计算机操作系统(4)第4章-存储器管理ppt课件.ppt

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1、第四章第四章 存储器管理存储器管理n重点重点n理解理解重定位的基本概念重定位的基本概念 n掌握掌握动态分区分配方式动态分区分配方式 n掌握理解掌握理解分页和分段存储管理方式分页和分段存储管理方式 n理解理解虚拟存储器的基本概念虚拟存储器的基本概念 n掌握掌握请求分页系统的基本原理请求分页系统的基本原理 n难点难点n动态分区分配动态分区分配算法算法 n分页和分段地址转换分页和分段地址转换n请求分页系统的地址转换及页面置换算法请求分页系统的地址转换及页面置换算法第四章第四章 存储器管理存储器管理n知识点知识点n重定位的基本概念重定位的基本概念 n动态分区分配方式及分配算法、分区保护动态分区分配方式

2、及分配算法、分区保护n分页存储管理及地址变换、分段存储管理及地分页存储管理及地址变换、分段存储管理及地址变换，信息共享和保护址变换，信息共享和保护n虚拟存储器的基本概念、特征，页面置换技术虚拟存储器的基本概念、特征，页面置换技术 n请求分页系统，页表机制、地址变换及页面置请求分页系统，页表机制、地址变换及页面置换算法换算法第四章存储器管理 4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构 4.2程序的装入和链接程序的装入和链接 4.3连续分配方式连续分配方式4.4基本分页存储管理方式基本分页存储管理方式4.5基本分段存储管理方式基本分段存储管理方式4.6虚拟存储器的基本概念虚拟存储器的基本概念4.7请

3、求分页存储管理方式请求分页存储管理方式4.8页面置换算法页面置换算法4.9请求分段存储管理方式请求分段存储管理方式 4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n存储器包括内存（主存）和外存（磁盘）存储器包括内存（主存）和外存（磁盘）n存储器的功能是保存数据，存储器的发展方向存储器的功能是保存数据，存储器的发展方向是高速、大容量和小体积。是高速、大容量和小体积。n内存在访问速度方面的发展：内存在访问速度方面的发展：DRAM、SDRAM、SRAM，DDRSDRAM等；等；n硬盘技术在大容量方面的发展：接口标准、硬盘技术在大容量方面的发展：接口标准、存储密度等；存储密度等；n主存储器管理技术分为两大类

4、主存储器管理技术分为两大类n实存储器管理实存储器管理n虚拟存储器管理虚拟存储器管理4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n存储器的物理组织、多级存储器存储器的物理组织、多级存储器n存储组织是指在存储技术和存储组织是指在存储技术和CPU寻址技术许可的寻址技术许可的范围内组织合理的存储结构。范围内组织合理的存储结构。n依据是访问速度匹配关系、容量要求和价格。依据是访问速度匹配关系、容量要求和价格。n“寄存器寄存器-内存内存-外存外存”结构结构n“寄存器寄存器-缓存缓存-内存内存-外存外存”结构；结构；n微机中的存储层次组织：微机中的存储层次组织：n访问速度越慢，容量越大，价格越便宜；访问速度越慢

5、，容量越大，价格越便宜；n最佳状态应是各层次的存储器都处于均衡的繁最佳状态应是各层次的存储器都处于均衡的繁忙状态（如：缓存命中率正好使主存读写保持忙状态（如：缓存命中率正好使主存读写保持繁忙）；繁忙）；4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n快速缓存：快速缓存：nData CachenTLB(Translation Lookaside Buffer)n内存：内存：DRAM, SDRAM等；等；n外存：软盘、硬盘、光盘、磁带等；外存：软盘、硬盘、光盘、磁带等；4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器管理功能主存储器管理功能n存储分配和回收存储分配和回收n分配和回收算法及相应的数据结构

6、分配和回收算法及相应的数据结构n地址变换和重定位地址变换和重定位n可执行文件生成中的链接技术可执行文件生成中的链接技术n程序加载程序加载(装入装入)时的重定位技术时的重定位技术n进程运行时硬件和软件的地址变换技术和机构进程运行时硬件和软件的地址变换技术和机构n存储共享和保护存储共享和保护n代码和数据共享代码和数据共享n地址空间访问权限（读、写、执行）地址空间访问权限（读、写、执行）n存储器扩充：存储器的逻辑组织和物理组织；存储器扩充：存储器的逻辑组织和物理组织；n由应用程序控制：覆盖；由应用程序控制：覆盖；n由由OS控制：交换（整个进程空间），虚拟存储的请求调入和控制：交换（整个进程空间），虚

