CH5-1连续分配存储管理.ppt

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1、CH5 CH5 存储器管理存储器管理5.1 5.1 程序的装入和链接程序的装入和链接5.2 5.2 连续存储空间管理连续存储空间管理5.3 5.3 对换对换 5.4 5.4 分页式存储管理分页式存储管理 5.5 5.5 分段式存储管理分段式存储管理 5.6 5.6 虚拟存储管理虚拟存储管理5.1 程序的装入和链接程序的装入程序的装入程序的链接程序的链接程序的装入程序的装入绝对装入方式绝对装入方式事事先先已已知知用用户户程程序序形形成成可可执执行行模模块块后后将将驻驻留留在在内内存存的的什什么么地地方方，编编译译程程序序在在编编译译的的时时候候直直接接产产生生实实际际存存储储地地址址的的目目标标

2、代码；代码；由由绝绝对对装装入入程程序序按按照照模模块块中中提提供供的的绝绝对对地址，将程序和数据装入内存；地址，将程序和数据装入内存；装装入入内内存存后后，因因为为其其中中提提供供的的均均是是绝绝对对地地址址，因因此此调调度度到到它它运运行行时时，不不须须再再对对其中的地址再作修改和变换；其中的地址再作修改和变换；程程序序中中使使用用的的绝绝对对地地址址，既既可可由由程程序序员员直接给出，也可在编译或汇编时给出直接给出，也可在编译或汇编时给出 程程序序员员给给出出：要要求求其其熟熟悉悉内内存存的的使使用用情情况况，并并且且程程序序一一旦旦修修改改，可可能能会会引引起起程程序序中中所有绝对地址

3、的改变；所有绝对地址的改变；编编译译时时产产生生：在在编编程程时时尽尽量量采采用用符符号号地地址址，在在编编译译或或汇汇编编时时，再再将将这这些些符符号号地地址址转转换成绝对地址；换成绝对地址；可重可重定位装入方式定位装入方式编编译译完完成成后后，目目标标模模块块的的起起始始地地址址通通常常都都是是从从0 0开开始始，程程序序中中的的所所有有其其它它地地址址，也都是相对于起始地址也都是相对于起始地址0 0计算的；计算的；可可重重定定位位装装入入程程序序在在将将这这些些目目标标模模块块装装入入内内存存时时，先先要要将将目目标标模模块块中中的的相相对对地地址全部转换成绝对地址，再装入内存址全部转换

4、成绝对地址，再装入内存;例例如如：编编制制的的程程序序编编译译完完后后，地地址址为为000000002020H2020H，如如果果分分给给它它的的内内存存空空间间是是从从10000H10000H开开始始的的一一段段内内存存空空间间，那那么么在在装装入入时时，该该目目标标程程序序的的地地址址就就从从10000+0000H 10000+0000H 10000+2020H10000+2020H如如有有一一条条语语句句：MOV MOV A A，2000H2000H，则则将将转转变成：变成：MOV AMOV A，12000H12000H动态运行时装入方式动态运行时装入方式将将装装入入模模块块装装入入内内

5、存存后后，并并不不立立即即进进行行地地址址转转换换，而而是是到到程程序序真真正正要要执执行行时时才才进进行行地地址址转转换换，因因此此装装入入内内存存后后，装装入入模块中的地址依然是相对地址；模块中的地址依然是相对地址；方方便便存存储储管管理理中中的的“对对换换”，以以利利于于提提高系统性能高系统性能程序的链接程序的链接 指指将将经经过过编编译译后后的的一一组组目目标标模模块块以以及及它它们们所所需需要要的的库库函函数数，装装配配成成一一个个完整的装入模块完整的装入模块可执行模块可执行模块。静态链接静态链接A模块模块B模块模块C模块模块Call BReturnCall CReturnRetur

