41本章知识点-欢迎光临舟山广播电视大学2970.docx
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1、第4章 存储管管理 辅辅导与自自测4.1 本章知知识点存储器是是计算机机系统中中的关键键资源,对对内存如如何处理理在很大大程度上上将影响响整个系系统的性性能。存存储管理理即对内内存的管管理,存存储管理理目前仍仍是人们们研究操操作系统统的中心心问题之之一,以以至操作作系统的的命名也也往往取取决于存存储管理理的策略略。本章的主主要知识识点为:(1)本本章的重重要概念念本章涉及及到的概概念比较较多,主主要有:内存、外外存、逻逻辑地址址/相对对地址、物物理地址址/绝对对地址、逻逻辑地址址空间/地址空空间、内内存空间间/物理理空间/绝对空空间、重重定位、静静态重定定位、动动态重定定位、对对换技术术、碎片
2、片、紧缩缩、虚拟拟存储器器、页面面抖动。存储器作作为计算算机系统统中最主主要的组组成部分分,按照照速度、容容量和成成本划分分一个层层次结构构,分别别是寄存存器、高高速缓存存、内存存、磁盘盘和磁带带。用户户程序必必须装入入到内存存才能运运行。进进程的地地址空间间不同于于内存的的物理空空间。经经过重定定位可以以把逻辑辑地址转转变为内内存的物物理地址址。重定定位分为为静态和和动态两两种方式式,现在在的计算算机系统统中都采采用动态态重定位位方法。对换技术术可以利利用外存存来解决决内存不不足的问问题。现现在Liinuxx系统中中还采用用这种技技术。(2)分分区管理理技术分区分配配是为支支持多道道程序运运
3、行而设设计的一一种最简简单的存存储管理理方式,可可分为固固定分区区法和动动态分区区法。固固定分区区就是内内存中分分区的个个数固定定不变,各各个分区区的大小小也固定定不变,但但不同分分区的大大小可以以不同。每每个分区区只可装装入一个个进程。动态分区是在进程要进入内存时才建立的,使其大小恰好适应进程的大小。动态分区法常用的分配策略有两种:最先适应算法(First-fit)和最佳适应算法(Best-fit),前者空闲表按位置排列,后者空闲表以空闲分区的大小为序。具有固定定大小分分配单元元的系统统,如MMFT(具具有固定定任务数数的多道道程序设设计)或或分页系系统,会会产生内内部碎片片;而具具有可变变
4、大小分分配单元元的系统统,如MMVT(具具有可变变任务数数的多道道程序设设计),会会出现外外部碎片片。为了有效效解决碎碎片问题题,实现现的方法法是移动动某些已已分配区区的内容容,使所所有进程程的分区区紧挨在在一起,而而把空闲闲区留在在另一端端。这种种技术称称为紧缩缩。采用用紧缩技技术的分分区方法法称为可可重定位位分区法法。动态态重定位位由硬件件实现,包包括基址址寄存器器和限长长寄存器器,对CCPU生生成的所所有地址址进行合合法性检检查,并并映像到到物理地地址。(3)分分页技术术除了用紧紧缩技术术解决碎碎片问题题,还可可以使用用分页技技术,即即允许程程序的存存储空间间不一定定连续,可可以把一一个
5、进程程分散地地放在各各个空闲闲的内存存块中。分页存储储管理的的基本方方法是:逻辑空空间分页页,内存存空间分分块,块块与页的的大小相相等。页页连续而而块离散散,用页页号查页页表,由由硬件作作转换。分页存储储管理可可以实现现页面的的共享,但但是这样样做并不不实际,因因为逻辑辑上相对对完整的的内容不不见得存存在于一一个或几几个完整整的页面面中(段段式存储储管理更更便于共共享)。此此外,还还可以在在页表中中设置存存取控制制字段,进进行页面面保护,禁禁止非法法访问。(4)虚虚拟存储储管理虚拟存储储器是用用户能作作为可编编址内存存对待的的虚拟存存储空间间,它使使用户逻逻辑存储储器与物物理存储储器分离离,是
6、操操作系统统给用户户提供的的一个比比真实内内存空间间大得多多的地址址空间。虚拟存储储技术允允许把大大的逻辑辑地址空空间映射射到较小小的物理理内存上上,这样样就提高高了多道道程序并并发执行行的程度度,增加加了CPPU的利利用率。虚虚拟存储储器的特特性包括括:虚拟拟扩充、部部分装入入、离散散分配和和多次对对换等。使用虚拟拟存储技技术的页页式管理理为请求求分页式式存储管管理。它它是根据据实际程程序执行行的顺序序,动态态申请存存储块。并并不是把把所有页页面都放放入内存存。对一一个程序序的第一一次访问问将产生生缺页中中断,转转入操作作系统进进行相应应处理。操操作系统统依据页页表确定定页面在在外存上上的位