7、拟存储的请求调入和预调入（部分进程空间）预调入（部分进程空间）4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nRAM（random access memory）随机存储器。）随机存储器。按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机和动态随机存储器（存储器（Dynamic RAM,DRAM)。n静态存储器（静态存储器（SRAM）n存储原理：由触发器存储数据存储原理：由触发器存储数据 n单元结构：六管单元结构：六管NMOS或或OS构成构成 n优点：速度快、使用简单、不需

8、刷新、静态功耗极优点：速度快、使用简单、不需刷新、静态功耗极低；常用作低；常用作Cache n缺点：元件数多、集成度低、运行功耗大缺点：元件数多、集成度低、运行功耗大 4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史n动态存储器（动态存储器（DRAM）n存贮原理：利用存贮原理：利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原管栅极电容可以存储电荷的原理，需刷新；理，需刷新；n刷新刷新(再生再生)：为及时补充漏掉的电荷以避免存储的：为及时补充漏掉的电荷以避免存储的信息丢失，必须定时给栅极电容补充电荷的操作信息丢失，必须定时给栅极电容补充电荷的操作 n刷新时间：定期进行刷新操作的时间

9、。该时间必须刷新时间：定期进行刷新操作的时间。该时间必须小于栅极电容自然保持信息的时间（小于小于栅极电容自然保持信息的时间（小于2ms）。）。 n优点：优点： 集成度远高于集成度远高于SRAM、功耗低，价格也低、功耗低，价格也低 n缺点：因需刷新而使外围电路复杂；刷新也使存取缺点：因需刷新而使外围电路复杂；刷新也使存取速度较速度较SRAM慢，所以在计算机中，慢，所以在计算机中，DRAM常用于常用于作主存储器。作主存储器。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nSIMM（Single In-lineMemory Modules）n单边接触内存模组，单边接触内存

10、模组，80286上使用，容量为上使用，容量为30pin，256kb，由片数据位和，由片数据位和1片检验位组成组成一个片检验位组成组成一个bank。因此，常由因此，常由4条一起使用。条一起使用。n386,486使用使用72pin SIMM支持支持32bit快速页模式内存，快速页模式内存，容量为容量为512kb2mb，仅要求，仅要求2条一起使用。条一起使用。n与与30pin不兼容，因此淘汰了不兼容，因此淘汰了30pin SIMM。nFPMDRAM：（：（FastPageMode），在），在386时代很流时代很流行。行。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nED

11、ODRAM：(Extended Data Out)，19911995年年n取消了扩展数据输出内存与传输内存两个存储周期取消了扩展数据输出内存与传输内存两个存储周期之间的时间间隔，数据发给之间的时间间隔，数据发给CPU同时访问下一个页同时访问下一个页面。面。n速度比普通速度比普通DRAM快快1530%。n主要应用于主要应用于486及早期及早期pentium，分为，分为72pin和和168pin两种。两种。n单条容量已达单条容量已达416MB。n由于由于Pentium及更高及更高CPU支持支持64bit，故，故EDO RAM与与FPM RAM都必须成对使用。都必须成对使用。4.1 存储器的层次结构

12、存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nDIMM：Dual-Inline-Memory-Modules,即双列直插式即双列直插式存储模块存储模块nDIMM提供了提供了64位的数据通道，因此它在奔腾主板位的数据通道，因此它在奔腾主板上可以单条使用。它有上可以单条使用。它有168条引脚，故称为条引脚，故称为168线内线内存条。存条。nSO-DIMM（Small Outline DIMM Module）：它的）：它的尺寸比标准的尺寸比标准的DIMM要小很多，而且引脚数也不相要小很多，而且引脚数也不相同。同。nFB-DIMM （Full Buffered DIMM） ：每个：每个DIMM上