6、n0L-10M-10N-1A模块模块JSR“L”ReturnB模块模块JSR“L+M”ReturnC模块模块Return0L-1LL+M-1L+ML+M+N-1 对对各各模块的相对地址进行修改模块的相对地址进行修改 为为A、B、C最最终终要要链链接接成成一一个个模模块块，且且执执行行的的顺顺序序为为A B C，所所以以B应应接接在在A的的末末尾尾，起起始始地地址址应应为为L-1+1，而而C则则因因为为接接在在B的末尾，所以起始地址应为的末尾，所以起始地址应为L+M-1+1 换外部调用符号为具体地址换外部调用符号为具体地址 将将每每个个模模块块中中所所用用的的外外部部调调用用符符号号变变成成大的

7、链接模块中的具体地址大的链接模块中的具体地址装入时动态链接装入时动态链接用用户户源源程程序序经经编编译译后后得得到到的的目目标标模模块块，如如A A、B B、C C模模块块，是是在在装装入入时时边边装装入入边边链接的链接的即即：A A模模块块在在装装入入时时，如如需需要要调调用用B B模模块块，就就去去外外存存找找B B模模块块，并并将将它它装装入入内内存存，装装入入时时修修改改其其中中的的相相对对地地址址，B B模模块块在在装装入入时时，又又有有调调用用C C模模块块的的语语句句，于于是是再再找找到到C C模模块块，将将C C模块调入内存，并修改其相对地址模块调入内存，并修改其相对地址运行时

8、动态链接运行时动态链接 将将某某些些目目标标模模块块的的链链接接，推推迟迟到到执执行行时时才才进进行行。即即在在执执行行过过程程中中，若若发发现现一一个个被被调调用用模模块块尚尚未未装装入入内内存存时时，由由OSOS去去找找到到该该模模块块，将将它它装装入入内内存存，并并将将它它链链接接至调用者模块上。至调用者模块上。A模块模块IF 条件条件1CALL B模块模块IF 条件条件2CALL C模块模块 真真正正轮轮到到A A模模块块运运行行时时，它它要要调调用用的的可可能能只只是是B B模模块块或或C C模模块块，如如按按装装入入时时动动态态链链接接，则则A A模模块块在在装装入入时时也也要要将

9、将B B、C C模模块块一一齐齐装装入入。如如按按运运行行时时动动态态链链接接，则则A A模模块块在在运运行行时时，如如满满足足条条件件1 1，则则将将B B模模块块装装入入即即可可，如如满满足足条条件件2 2，则则将将C C模块装入即可。模块装入即可。5.25.2 连续分配存储管理方式连续分配存储管理方式 指指为为一一个个用用户户程程序序分分配配一一个个连连续续的的内内存存空空间间，有有两两种种分分配配方式：方式：单一连续分配方式单一连续分配方式 分区式分配方式分区式分配方式单一连续分配方式单一连续分配方式最最早早出出现现的的一一种种存存储储器器管管理理方方式式，在在这种方式下，内存只驻留一

10、道程序。这种方式下，内存只驻留一道程序。操作系统将内存分为两个分区操作系统将内存分为两个分区：系系统统区区：仅仅提提供供给给OSOS用用，一一般般驻驻留留在在内存的低址部分内存的低址部分 用用户户区区：除除系系统统区区外外的的全全部部内内存存空空间间，提供给用户使用提供给用户使用单一连续分配方式单一连续分配方式中的存储保护措施单一连续分配方式中的存储保护措施 为为了了防防止止OS受受到到用用户户程程序序的的破破坏坏，较较常常用用的的方方法法是是设设一一个个基基址址寄寄存存器器（装装有有程程序序的的最最小小物物理理地地址址）、一一个个界界限限寄寄存存器器（存存放放该该程程序序的的逻逻辑辑地地址址