7、置置,然后后找一个个空闲块块,把该该页面从从外存上上读到内内存块中中。同时时,修改改页表有有关项目目,以反反映这种种变化,产产生缺页页中断的的那条指指令被重重新启动动执行。这这种方式式允许一一个程序序即使它它的整个个存储映映像并没没有同时时在内存存中,也也能正确确运行。只只要缺页页率足够够低,其其性能还还是很好好的。请求分页页可用来来减少分分配给一一个进程程的块数数,这就就允许更更多进程程同时执执行,而而且允许许程序所所需内存存量超出出可用内内存总量量。(5)常常用页面面置换算算法当总内存存的需求求量超出出实际内内存量时时,为释释放内存存块给新新的页面面,需要要进行页页面置换换。有各各种页面面
8、置换算算法可供供使用。先进先出法(FIFO)是最容易实现的,但性能不是很好。最佳置换法(OPT)需要未来知识,仅有理论价值。最近最少使用置换法(LRU)是OPT的近似算法,但实现时要有硬件的支持和软件开销。最近未使用置换法(NUR)是LRU的近似算法。置换算法法的好坏坏直接影影响系统统的性能能。好的的页面置置换算法法能够适适当降低低页面更更换频率率(减少少缺页率率),尽尽量避免免系统“抖抖动”。(6)LLinuux系统统的存储储管理技技术Linuux采用用对换和和请求分分页存储储管理技技术,页页面置换换采用LLRU算算法。对对换任务务是由内内核的对对换守护护进程kkswaapd完完成,以以保证
9、系系统中有有足够的的空闲内内存页。LLinuux系统统采用三三级页表表的方式式,以节节省内存存资源。采采用位图图和链表表两种方方法来管管理内存存页。4.2 典型例例题解析析【例1】在目标程序装入内存时,一次性完成地址修改的方式是( ). A静静态重定定位 B动动态重定定位 CC静态态连接 D动态连连接答案 AA分析 回回答这道道题需要要清楚静静态重定定位和动动态重定定位的不不同。静态重定定位是在在目标程程序装入入内存时时,由装装入程序序对目标标程序中中的指令令和数据据的地址址进行修修改,即即把程序序的逻辑辑地址都都改成实实际的内内存地址址。对每每个程序序来说,这这种地址址变换只只是在装装入时一
10、一次完成成,在程程序运行行期间不不再进行行重定位位。按照照静态重重定位方方式,一一个程序序A装入入内存时时的情况况就变成成图4.1所示的的样子。从图图中可以以看出,经经过静态态重定位位,原1100号号单元中中的指令令放到内内存51100号号单元,该该指令中中的相对对地址5500相相应变成成55000。以以后程序序A执行行时,CCPU是是从绝对对地址555000号单元元中取出出数据1123445,装装入到寄寄存器AA中。静态重定定位的优优点是无无须增加加硬件地地址转换换机构,便便于实现现程序的的静态连连接。在在早期计计算机系系统中大大多采用用这种方方案。它它的主要要缺点是是程序的的存储空空间只能
11、能是连续续的一片片区域,而而且在重重定位之之后就不不能再移移动,这这不利于于内存空空间的有有效使用用;另外外各个用用户进程程很难共共享内存存中的同同一程序序的副本本。 程序A的地址空间 程序A的内存空间图4.1 静态重定位示意图010050070070005000510055005700LOAD A 50012345LOAD A 550012345动态态重定位位是在程程序执行行期间每每次访问问内存之之前进行行重定位位。这种种变换是是靠硬件件地址变变换机构构实现的的。通常常采用一一个重定定位寄存存器,其其中放有有当前正正在执行行的程序序在内存存空间中中的起始始地址,而而地址空空间中的的代码在在装