13、的缓冲区是互相串联的，之间是点对点的上的缓冲区是互相串联的，之间是点对点的连接方式，数据会在经过第一个缓冲区后传向下一连接方式，数据会在经过第一个缓冲区后传向下一个缓冲区。个缓冲区。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nRIMM：Rambus Inline Memory ModulenRambus公司生产的公司生产的RDRAM内存所采用的接口类型。内存所采用的接口类型。nRIMM非非ECC版有版有16位和位和32位数据宽度，位数据宽度，ECC版则版则都是都是18位宽。位宽。nRIMM非非ECC版版16位内存每面位内存每面92线，双面线，双面184线。线。3

14、2位内存每面位内存每面116线，双面为线，双面为232线。线。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nSDRAM：（：（Synchronous Dynamic）n第一代使用第一代使用PC66规范，由于规范，由于Intel与与AMD之争，之争，CPU外频提升到外频提升到100MHz，PC66很快被很快被PC100取代，取代，接着接着133MHz的的PIII与与K7出现，出现，PC133规范进一步规范进一步提高提高SDRAM的整体性能，带宽提高到的整体性能，带宽提高到1GB/sec以上。以上。nSDRAM带宽为带宽为64bit，与，与CPU完全对应，故仅需一完全

15、对应，故仅需一条就可与工作。条就可与工作。nRAM与与CPU以相同的时钟频率控制，使它们与外频以相同的时钟频率控制，使它们与外频同步，速度明显超越同步，速度明显超越EDO。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nRDRAM：（：（Rambus DRAM）nIntel与与Rambus联合推广。采用类联合推广。采用类RISC（Reducde Instruction Set Computing）理论，减少数据的复杂）理论，减少数据的复杂性，提高整个系统的性能。性，提高整个系统的性能。nPC600，PC700的的RDRAM出现出现Intel820芯片组芯片组“失失误

16、事件误事件”，PC800 RDRAM成本过高，成本过高，PC1066 也无也无法力挽狂澜。法力挽狂澜。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nDDRSDRAM：Double Data Rate SDRAMn双倍速率双倍速率SDRAM，可以认为是，可以认为是SDRAM的升级的升级nDDR在时钟脉冲的上升沿和下降沿各传输一次数据，在时钟脉冲的上升沿和下降沿各传输一次数据，故比传统故比传统SDRAM速度快一倍。速度快一倍。n由于仅多使用下降信号传输数据，故不会增加能耗。由于仅多使用下降信号传输数据，故不会增加能耗。至于定址与控制信号则与传统至于定址与控制信号则与传

17、统SDRAM相同采用时相同采用时钟上升沿传输。钟上升沿传输。nDDRn第一代第一代DDR200没有得到推广；没有得到推广；n第二代第二代PC266 DDR SDRAM由由PC133 SDRAM衍生得到。衍生得到。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nDDRSDRAM：Double Data Rate SDRAMnDDRn随后出现随后出现DDR 333，DDR 400，双通道，双通道DDR 400，DDR 533。nDDR2nJEDEC组织提出组织提出DDR2标准，加上标准，加上LGA775的的915/925以及以及945。n融入融入Post CAS、OCD

18、（Off-Chip Driver）、）、ODT（On Die Termination）等新性能指标和中）等新性能指标和中断指令，提升内存带宽的利用率。断指令，提升内存带宽的利用率。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nDDRSDRAM：Double Data Rate SDRAMnDDR2n采用采用400，667 ，800 ，1000MHz等不同等不同的时钟频率。的时钟频率。n采用采用200、220、 240pin的的FBGA封装形式。封装形式。4.1 存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nDDRSDRAM：Double Da

19、ta Rate SDRAMnDDR3n使用了使用了SSTL 15的的I/O接口，运作接口，运作I/O电压是电压是1.5V，采用采用CSP、FBGA封装方式包装。封装方式包装。n新增了更为精进的新增了更为精进的CWD（作为写入延迟之用）、（作为写入延迟之用）、Reset（提供了超省电功能的命令）、（提供了超省电功能的命令）、ZQ（新增（新增校准功能）、校准功能）、SRT（Self-Reflash Temperature，可编程化温度控制内存时脉功能）、可编程化温度控制内存时脉功能）、PASR（Partial Array Self-Refresh）局部）局部Bank刷新）刷新）功能。功能。4.1