11、范范围围），由由一一个个存存储储管管理部件理部件MMU来管理用户程序是否越界。来管理用户程序是否越界。单一连续分配方式 方方法法是是：每每次次执执行行一一条条指指令令，MMU都都将将程程序序中中的的逻逻辑辑地地址址映映射射为为物物理理地地址址（相相对对地地址址+基基址址），然然后后将将此此物物理理地地址址与与界界限限寄寄存存器器值值比比较较，如如果果未未超超出出，表表示示未未越越界界，可可以以继继续续执执行行；如如果果超超出出，则则产产生生一一中中断断信信号号送送至至CPU，告告诉诉它它程程序序执执行行越越界界，终终止。止。现代现代OS一般不用这种方法，重启即可。一般不用这种方法，重启即可。单

12、一连续分配的缺点 一一个个作作业业独独占占主主存存储储空空间间，降降低存储空间的利用率；低存储空间的利用率；处理器处理器和外部设备串行工作和外部设备串行工作；计算机的外围设备利用率不高计算机的外围设备利用率不高分区式分配方式分区式分配方式固定分区式分配固定分区式分配动态分区式分配动态分区式分配固定分区式分配固定分区式分配实现思路实现思路将将内内存存空空间间划划分分为为若若干干个个固固定定大大小小的的分分区区，每每个个分分区区可可装装一一道道作作业业，当当内内存存中中划划分分成成几几个个分分区区时时，便便允允许许几几道道作作业业并并发运行；发运行；当当某某个个分分区区的的作作业业运运行行完完毕毕

13、，让让出出它它所所占占有有的的这这块块内内存存时时，系系统统便便从从外外存存的的后后备队列中挑选出另一个作业调入内存备队列中挑选出另一个作业调入内存划分分区的方法划分分区的方法分分区区大大小小相相等等：简简单单、不不很很合合理理，程程序序太太大大，分分区区不不够够用用，无无法法正正常常运运行行，程序太小，分区利用率不够；程序太小，分区利用率不够；分分区区大大小小不不等等：较较合合理理。大大程程序序放放入入大分区，小程序放入小分区；大分区，小程序放入小分区；固定分区式分配方式的内存分配固定分区式分配方式的内存分配 将将这这些些分分区区根根据据大大小小进进行行排排队队，并并为为之之建建立立一张一张

14、分区使用表分区使用表；分区分区号号大大小小起始起始地址地址状态状态1 115153030已已分配分配2 230304545未分配未分配3 350507575未分配未分配4 4100100125125已分配已分配 用用户户程程序序进进入入内内存存，首首先先由由一一个个内内存存分分配配程程序序来来查查这这张张分分区区使使用用表表，直直到到找找到到一一个个能能满满足足要要求求、状状态态是是“未未分分配配”的的一一个个分分区区，然然后后，将将这个分区分配给它这个分区分配给它固定分区式分配的缺点固定分区式分配的缺点 每每个个分分区区的的大大小小是是固固定定的的，必必然然造成空间的浪费造成空间的浪费动态分

15、区分配动态分区分配含义含义根根据据用用户户程程序序的的实实际际需需要要，动动态态地地为为之之分分配配连连续续的的内内存存空空间间，需需要要就就分分，再再需需要要再再分分。实实现现多多个个作作业业对对内内存存的的共共享享，进进一一步步提提高内存资源利用率。高内存资源利用率。动态分区分配示例动态分区分配示例操作系统操作系统作业作业1 1空闲区空闲区作业作业2 2空闲区空闲区4K4K10K10K46K46K52K52K128K128K操作系统操作系统作业作业1 1空闲区空闲区作业作业2 2空闲区空闲区4K4K10K10K40K40K46K46K52K52K128K128K作业作业3 3操作系统操作系

