存储管理（一）

目录

4.1 存储器的工作原理

• 存储器层次
• 地址转换与存储保护

4.2 连续存储管理

• 固定分区存储管理
• 可变分区存储管理
• 内存不足的存储管理技术

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存储管理是操作系统的重要组成部分，负责管理计算机系统的重要资源——内存。

内存空间一般分为两部分

• 系统区 用于存放操作系统内核程序和数据结构等。
• 用户区 用于存放应用程序和数据。

操作系统的主要任务之一是尽可能方便用户使用和提高内存利用率。此外，有效的存储管理也是多道程序设计的关键支撑。具体地说，存储管理包含以下功能：

• 存储分配 为进程分配内存空间以便运行，完成内存区的分配和去配工作。在虚存管理系统中，由于运行程序部分处于内存，部分位于外存，故不仅涉及内存也涉及外存空间的申请与释放工作

• 地址映射

• 程序保护

• 存储共享

• 存储扩充

4.1 存储器工作原理

• 4.1.1 存储器层次
  

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• 4.1.2 地址转换与存储保护

  • 程序的编译、链接、装载和执行

    
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• 编译程序负责记录引用发生的位置,编译或汇编的结果产生相应的多个目标代码模块，每个都附有供引用使用的内部符号表和外部符号表。符号表中依次给出每个符号名及在本目标代码模块中的名字地址，在模块被链接时进行转换。

• 链接需要解析内部和外部符号表，把对符号名字引用转换为数值引用，要转换每个涉及名字地址的程序入口点和数据引用点成为数值地址。

• 装入时根据指定的内存块首地址，再次修改和调整被装载模块中的每个逻辑地址，将逻辑地址绑定到物理地址。

链接程序（linker）的作用是根据目标模块之间的调用和依赖关系，将主调模块、被调模块、以及所用到的库函数装配和链接成一个完整的可装载执行模块。
根据程序链接发生的时刻和链接方式，可分成三种：
(1)静态链接
(2)动态链接
(3)运行时链接

装载程序（loader）把可执行程序装入内存方式有三种：

(1)绝对装载。装载模块中的指令地址始终与其内存中的地址相同，即在模块中出现的所有地址都是内存绝对地址。

(2)可重定位装载。根据内存当时使用情况，决定将装载代码模块放入内存的物理位置。模块内使用的地址都是相对地址。

(3)动态运行时装载。为提高内存利用率，装入内存的程序可换出到磁盘上，适当时候再换入到内存中，对换前后程序在内存中的位置可能不同，即允许进程的内存映像在不同时候处于不同位置，此时模块内使用的地址必为相对地址。

可执行程序逻辑地址转换 （绑定）为物理地址的过程称地址重定位 、地址映射或地址转换，基于上述程序装载方式，可区分三种地址重定位。
(１) 静态地址重定位
(２) 动态地址重定位
( 3 ) 运行时链接地址重定位

存储保护
涉及：防止地址越界和控制正确存取。
各道程序只能访问自己的内存区而不能互相干扰，必须对内存中的程序和数据进行保护，以免受到其他程序有意或无意的破坏。可对进程执行时所产生的所有内存访问地址进行检查，确保进程仅访问它自己的内存区，这就是地址越界保护，越界保护依赖于硬件设施，常用的有：界地址和存储键。
进程访问分配给自己的内存区时，要对访问权限进行检查，如允许读、写、执行等，从而确保数据的安全性和完整性，防止有意或无意的误操作而破坏内存信息，这就是信息存取保护。

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4.2 连续存储空间管理

4.2.1 固定分区存储管理

• 固定分区存储管理的基本思想
• 固定分区存储管理的数据结构
• 作业进入固定分区排队策略

4.2.2 可变分区存储管理

可变分区存储管理是按作业的实际大小来划分分区，且分区个数也是随机的,实现多个作业对内存的共享，进一步提高内存资源利用率。

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可变分区存储管理数据结构

可变分区内存分配表可由两张表格组成：

• 已分配区表

• 未分配区表

  
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链表空闲区管理方法

• 空闲区开头单元存放本空闲区长度及下个空闲区起始地址,把所有空闲区都链接起来,设置第一块空闲区地址指针,让它指向第一块空闲区地址。
• 申请空闲区。
• 归还空闲区。

可变分区管理分配算法

• 最先适应分配算法
• 下次适应分配算法
• 最优适应分配算法
• 最坏适应分配算法
• 快速适应分配算法

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4.2.3 内存不足的存储管理技术
1.移动技术

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有关移动问题讨论

• 移动条件
• 移动时机
• 移动算法

2. 对换技术

• 对换的作用
  为平衡系统负载，通过选择一个进程，把其暂时移出到磁盘，腾出空间给其他进程使用，同时把磁盘中的某个进程再换进内存，让其投入运行，这种互换称对换。

• 对换进程选择
  把时间片耗尽或优先级较低的进程换出，因为短时间内它们不会被投入运行；
  数据区和堆栈是进程运行时创建和修改的，可通过文件系统把这些可变信息作为特殊文件移出。
  批处理系统中，当有进程要求动态扩充内存且得不到满足时可触发对换；分时系统中，对换可与调度结合在一起，每个时间片结束或执行I/O操作时实施。

• Unix对换器

3. 覆盖技术

• 覆盖技术
• 覆盖的实现技术
• 覆盖技术的不足