20、存储器的层次结构存储器的层次结构n主存储器发展历史主存储器发展历史nDDRSDRAM：Double Data Rate SDRAMnDDR4n内存规格原计划在内存规格原计划在2011年制定完成，年制定完成，2012年开始年开始投入生产并上市，不过市场调研机构投入生产并上市，不过市场调研机构IHS iSuppli的数据显示，的数据显示，DDR4内存在内存在2013年都看不年都看不到任何踪影，直到到任何踪影，直到2014年才会露面。年才会露面。n将会是将会是Single-ended Signaling( 传统传统SE信号信号)方式方式和和Differential Signaling( 差分信号技术

21、差分信号技术 )方式并方式并存。存。4.2 程序的装入和链接程序的装入和链接n物理地址物理地址n内存单元所看到的地址。用于内存芯片级的单内存单元所看到的地址。用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对连接的地址总线相对应。又称为应。又称为绝对地址绝对地址。n逻辑地址逻辑地址n由由CPU生成。机器语言指令中，用来指定一个生成。机器语言指令中，用来指定一个操作数或者是一条指令的地址。也称为操作数或者是一条指令的地址。也称为虚拟地虚拟地址址，相对地址相对地址。0X000000000XFFFFFFFF4GB4.2 程序的装入和链接程序的装入和链接n多道程序环境下，程

22、序以进程方式运行；多道程序环境下，程序以进程方式运行；n创建进程创建进程 分配内存分配内存n源程序源程序编译（编译（compile）链接链接(link)装入装入(load) 进程进程4.2 程序的装入和链接程序的装入和链接int i=0,n=200;while (in) couti; myprint（i）; i+;0: i=0;1: n=200;2: if not (in) jmp 7;3: couti;4: call myprint(i);5: i+;6: jmp 2;7: holt;编译编译逻辑逻辑地址地址myprint(int i) int j=i*2; coutj;0: j=i*2;1

23、: coutj;2: holt;4.2 程序的装入和链接程序的装入和链接0: i=0;1: n=200;2: if not (in) jmp 7;3: couti;4: call myprint(i);5: i+;6: jmp 2;7: holt;链接链接0: j=i*2;1: coutj;2: holt;0: i=0;1: n=200;2: if not (in) jmp 7;3: couti;4: call myprint(i);5: i+;6: jmp 2;7: holt;0: j=i*2;1: coutj;2: holt;0: i=0;1: n=200;2: if not (in) j

24、mp 7;3: couti;4: jmp 8;5: i+;6: jmp 2;7: holt;8: j=i*2;9: coutj;10: jmp 5;4.2 程序的装入和链接程序的装入和链接0: i=0;1: n=200;2: if not (in) jmp 7;3: couti;4: call myprint(i);5: i+;6: jmp 2;7: holt;装入装入i=0;n=200;if not (in) jmp 7;couti;call myprint(i);i+;jmp 2;holt;500050015002500350045005500650074.2.1 程序的装入程序的装入n绝

25、对装入方式绝对装入方式(Absolute Loading Mode) n事先事先确定（知道）确定（知道）了程序将了程序将驻留在内存驻留在内存的的位置位置，即在内存中的即在内存中的绝对地址。绝对地址。n绝对地址的产生绝对地址的产生n程序员直接赋予。不仅要求程序员熟悉内存程序员直接赋予。不仅要求程序员熟悉内存使用情况，而且一旦程序或数据被修改后，使用情况，而且一旦程序或数据被修改后，可能要改变程序中的所有地址。可能要改变程序中的所有地址。n编译或汇编时产生。通常在程序中采用符号编译或汇编时产生。通常在程序中采用符号地址，在编译或汇编时，再将符号地址转换地址，在编译或汇编时，再将符号地址转换为绝对地

26、址。为绝对地址。优点优点：程序中的逻辑地址与实际内存地址完全相同，故不：程序中的逻辑地址与实际内存地址完全相同，故不须对程序和数据的地址进行修改。须对程序和数据的地址进行修改。缺点缺点： 程序和数据，不能在内存中移动。适用于单道程序程序和数据，不能在内存中移动。适用于单道程序环境。环境。4.2.1 程序的装入程序的装入n可重定位装入方式可重定位装入方式(Relocation Loading Mode) n在多道程序环境下，绝对装入方式不适合。在多道程序环境下，绝对装入方式不适合。n目标模块的地址通常从目标模块的地址通常从0开始的相对地址开始的相对地址n重定位重定位n在装入时对目标程序中指令和数