16、统作业作业1 1空闲区空闲区4K4K10K10K40K40K128K128K作业作业3 3动态分区分配中用到的数据结构动态分区分配中用到的数据结构空闲分区表空闲分区表空闲分区链空闲分区链空闲分区表空闲分区表用用于于为为每每个个内内存存中中尚尚未未分分配配出出去去的的分分区区设设置置一一个个表表项项，包包括括：分分区区序序号号、分分区区始始址址、分分区区大大小、状态等等信息小、状态等等信息序号序号分区分区大小大小(K)(K)分区分区始址始址(K)(K)状态状态1 164644444可用可用2 22424132132可用可用3 34040210210可用可用4 43030270270可用可用5 5

17、空闲分区链空闲分区链每每个个分分区区的的起起始始部部分分：设设置置一一些些用用于于控控制制分分区区分分配配的的信信息息，以以及及用用于于链链接接各各分分区区的的前前向向指针指针；分分区区尾尾部部：则则设设置置一一后后向向指指针针，通通过过前前后后向向指针将所有分区链接成一个双向链；指针将所有分区链接成一个双向链；每每个个分分区区的的尾尾部部还还设设有有一一状状态态位位，当当一一个个分分区区分分配配出出去去以以后后，该该状状态态位位由由0 0 1 1，前前后后向向指指针针无无效效，且且前前空空闲闲分分区区与与后后空空闲闲分分区区再再相相连；连；动态分区分配算法动态分区分配算法1 1）首次适应分配

18、算法）首次适应分配算法 2 2）循环首次适应算法）循环首次适应算法3 3）最优适应分配算法）最优适应分配算法首次适应分配算法首次适应分配算法空闲分区按空闲分区按地址递增地址递增的次序排列；的次序排列；l在在进进行行内内存存分分配配时时，从从空空闲闲分分区区表表（或或空空闲闲分分区区链链）首首开开始始顺顺序序查查找找，直直到到找找到到一一个个能能满满足足其其大大小小要要求求的的空闲分区；空闲分区；l按按照照分分区区分分配配请请求求的的大大小小，从从该该分分区区中中划划出出一一块块内内存存空空间间分分配配给给请请求求者者，余余下下的的仍仍留留在在空空闲闲分分区区表表或或空空闲分区链中；闲分区链中；

19、首次适应分配算法首次适应分配算法 低低址址部部分分不不断断被被划划分分，留留下下许许多多难难以以利利用用的的小小的的空空闲闲分分区区，每每次次分分区区分分配时都要检索小分区，浪费时间配时都要检索小分区，浪费时间循环首次适应算法循环首次适应算法由由首次适应算法演变而来首次适应算法演变而来 在在为为进进程程分分配配内内存存空空间间时时，不不再再每每次次从从链链首首开开始始查查找找，而而是是从从上上次次找找到到的的空空闲闲分分区区的的下下一一空空闲闲分分区区开开始始往往下下查查找找，直直到到找找到到第第一个能满足要求的空闲分区为止一个能满足要求的空闲分区为止 按按照照请请求求分分配配的的大大小小，从

20、从该该分分区区中中划划出出一一块块内内存存空空间间分分配配给给请请求求者者，余余下下的的空空闲闲分分区仍留在空闲分区表或空闲分区链中区仍留在空闲分区表或空闲分区链中使使内内存存中中空空闲闲分分区区分分布布更更均均匀匀，也也减减少少了了找找空空闲闲分分区区的的开开销销，但但是是会会导导致致缺缺乏乏大大的的空空闲闲分区分区最佳适应算法最佳适应算法要求空闲分区按要求空闲分区按大小递增大小递增的次序排列的次序排列分配过程与首次分配算法相似分配过程与首次分配算法相似优优点点：每每次次为为程程序序分分配配内内存存时时，总总是是把把既既能能满满足足要要求求，又又是是最最小小的的空空闲闲分分区区分分给该程序，

