操作系统原理_方敏_存储管理

操作系统原理_方敏_存储管理

《操作系统、实验》

第五章 存储管理

操作系统课程组

操作系统原理_方敏_存储管理

内容回顾死锁的检测 永久性资源的死锁检测 资源分配图 死锁定理 临时资源的死锁检测

死锁的解除 重新启动 撤销进程 剥夺资源 进程回退

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一、概述计算机的存储体系结构 计算机为什么要使用存储器？——冯 诺依曼原理 为什么要进行存储管理？ 存储器一直以来都是较为珍贵的系统资源，需要合理 使用。 程序的逻辑空间和实际的物理空间不甚相同，需要进 行映射。

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一、概述 存储结构层次

访问 速度 频度

成本 容量

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一、概述存储管理的目的 使得用户和用户程序不涉及内存物理的细节。 自动完成用户程序的装入。 提高内存的利用率。 解决内存速度与CPU速度不匹配的问题。 实现内存共享。

方便使用者，有效利用存储资源，提高系统工作效率。

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一、概述存储管理的任务 在现代操作系统中，存储管理的主要任务有以下几个方面： 地址变换(地址再定位) 存储资源的分配和回收 存储共享和保护 存储器扩充 ① 覆盖技术 ② 交换技术

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二、地址重定位基本概念定义：当程序被装入内存时，程序的逻辑地址 被转换成内存的物理地址，这一过程称为地址 重定位(由内存管理单元(MMU)完成)。0101010 0101101 0101010 1101010 目标文件

编译

加载

程序

内存

符号地址/名地址

逻辑地址/相对地址 虚拟地址/程序地址

物理地址/绝对地址

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二、地址重定位常见的地址重定位技术 绝对装入(Absolute loading) / 固定地址再定位 程序的地址再定位是在程序执行之前被确定的，也就是在编译连接时直接生成实际存储器地址(物理地址)。 在此，程序地址空间和内存地址空间是一一对应的。0101010 0101101 0101010 1101010 目标文件 逻辑地址第8页

加载

优点：装入过程简单。 缺点：与硬件的结构过于密 切，缺乏灵活性。 内存

一一对应

物理地址

例如：单片机，MS-DOS中.com格式程序。

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二、地址重定位 可重定位装入(Relocatable Loading) 即指程序装入内存时，由于程序的逻辑地址和物理地址不一致，由逻辑地址到物理地址的映射过程。 分类①

静态再定位：指地址定位时修改程序的逻辑地址值，完成定 位后，在程序的执行期间地址将不再发生变化。特点：在程 序执行之前进行地址再定位。物理地址空间1000

逻辑地址空间0

……100

……1100

LOAD A 200 ……200

LOAD A 1200 …… 3456 …… ……1300 1200

3456 ……

300

优点：无需硬件支持，容易实现。 早期的操作系统中大多数都采 用这种

方法。 缺点：必须分配连续的存储区域； 执行期间不能扩充存储空间， 也不能在内存中移动，内存利 用率低，不便于共享。

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二、地址重定位 动态再定位：程序在装入内存时，不修改程序的逻辑 地址值，程序在访问物理内存之前，再实时地将逻辑 地址转换成物理地址。BR:基址寄存器，存放程序的起始地址逻辑地址空间0 BR

物理地址空间0

1000 …… ……VR

100

1100

LOAD A 200 ……200

200

LOAD A 200 …… 3456 ……1200

3456 ……

……

300

1300

VR:变址寄存器，存放需要 变换的逻辑地址第10页

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二、地址重定位 优点： ① 程序在执行期间可以换入和换出内存，可以解决 内存紧张状态； ② 可以在内存中移动——把内存中的碎片集中起来， 可以充分利用空间； ③ 不必给程序分配连续的内存空间，可以较好的利 用较小的内存块； ④ 若干用户可以共享同一程序，实现共享。 缺点：需要附加的硬件支持，实现存储管理的软件算 法比较复杂。

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三、分区存储管理方案存储管理方案分类 从操作系统的发展历史来看，存储管理主要有以下几种方案： 分区存储管理方案。要求连续分配存储空间，且程序 要一次性全部装入内存。简单，但是有比较严重的内 碎块和外碎块。 段式存储管理方案。不要求连续分配存储空间，段和 段之间可以不连续，但程序需要一次性全部装入内存。 有比较严重的外碎块。 页式存储管理方案。是一种不连续存储管理方案，也 需要一次性全部装入内存。在逻辑地址空间和物理地 址空间都采用分页的思想。缺点是每一个作业的最后 一页有内碎块。第12页

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三、分区存储管理方案 段页式存储管理方案。是一种不连续存储方案，段式 存储管理和页式存储管理的结合。克服了纯分页和纯 分段存储管理思想的缺点。 交换技术和覆盖技术。 虚拟存储管理方案。

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三、分区存储管理方案分区存储管理： 是一种连续分配存储空间的管理方式。曾被广泛地应用于1960~1970年代的操作系统中。 思想：把内存分为一些大小相等或不等的分区 (Partition),装入时每个应用程序占用一个或几个分区， 操作系统占用其中一个分区。适用于多道程序系统和分 时系统，支持多个程序并发执行。 分类 单一连续分区存储管理 固定分区管理 可变分区管理

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三、分区存储管理方案单一连续分区存储管理0xFFF... 操作系统特点：一次只能装入一个程序，程 序独占整个用户区，如果程序小于 用户区，则剩余的空间浪费，如果 大于，则无法装入。 优点：简单，适用于单用户、单

任 务的操作系统，不需要复杂的硬件 支持。 缺点：一个作业运行时要占用整个 内存地址空间，对内存造成了很大 的浪费，不支持大作业。

分配给用 户作业的 空间

用户区

操作系统

0

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三、分区存储管理方案固定分区管理 支持多道程序技术 实现方法：0

分区状态表

操作系统100K 120K

已分配

程序A160K

内碎片：指占用分区之内未 被利用的空间。

260K

程序A(30K)第16页

初始化内存空间