27、据的地址修改的过在装入时对目标程序中指令和数据的地址修改的过程。程。n静态重定位静态重定位n地址变换通常是在装入时一次完成的，以后不再改地址变换通常是在装入时一次完成的，以后不再改变。变。4.2.1 程序的装入程序的装入缺点：不断的分配和回收，造成内存中小空闲块很多，总缺点：不断的分配和回收，造成内存中小空闲块很多，总空闲空间量够，但分配不了空闲空间量够，但分配不了办法：紧凑（移动），但该装入方法不支持办法：紧凑（移动），但该装入方法不支持0: i=0;1: n=200;2: if not (in) jmp 7;3: couti;4: call myprint(i);5: i+;6: jmp

28、2;7: holt;装入装入i=0;n=200;if not (in) jmp 5007;couti;call myprint(i);i+;jmp 5002;holt;500050015002500350045005500650074.2.1 程序的装入程序的装入n动态运行时装入方式动态运行时装入方式(Denamic Run-time Loading) n在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，装入内存后块中的相对地址转换为绝对地址，装入内存后的所有地址都的所有地址都仍是相对地址仍是相对地址。n地址转换时机地址转换时机n程序

29、真正要程序真正要执行执行时进行。时进行。4.2.2 程序的链接程序的链接n静态链接方式静态链接方式(Static Linking) n在程序在程序运行前运行前，先将各目标模块及所需的库函，先将各目标模块及所需的库函数链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开数链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开n在将这几个目标模块装配成一个装入模块时，在将这几个目标模块装配成一个装入模块时，需要解决以下两个问题需要解决以下两个问题n对相对地址进行修改对相对地址进行修改n变换外部调用符号变换外部调用符号4.2.2 程序的链接程序的链接n静态链接方式静态链接方式0: i=0;1: n=200;2: if not (

30、in) jmp 7;3: couti;4: call myprint(i);5: i+;6: jmp 2;7: holt;链接链接0: j=i*2;1: coutj;2: holt;0: i=0;1: n=200;2: if not (in) jmp 7;3: couti;4: call myprint(i);5: i+;6: jmp 2;7: holt;0: j=i*2;1: coutj;2: holt;0: i=0;1: n=200;2: if not (in) jmp 7;3: couti;4: jmp 8;5: i+;6: jmp 2;7: holt;8: j=i*2;9: coutj

31、;10: jmp 5;4.2.2 程序的链接程序的链接n装入时动态链接装入时动态链接(Loadtime Dynamic Linking) n将用户的源程序编译后所得的一组目标将用户的源程序编译后所得的一组目标模块在装入内存时采用模块在装入内存时采用边装入边链接边装入边链接的的方式方式n便于修改和更新便于修改和更新n便于实现对目标模块的共享便于实现对目标模块的共享 4.2.2 程序的链接程序的链接n装入时动态链接装入时动态链接0: i=0;1: n=200;2: if not (in) jmp 7;3: couti;4: call myprint(i);5: i+;6: jmp 2;7: hol

32、t;装入装入0: j=i*2;1: coutj;2: holt;i=0;n=200;if not (in) jmp 5007;couti;call myprint(i);i+;jmp 5002;holt;j=i*2;cout 限长寄存器的值，则产生访问地址限长寄存器的值，则产生访问地址界中断界中断4.3.6 可重定位分区分配可重定位分区分配n读写保护读写保护防止操作越权防止操作越权n对于允许多个进程共享的存储区域，每个进程对于允许多个进程共享的存储区域，每个进程都有自己的访问权限。如果一个进程对共享区都有自己的访问权限。如果一个进程对共享区域的访问违反了权限规定，则发生操作越权域的访问违反了权

33、限规定，则发生操作越权4.3.7 对换对换n内存扩充方法内存扩充方法n在多道环境下，在多道环境下，解决解决在在较小的存储空间中运行较小的存储空间中运行较大程序较大程序时遇到的矛盾的方法，主要有：时遇到的矛盾的方法，主要有：n覆盖技术：覆盖技术：主要用在早期的操作系统中；主要用在早期的操作系统中；n交换技术：交换技术：被广泛用于小型分时系统中，它被广泛用于小型分时系统中，它的发展导致了虚存技术的出现。的发展导致了虚存技术的出现。4.3.7 对换对换n覆盖技术覆盖技术n把程序划分为若干个功能上相对独立的程序段，把程序划分为若干个功能上相对独立的程序段，按照其自身的逻辑结构将那些按照其自身的逻辑结构

