把邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址6靜態(tài)重定位靜態(tài)重定位0地址轉(zhuǎn)換工作在進(jìn)程執(zhí)行前一次完成；地址轉(zhuǎn)換工作在進(jìn)程執(zhí)行前一次完成；0無須硬件支持，易于實(shí)現(xiàn)，但不允許程序在執(zhí)行過程無須硬件支持，易于實(shí)現(xiàn)，但不允許程序在執(zhí)行過程中移動位置。中移動位置。0早期單用戶單任務(wù)系統(tǒng)早期單用戶單任務(wù)系統(tǒng)動態(tài)重定位動態(tài)重定位0地址

5、轉(zhuǎn)換推遲到最后的可能時(shí)刻，即進(jìn)程執(zhí)行時(shí)才完地址轉(zhuǎn)換推遲到最后的可能時(shí)刻，即進(jìn)程執(zhí)行時(shí)才完成；成；0允許程序在主存中移動、便于主存共享、主存利用率允許程序在主存中移動、便于主存共享、主存利用率高。高。地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)(3)(3)7例：使用重定位寄存器的動態(tài)重定位例：使用重定位寄存器的動態(tài)重定位8存儲保護(hù)存儲保護(hù)問題：保護(hù)操作系統(tǒng)不受用戶進(jìn)程所影響，保護(hù)用戶進(jìn)程問題：保護(hù)操作系統(tǒng)不受用戶進(jìn)程所影響，保護(hù)用戶進(jìn)程不受其他用戶進(jìn)程所影響不受其他用戶進(jìn)程所影響方法方法1)1)存儲鍵保護(hù)存儲鍵保護(hù)v系統(tǒng)將主存劃分成大小相等的若干存儲塊，并給每個存系統(tǒng)將主存劃分成大小相等的若干存儲塊，并

6、給每個存儲塊都分配一個單獨(dú)的保護(hù)鍵（鎖）；在程序狀態(tài)字儲塊都分配一個單獨(dú)的保護(hù)鍵（鎖）；在程序狀態(tài)字PSWPSW中設(shè)置有保護(hù)鍵字段，對不同的作業(yè)賦予不同的代中設(shè)置有保護(hù)鍵字段，對不同的作業(yè)賦予不同的代碼（鑰匙）；鑰匙和鎖相配才允許訪問碼（鑰匙）；鑰匙和鎖相配才允許訪問2)2)界限寄存器（下頁圖）界限寄存器（下頁圖）v上、下界防護(hù)上、下界防護(hù)：硬件為分給用戶作業(yè)的連續(xù)的主存空間：硬件為分給用戶作業(yè)的連續(xù)的主存空間設(shè)置一對上、下界，分別指向該存儲空間的上、下界設(shè)置一對上、下界，分別指向該存儲空間的上、下界v基址、限長防護(hù)基址、限長防護(hù)：基址寄存器存放當(dāng)前正執(zhí)行者的程序：基址寄存器存放當(dāng)前正執(zhí)行者的

7、程序地址空間所占分區(qū)的始址，限長寄存器存放該地址空間地址空間所占分區(qū)的始址，限長寄存器存放該地址空間的長度的長度地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)地址轉(zhuǎn)換與存儲保護(hù)(4)(4)9下限寄存器下限寄存器20002000上限寄存器上限寄存器35003500基址寄存器基址寄存器20002000限長寄存器限長寄存器15001500進(jìn)程進(jìn)程idid下限下限+上限寄存器上限寄存器基址基址+限長寄存器限長寄存器1 11000+19991000+19991000+9991000+9992 22000+35002000+35002000+15002000+15003 34000+50004000+50004000+1000400

8、0+1000內(nèi)存映像內(nèi)存映像進(jìn)程1進(jìn)程2進(jìn)程3100019992000350040005000正運(yùn)行的進(jìn)程是進(jìn)程正運(yùn)行的進(jìn)程是進(jìn)程2 2104.2 4.2 連續(xù)存儲空間管理連續(xù)存儲空間管理4.2.1 4.2.1 固定分區(qū)存儲管理固定分區(qū)存儲管理 4.2.2 4.2.2 可變分區(qū)存儲管理可變分區(qū)存儲管理 4.2.3 4.2.3 伙伴系統(tǒng)伙伴系統(tǒng)4.2.4 4.2.4 主存不足的存儲管理技術(shù)主存不足的存儲管理技術(shù)114.2.1 4.2.1 固定分區(qū)存儲管理固定分區(qū)存儲管理固定分區(qū)存儲管理的基本思想固定分區(qū)存儲管理的基本思想0主主存存空空間間被被分分成成數(shù)數(shù)目目固固定定不不變變的的分分區(qū)區(qū)，各各分分