21、避免了大材小用；给该程序，避免了大材小用；缺缺点点：每每次次划划分分完完后后剩剩下下的的往往往往是是难难以以利利用用的的、小小的的空空闲闲分分区区。这这样样经经多多次次请请求求划划分分后后，系系统统中中会会剩剩下下许许多多这这样样小小的的难以再利用的小空闲分区，即难以再利用的小空闲分区，即小碎片小碎片；动态分区分配操作流程动态分区分配操作流程m.sizeu.size检索检索完否？完否？m.size-u.sizesize?将该分区分配给将该分区分配给请求者，修改请求者，修改有关数据结构有关数据结构返回返回YNY继继续续检检索索从表头从表头开始查表开始查表NY将该将该分区从分区从表或链中移出表或链

22、中移出返回返回从该分区中从该分区中划出与划出与u.size大小相等的分区大小相等的分区请请求求分分区区大大小小：u.size；表表中中每每个个分分区区大大小小：m.size；系统认可的不可分割分区：系统认可的不可分割分区：sizeN动态分区分配的回收算法 A X B A B A X A X B B X 变为变为变为变为变为变为变为变为回收前回收前回收后回收后 碎片问题 所所谓谓“碎碎片片”，是是指指内内存存中中无无法法被被利利用的小的空闲分区。用的小的空闲分区。进行内存分配时可能会出现如下情况：进行内存分配时可能会出现如下情况：当当一一个个作作业业申申请请一一定定数数量量的的主主存存空空间间时

23、时，虽虽然然此此时时空空闲闲区区的的总总和和大大于于作作业业所所申申请请的的主主存存容容量量，但但却却没没有有单单个个空空闲闲分分区区足足够大，达到足以装下这个作业。够大，达到足以装下这个作业。紧凑和拼接技术操作系统操作系统作业作业1 1空闲区空闲区a a作业作业2 2空闲区空闲区b b作业作业3 3空闲区空闲区c c操作系统操作系统作业作业1 1作业作业2 2作业作业3 3空闲区空闲区操作系统操作系统作业作业1 1作业作业2 2作业作业3 3空闲区空闲区作业作业4 4 指指移移动动存存储储器器中中已已分分配配作作业业到到主主存存的的一一端端，使使本本来来分分散散的的空空闲闲区区连连成成一一个

24、个大大的的空空闲闲区区，以便能装入大的作业运行以便能装入大的作业运行OSJ1J2400KJ3300KJ4200KOSJ1J2J3J4900K0300K500K600K1000K1200K1500K1900K2100K0300K500K600K800K1200K(a)初始分配初始分配(b)例：例：OSJ1J2J4J3900KOSJ1J2900KJ4J3(c)(d)0300K500K600K1000K1200K0300K500K600K1500K1900K2100K注意的问题移动会增加系统开销移动会增加系统开销 移移动动必必须须修修改改空空闲闲分分区区表表等等信信息息，这这些些都都增增加加了了OS

25、OS的的工工作作量量，所所以以应应尽尽量量减减少少移动的移动的作业数作业数和和信息量信息量注意的问题移动是有条件的移动是有条件的 不不是是任任意意一一个个作作业业都都能能随随意意移移动动，所所以以，移移动动一一个个作作业业时时，应应先先判判断断它它是是否否在在与与外围设备交换信息。外围设备交换信息。因因为为外外围围设设备备与与主主存存之之间间的的信信息息交交换换是是按确定了的按确定了的主存绝对地址主存绝对地址进行传输的进行传输的移动时机 在在对对某个分区进行回收时立即进行拼接某个分区进行回收时立即进行拼接 这这样样可可保保证证在在主主存存中中总总有有一一个个大大的的连连续续的的空空闲闲区区，但但是是拼拼接接很很费费时时间间，拼拼接接频频率率过高会使系统开销增大过高会使系统开销增大 当当找找不不到到足足够够大大的的空空间间且且总总的的空空闲闲区区的的存储容量又可以满足作业请求时进行拼接存储容量又可以满足作业请求时进行拼接 这这样样拼拼接接的的频频率率比比上上述述方方案案要要小小得得多多，但空闲区的管理比上一种稍复杂但空闲区的管理比上一种稍复杂