34、将那些不会同时执行不会同时执行的的程序段程序段共享同一块内存共享同一块内存区域区域n程序段先保存在磁盘上，当有关程序段的前一程序段先保存在磁盘上，当有关程序段的前一部分执行结束，把后续程序段调入内存，部分执行结束，把后续程序段调入内存，覆盖覆盖前面的程序段前面的程序段（内存（内存“扩大扩大”了）了）n一般要求作业各模块之间有明确的调用结构，一般要求作业各模块之间有明确的调用结构，程序员要向系统指明覆盖结构程序员要向系统指明覆盖结构，然后由操作系，然后由操作系统完成自动覆盖。统完成自动覆盖。4.3.7 对换对换n覆盖技术覆盖技术4.3.7 对换对换n交换交换(对换对换)技术技术n把内存中暂时不能

35、运行的进程或者暂时不用的把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据，调出到外存上，以便腾出足够的程序和数据，调出到外存上，以便腾出足够的内存空间；再把已具备运行条件的进程或进程内存空间；再把已具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据，调入内存。所需要的程序和数据，调入内存。n提高内存利用率提高内存利用率的有效措施。的有效措施。n实现方式实现方式n整体对换：整体对换：以整个进程为单位的对换，又称为以整个进程为单位的对换，又称为进程进程对换对换。n页面对换（分段对换）：页面对换（分段对换）：以以页（段）页（段）为单位进行的为单位进行的对换，又统称为对换，又统称为部分对换部分对换。4.3.

36、7 对换对换n对换空间的管理对换空间的管理n外存空间划分外存空间划分n文件区：存放文件；文件区：存放文件；n对换区：主要存放从内存中换出的进程。对换区：主要存放从内存中换出的进程。n主要目标主要目标n提高进程换入和换出的速度提高进程换入和换出的速度n空闲盘块的管理空闲盘块的管理n在系统中配置相应的数据结构，记录外存的在系统中配置相应的数据结构，记录外存的使用情况。形式与内存在动态分区分配方式使用情况。形式与内存在动态分区分配方式中所用数据结构相似，即用中所用数据结构相似，即用空闲分区表或空空闲分区表或空闲分区链闲分区链。4.3.7 对换对换n对换空间的管理对换空间的管理n空闲盘块的管理空闲盘块

37、的管理n在空闲分区表中的每个表目中应包含两项，在空闲分区表中的每个表目中应包含两项， 即对换区的首址及其大小，它们的单位是盘即对换区的首址及其大小，它们的单位是盘块号和盘块数。块号和盘块数。n对换区的分配方法对换区的分配方法n采用连续分配方式，可以是首次适应算法、采用连续分配方式，可以是首次适应算法、循环首次适应算法或最佳适应算法。循环首次适应算法或最佳适应算法。4.3.7 对换对换回收区回收区F1F2回收区回收区F2回收区回收区F1F1F2n对换空间的管理对换空间的管理n采用连续分配方式，回收操作采用连续分配方式，回收操作n回收区与插入点的前一分区回收区与插入点的前一分区F1相邻接；相邻接；

38、n回收区与插入点的后一分区回收区与插入点的后一分区F2相邻接；相邻接；n回收区还同时与回收区还同时与F1和和F2二个分区相邻接；二个分区相邻接；n回收区的前、后没有与之相邻接的空闲分区。回收区的前、后没有与之相邻接的空闲分区。 F2回收区回收区F1F14.3.7 对换对换n进程的换出与换入进程的换出与换入n进程的换出进程的换出n换出进程：换出进程：阻塞阻塞 且且优先级最低优先级最低；n启动盘块，将该进程的程序和数据传送到磁启动盘块，将该进程的程序和数据传送到磁盘的盘的对换区对换区上。上。n若传送未出现错误，便回收其占用的内存空若传送未出现错误，便回收其占用的内存空间，并对该进程的间，并对该进程