12、入过过程中不不发生变变化。动动态重定定位的过过程如图图4.22所示。这时时,操作作对象的的绝对地地址就是是重定位位寄存器器中的内内容操操作对象象的相对对地址。0100500700700LOAD A 5001234505000510055005700LOAD A 500123455005000 重定位寄存器 相对地址 程序A的地址空间 程序A的内存空间图4.2 动态重定位示意图动态重定定位的主主要优点点是程序序占用的的内存空空间动态态可变,也也不必连连续存放放在一处处;比较较容易实实现几个个进程对对同一程程序副本本的共享享使用。它它的主要要缺点是是需要附附加的硬硬件支持持,增加加了机器器成本,而
13、而且实现现存储管管理的软软件算法法比较复复杂。与静态重重定位相相比,动动态重定定位的优优点突出出。所以以现在一一般计算算机系统统中都采采用动态态重定位位方法。【例2】动态分区分配按进程的需求量分配内存分区,所以( )。A分区区的长度度是固定定的 B分区区的个数数是确定定的C分区区的长度度和个数数都是确确定的 D分区区的长度度不是预预先固定定的,分分区的个个数是不不确定的的答案 DD分析分区区法分为为固定分分区和动动态分区区。其中中,固定定分区内内存中分分区的个个数固定定不变,各各个分区区的大小小也固定定不变,但但不同分分区的大大小可以以不同。动态分区在最初时,除了操作系统占用的分区外,全部内存
14、对用户进程都是可用的。分区是在进程要进入内存时才建立的,按照进程的需求量划分内存分区,根本无法预测分区的长度和个数。本题的选项A、B、C是针对固定分区而言的,只有选项D是描述动态分区的。【例3】考虑一个由8个页面,每页有1024个字节组成的逻辑空间,把它装入到有32个物理块的存储器中,问: (1)逻逻辑地址址需要多多少二进进制位表表示? (2)物物理地址址需要多多少二进进制位表表示?解 因为为页面数数为8=23,故需需要3位位二进制制数表示示。每页页有10024个个字节,110244=2110,于于是页内内地址需需要100位二进进制数表表示。332个物物理块,需需要5位位二进制制数表示示(32
15、2=255)。(1)页页的逻辑辑地址由由页号和和页内地地址组成成,所以以需要33+100=133位二进进制数表表示。(2)页页的物理理地址由由块号和和页内地地址的拼拼接,所所以需要要5+110=115位二二进制数数表示。分析 在在分页存存储管理理中,逻逻辑地址址结构如如下图所所示。页号p页内地址d它由两个个部分组组成:前前一部分分表示该该地址所所在页面面的页号号p;后后一部分分表示页页内地址址(页内内位移)dd。页号号的地址址位数决决定了页页的多少少,假设设页号有有20位位,则地地址空间间中最多多可容纳纳的页面面数为2220,即即1MBB个页面面。页内内地址位位数确定定了每页页的大小小,若页页
16、内地址址为122位,则则每页大大小为2212,即即2KBB。同理,物物理地址址中块号号的地址址位数决决定了块块的多少少,由于于页式存存储管理理内存空空间块的的大小与与页面大大小相同同,所以以物理地地址中块块内地址址与逻辑辑地址中中的页内内地址位位数相同同。【例4】若在一一分页存存储管理理系统中中,某作作业的页页表如下下所示。已已知页面面大小为为10224字节节,试将将逻辑地地址10011,221488,40000,550122转化为为相应的的物理地地址。页号块号01232316解 本题题中,为为了描述述方便,设设页号为为p,页页内位移移为d,则则:(1)对对于逻辑辑地址110111,pintt
17、(10011/10224)0,dd10011 modd 1002410111。查查页表第第0页在在第2块块,所以以物理地地址为110244211011130059。(2)对对于逻辑辑地址221488,pintt(21148/10224)2,dd21148 modd 100241000。查页页表第22页在第第1块,所所以物理理地址为为10224110011224。(3)对对于逻辑辑地址440000,pintt(40000/10224)3,dd40000 modd 100249288。查页页表第33页在第第6块,所所以物理理地址为为102246928870072。(4)对对于逻辑辑地址550122
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