9、區(qū)區(qū)的大小不等，每個分區(qū)只裝入一個作業(yè)。的大小不等，每個分區(qū)只裝入一個作業(yè)。固定分區(qū)存儲管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)固定分區(qū)存儲管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)0主存分配表：指出各分區(qū)的起始地址和長度；主存分配表：指出各分區(qū)的起始地址和長度；0占用標(biāo)志：指示此分區(qū)是否被使用。占用標(biāo)志：指示此分區(qū)是否被使用。作業(yè)進(jìn)入固定分區(qū)排隊(duì)策略作業(yè)進(jìn)入固定分區(qū)排隊(duì)策略0每個分區(qū)有單獨(dú)的作業(yè)等待隊(duì)列；每個分區(qū)有單獨(dú)的作業(yè)等待隊(duì)列；0所有等待處理的作業(yè)排成一個等待隊(duì)列。所有等待處理的作業(yè)排成一個等待隊(duì)列。12固定分區(qū)存儲管理的地址轉(zhuǎn)換和存儲保護(hù)固定分區(qū)存儲管理的地址轉(zhuǎn)換和存儲保護(hù) B B下限寄存器下限寄存器邏輯地址邏輯地址CPUCPU絕對地址

10、絕對地址操作系統(tǒng)區(qū)操作系統(tǒng)區(qū)用戶分區(qū)用戶分區(qū)1 1用戶分區(qū)用戶分區(qū)2 2用戶分區(qū)用戶分區(qū)3 3B+L2B+L2上限寄存器上限寄存器B+L2B+L2越界中斷越界中斷用戶分區(qū)用戶分區(qū)4 4用戶分區(qū)用戶分區(qū)5 5用戶分區(qū)用戶分區(qū)6 613固定分區(qū)的優(yōu)缺點(diǎn)固定分區(qū)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)0能夠解決單道程序運(yùn)行在并發(fā)環(huán)境下不能與能夠解決單道程序運(yùn)行在并發(fā)環(huán)境下不能與CPUCPU速度匹速度匹配的問題配的問題0解決了單道程序運(yùn)行時(shí)主存空間利用率低的問題解決了單道程序運(yùn)行時(shí)主存空間利用率低的問題0實(shí)現(xiàn)簡單實(shí)現(xiàn)簡單缺點(diǎn)缺點(diǎn)0大作業(yè)可能無法裝入大作業(yè)可能無法裝入0主存空間利用率不高，會出現(xiàn)內(nèi)碎片主存空間利用率不高，會出現(xiàn)

11、內(nèi)碎片0擴(kuò)充困難擴(kuò)充困難0限制多道運(yùn)行程序的個數(shù)限制多道運(yùn)行程序的個數(shù)144.2.2 4.2.2 可變分區(qū)存儲管理可變分區(qū)存儲管理 可變分區(qū)存儲管理是按作業(yè)的實(shí)際大小來劃可變分區(qū)存儲管理是按作業(yè)的實(shí)際大小來劃分分區(qū)，且分區(qū)個數(shù)也是隨機(jī)的分分區(qū)，且分區(qū)個數(shù)也是隨機(jī)的,實(shí)現(xiàn)多個作實(shí)現(xiàn)多個作業(yè)對主存的共享，進(jìn)一步提高主存資源利用業(yè)對主存的共享，進(jìn)一步提高主存資源利用率。率。15可變分區(qū)方式主存分配示例可變分區(qū)方式主存分配示例操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)作業(yè)作業(yè)1 1空閑區(qū)空閑區(qū)作業(yè)作業(yè)2 2空閑區(qū)空閑區(qū)4KB4KB10KB10KB46KB46KB52KB52KB128KB128KB操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)作業(yè)作業(yè)1 1

12、空閑區(qū)空閑區(qū)作業(yè)作業(yè)2 2空閑區(qū)空閑區(qū)4KB4KB10KB10KB40KB40KB46KB46KB52KB52KB128KB128KB作業(yè)作業(yè)3 3操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)作業(yè)作業(yè)1 1空閑區(qū)空閑區(qū)4KB4KB10KB10KB40KB40KB128KB128KB作業(yè)作業(yè)3 316可變分區(qū)存儲管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可變分區(qū)存儲管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 可變分區(qū)主存分配表可由兩張表格組成，可變分區(qū)主存分配表可由兩張表格組成，已分配區(qū)表已分配區(qū)表未分配區(qū)表未分配區(qū)表17可變分區(qū)回收算法可變分區(qū)回收算法A AX XA AX XB BX XB BA AX XA AB BB B18鏈表空閑區(qū)管理方法鏈表空閑區(qū)管理方法空空閑閑區(qū)區(qū)開開頭