39、的进程控制块进程控制块做相应的修改做相应的修改n进程的换入进程的换入n换入进程：换入进程：就绪就绪” 且且换出时间换出时间(换出到磁盘换出到磁盘上上)最久最久；n直至已无可换入的进程或无可换出的进程为直至已无可换入的进程或无可换出的进程为止止4.3.7 对换对换n进程的换出与换入进程的换出与换入4.3.7 对换对换n交换技术实现中的问题交换技术实现中的问题n选择原则选择原则: :将哪个进程换出内存？将哪个进程换出内存？n交换时机的确定？交换时机的确定？n交换时需要做哪些工作？交换时需要做哪些工作？n换入内存时位置的确定？换入内存时位置的确定？4.3.7 对换对换n选择原则选择原则n将哪个进程换

40、出内存？将哪个进程换出内存？n例子：分时系统，时间片轮转法或基于优先数的调例子：分时系统，时间片轮转法或基于优先数的调度算法，在选择换出进程时，要确定度算法，在选择换出进程时，要确定换出的进程是换出的进程是要长时间等待要长时间等待的。的。n需要特殊考虑的是：任何等待需要特殊考虑的是：任何等待I/OI/O的进程中存的进程中存在的问题在的问题n解决：从来不换出处于等待解决：从来不换出处于等待I/OI/O状态的进程状态的进程 有些有些I/O进程因进程因DMA（直接存储器访问）而不（直接存储器访问）而不能换出内存或换出前需要操作系统的特殊帮助能换出内存或换出前需要操作系统的特殊帮助4.3.7 对换对换

41、n交换时机的确定交换时机的确定n何时需发生交换？何时需发生交换？n只要不用就换出（很少再用）只要不用就换出（很少再用）n只在内存空间不够或有不够的危险时换出只在内存空间不够或有不够的危险时换出n交换时需要做哪些工作交换时需要做哪些工作n盘交换区盘交换区：足够大，存放所有用户程序的所有：足够大，存放所有用户程序的所有内存映像的内存映像的拷贝拷贝n直接存取直接存取：必须能够对这些用户程序的内存映：必须能够对这些用户程序的内存映像进行存取操作。像进行存取操作。4.3.7 对换对换n换入内存时位置的确定换入内存时位置的确定n换出后再换入的内存位置一定要在换出前的原换出后再换入的内存位置一定要在换出前的

42、原来位置上吗？来位置上吗？n受地址受地址“绑定绑定”技术的影响，即绝对地址产生技术的影响，即绝对地址产生时机的限制。时机的限制。4.3.7 对换对换n交换与覆盖异同点交换与覆盖异同点n共同点：共同点：n进程的程序和数据主要放进程的程序和数据主要放在外存在外存，当前需要，当前需要执行的部分放在内存执行的部分放在内存，内外存之间进行信息，内外存之间进行信息交换交换n不同点：不同点：n交换交换发生在进程或作业之间，发生在进程或作业之间，而覆盖而覆盖发生在发生在同一进程或作业内同一进程或作业内。n覆盖只能覆盖那些与覆盖段无关的程序段。覆盖只能覆盖那些与覆盖段无关的程序段。4.4 基本分页存储管理方式基

43、本分页存储管理方式n连续分配方式主要问题连续分配方式主要问题n形成许多形成许多“碎片碎片”；n通过通过“紧凑紧凑”方法将碎片拼接成可用的大块空方法将碎片拼接成可用的大块空间，但须为此付出很大开销。间，但须为此付出很大开销。n离散分配：将一个进程直接分散地装入到离散分配：将一个进程直接分散地装入到许多不相邻接的分区。许多不相邻接的分区。n分页存储管理：基本单位是页；分页存储管理：基本单位是页；n分段存储管理：基本单位是段；分段存储管理：基本单位是段；n段页式存储管理段页式存储管理 ：基本单位是段，段内分页。：基本单位是段，段内分页。4.4 基本分页存储管理方式基本分页存储管理方式存储器管理存储器

44、管理连续分配方式连续分配方式离散分配方式离散分配方式分页存储管理分页存储管理分段存储管理分段存储管理基本分页存储管理基本分页存储管理请求分页存储管理请求分页存储管理基本分段存储管理基本分段存储管理请求分段存储管理请求分段存储管理基本分页存储管理基本分页存储管理基本分段存储管理基本分段存储管理请求分页存储管理请求分页存储管理请求分段存储管理请求分段存储管理段页式存储管理段页式存储管理虚拟存储器虚拟存储器页面置换算法页面置换算法4.4 基本分页存储管理方式基本分页存储管理方式n基本的（纯）分页基本的（纯）分页管理方式管理方式n不具备不具备页面对换页面对换功能的分页存储管理的方式。功能的分页存储管理