13、頭單單元元存存放放本本空空閑閑區(qū)區(qū)長長度度及及下下個個空空閑閑區(qū)區(qū)起起始始地地址址,把把所所有有空空閑閑區(qū)區(qū)都都鏈鏈接接起起來來,設(shè)設(shè)置置第第一一塊塊空空閑閑區(qū)區(qū)地地址址指指針針,讓讓它它指指向向第第一塊空閑區(qū)地址。一塊空閑區(qū)地址。申申請請空空閑閑區(qū)區(qū)：沿沿鏈鏈查查找找并并取取一一個個長長度度能能滿滿足要求的空閑區(qū)；足要求的空閑區(qū)；歸歸還還空空閑閑區(qū)區(qū)：把把此此空空閑閑區(qū)區(qū)鏈鏈入入空空閑閑區(qū)區(qū)鏈鏈表表的相應(yīng)位置。的相應(yīng)位置。19可變分區(qū)管理分配算法可變分區(qū)管理分配算法1 1）最先適應(yīng)分配算法）最先適應(yīng)分配算法空閑區(qū)通常按空閑區(qū)通常按地址地址從小到大排列，分配第一從小到大排列，分配第一個滿足長度

14、要求的空閑區(qū)；個滿足長度要求的空閑區(qū)；優(yōu)點(diǎn)：分配從低地址開始，使高地址部分比優(yōu)點(diǎn)：分配從低地址開始，使高地址部分比較少用，以保持一個大空閑區(qū)，有利于大較少用，以保持一個大空閑區(qū)，有利于大作業(yè)的裝入；作業(yè)的裝入；缺點(diǎn)：分區(qū)利用不均衡，回收分區(qū)比較麻煩。缺點(diǎn)：分區(qū)利用不均衡，回收分區(qū)比較麻煩。202 2）下次適應(yīng)分配算法）下次適應(yīng)分配算法1 1）的變種，每次分配時(shí)從未分配區(qū)的上次掃描結(jié)）的變種，每次分配時(shí)從未分配區(qū)的上次掃描結(jié)束處順序查找。束處順序查找。可以解決可以解決1 1）的缺點(diǎn)。）的缺點(diǎn)。3)3)最優(yōu)適應(yīng)分配算法最優(yōu)適應(yīng)分配算法分配能滿足要求的最小區(qū)。分配能滿足要求的最小區(qū)。可以將空閑區(qū)按照

15、可以將空閑區(qū)按照大小大小從小到大排列，查找第一從小到大排列，查找第一個滿足要求的。個滿足要求的。優(yōu)點(diǎn)：主存利用率好。優(yōu)點(diǎn)：主存利用率好。缺點(diǎn)：分割剩下的空閑區(qū)比較小，難以利用；查缺點(diǎn)：分割剩下的空閑區(qū)比較小，難以利用；查找時(shí)間比較長。找時(shí)間比較長。214 4）最壞適應(yīng)分配算法）最壞適應(yīng)分配算法分配能滿足要求的最大區(qū)；分配能滿足要求的最大區(qū)；可以將空閑區(qū)按照可以將空閑區(qū)按照大小大小從大到小排列，查找第一從大到小排列，查找第一個滿足要求的。個滿足要求的。效率大致等同于最先適應(yīng)法。效率大致等同于最先適應(yīng)法。5)5)快速適應(yīng)分配算法快速適應(yīng)分配算法為經(jīng)常用到的長度的空閑區(qū)設(shè)置單獨(dú)的鏈表。為經(jīng)常用到的長

16、度的空閑區(qū)設(shè)置單獨(dú)的鏈表。優(yōu)點(diǎn)：查找快速；優(yōu)點(diǎn)：查找快速；缺點(diǎn)：歸還時(shí)與相鄰空閑區(qū)的合并即復(fù)雜又費(fèi)時(shí)。缺點(diǎn)：歸還時(shí)與相鄰空閑區(qū)的合并即復(fù)雜又費(fèi)時(shí)。22下表為某系統(tǒng)中的空閑分區(qū)表，系統(tǒng)采用可變式分區(qū)存儲管下表為某系統(tǒng)中的空閑分區(qū)表，系統(tǒng)采用可變式分區(qū)存儲管理策略?，F(xiàn)有以下作業(yè)序列：理策略?，F(xiàn)有以下作業(yè)序列：96KB96KB，20KB20KB，200KB200KB，分別使分別使用首次適應(yīng)、最佳適用和最壞適用算法來處理這個作業(yè)序列，用首次適應(yīng)、最佳適用和最壞適用算法來處理這個作業(yè)序列，試問哪一種算法可以滿足該作業(yè)序列的請求，為什么？試問哪一種算法可以滿足該作業(yè)序列的請求，為什么？分區(qū)號分區(qū)號大小大小起始地址起始地址1 132KB32KB100KB100KB2 210KB10KB150KB150KB3 35KB5KB200KB200KB4 4218KB218KB220KB220KB5 596KB96KB530KB530KB例題：例題：FF(N)FF(N)BF(Y)BF(Y)WF(N)WF(N)2/20/122/20/122/20/122/20/121/96/1221/96/122 3/200/