45、的方式。n它不具有支持实现虚拟存储器的功能，要求把它不具有支持实现虚拟存储器的功能，要求把每个作业全部装入内存后方能运行。每个作业全部装入内存后方能运行。n主要目的主要目的n分页：为了提高内存利用率；分页：为了提高内存利用率；n分段：为了满足用户在编程和使用上的要求。分段：为了满足用户在编程和使用上的要求。4.4.1页面与页表页面与页表n页面页面n页面和物理块页面和物理块n页面：页面：将一个进程的逻辑地址空间分成若干个将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为大小相等的片，称为页面或页页面或页，并加以编号，并加以编号，从从0开始编制页号，页内地址是相对于开始编制页号，页内地址是相对于

46、0编址。编址。n物理块：物理块：内存按页的大小划分为大小相等的区内存按页的大小划分为大小相等的区域，域，称为物理块（物理页面，页框称为物理块（物理页面，页框(frame)，帧），帧），同样加以编号，如同样加以编号，如0块、块、1块等等块等等n在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。由于进程的最后一页经常装不满一块而块中。由于进程的最后一页经常装不满一块而形成了不可利用的碎片，称之为形成了不可利用的碎片，称之为“页内碎片页内碎片”4.4.1页面与页表页面与页表n页面页面n

47、页面大小页面大小n页面的大小应选择的适中，且页面大小应是页面的大小应选择的适中，且页面大小应是2的幂，通常为的幂，通常为512 B8 KBn页面较小页面较小n内存内存碎片减小碎片减小，有利于，有利于提高内存利用率提高内存利用率，但也会，但也会使每个进程占用较多的页面，从而导致进程的使每个进程占用较多的页面，从而导致进程的页页表过长表过长，占用大量内存；，占用大量内存； 此外，还会此外，还会降低页面换降低页面换进换出的效率进换出的效率n页面较大页面较大n可以可以减少页表的长度减少页表的长度，提高页面换进换出的速度，提高页面换进换出的速度，但却又会使但却又会使页内碎片增大页内碎片增大。4.4.1页

48、面与页表页面与页表n地址结构地址结构n分页地址中的地址结构如下：分页地址中的地址结构如下： 对某特定机器，其地址结构是一定的。若给定一个逻对某特定机器，其地址结构是一定的。若给定一个逻辑地址空间中的地址为辑地址空间中的地址为A，页面的大小为，页面的大小为L，则页号，则页号P和页和页内地址内地址d可按下式求得：可按下式求得： 例如：其系统的页面大小为例如：其系统的页面大小为1KB，设，设A=2170B，则由，则由下式可以求得下式可以求得P= ，d= 。 页号页号P位移量位移量W3112110页内地址页内地址212=4*2104KB220=210*2101MMODLAdLAINTP21222048

49、1224.4.1页面与页表页面与页表n主存分配过程主存分配过程n把用户程序的任一页分配到内存中的任一物理把用户程序的任一页分配到内存中的任一物理块，从而实现非连续的内存分配。块，从而实现非连续的内存分配。n问题问题n如何管理、如何进行地址变换？如何管理、如何进行地址变换？4.4.1页面与页表页面与页表n页表页表n将进程的每一页将进程的每一页离离散地散地存储在内存的存储在内存的任一物理块中，为任一物理块中，为每个进程建立一张每个进程建立一张页面映像表页面映像表，简称，简称页表页表n作用：实现作用：实现页号到物理块号的映射页号到物理块号的映射4.4.1页面与页表页面与页表n页表页表n列列出了用户程

50、序的逻辑地址与其在主存中的物出了用户程序的逻辑地址与其在主存中的物理地址间的对应关系。理地址间的对应关系。n一个页表中包含若干个表目，表目的一个页表中包含若干个表目，表目的自然序号自然序号对应于用户程序中的对应于用户程序中的页号页号，表目中的，表目中的块号块号是该是该页对应的页对应的物理块号物理块号。n每一个表目包含每一个表目包含指向页框的指针指向页框的指针，存取控制字存取控制字段段。n表目也称为表目也称为页描述子。页描述子。4.4.1页面与页表页面与页表进程进程A页表页表00页号页号 块号块号1124354859程序程序A 00程序程序A 11程序程序B 02程序程序B 13程序程序A 24