操作系统学习--存储管理

本章要点：存储管理方式，内存的分配与回收，重定位，内存的保护与共享，移动技术，换入与换出，虚拟存储

一、重定位：

（1）静态重定位

在装入一个作业时，把作业中的逻辑地址全部转换为物理地址，这种定位实在作业开始前集中进行的，作业开始后无需再进行转换

（2）动态重定位

在作业装入时，不进行转换，直接装入主存。而是在每条指令执行时由硬件的地址转换机构进行转换。即每次动作都得由别人告诉它地址，因此，可采用移动技术。

二、移动技术

即在主存中将作业从一个位置移到另一个位置，类似于磁盘上文件的移动，在移动前要保证没有其他作业对它的引用。

三、内存的保护与共享：

装入内存时由界址和基址寄存器把逻辑地址转换为物理地址，并检查是否在指定区域装入，如果是就装入，否则就不能装入。在作业占用处理器时进程调度程序将其 起始地址和长度装入基址和界址寄存器，这样在执行每条指令时，都会检查其是否越界。

四、存储管理方式：

分区存储管理

1. 固定分区：将内存分为固定大小和个数（大小同或不同），操作系统内核占用固定部分，其他分配给用户使用，可按照作业的大小分配内存，直到不能分配为止

（1）内存的分配与回收

按照作业先后和大小进行分配内存，直到不能分配为止。

作业结束后占用分区被收回

（2）管理采用的数据结构：系统维护一张主存分配表（主存号+起始地址+长度+占用标识）

（3）可采用静态定位和动态定位

（4）优点：开销小，实现简单

缺点：产生内存碎片，内存利用率低

2.可变分区：内存分区的位置和大小不是固定的，可根据作业的大小动态改变

（1）根据内存大小，利用分配算法，分配内存。分配算法有：最先适应分配算法，最优适应分配算法和最坏适应分配算法。作业结束时，内存被收回，可用于重分配。

（2）采用数据结构：两张表，已分配分区表和空闲分区表

（3）覆盖和交换技术

覆盖：一个程序的数据段或代码段按照时间顺序先后占用内存，实现较小的内存运行较大的程序。

交换：将暂时不能执行的程序，换出外存，给已就绪的程序让出内存，可增加程序的并发

3. 页式存储管理（系统管理需要）

（1）将内存分为大小相等的块儿，和固定分区相似，和固定分区不同的是，块儿的大小小 的多，为2的次幂大小，便于由逻辑地址转换为物理地址。采用映射，页面和页框对应。例如，16为地址，页面的大小的2（12）B即4KB，高四位为页面号，低12位为页面内偏移量。因此，页面外无内存碎片，页面内有，但是很小

（2）采用管理数据结构：页表+请求表+存储页面表（静态页式管理），加入中断后的页表（动态页式管理），页表项中有特征位（标识该页是否在内存）

（3）快表：和CPU的高速缓存cache不同，cache的引入是因为主存的速度远远跟不上CPU的速度，因此cache 和CPU的性能有很大关系。

快表是页表的一小部分的克隆。将常用的页放在一个高速缓存里，访问时内存和快表同时查找，大大提高了访问速度，普通状态访问程序数据需要两次，使用快表只需要一次。

（4）要访问的页面不存在：缺页中断。

（5）优点：要多大有多大，缺点：作业需全部装入进程。

4.段式存储管理（用户应用需要，一条指令不会跨越两个段，可能跨过两个页）

（1） 将内存视为二维的。和可变分区相似，可变分区管理方式中是为每个作业分一个区，而段式管理是为一个作业中的每个段分一个连续的空间。段间不必连续，程序通过分段，划分为多个段：代码段，数据段，共享段

（2）采用管理数据结构：段表 由 段号 、 本段限长 和 起始地址 三部分组成，由于每一行记录的行号可以对应程序的段号，因此段号实际上被省略，不占存储空间。

　　与其他管理方式一样，段表记录的信息用于地址转换和存储保护。段表的表目起到了基址/限长寄存器的作用。

（3）地址转换：例如，16位地址， 前面4位为短号，后面12位为偏移量，则段的大小为2（12）=4096B。将偏移量与段表的前12位（长度）比较，是否越界。后16位为基址。



五、虚拟内存

提取磁盘上的空间当做内存的扩充，利用分页、分段和换入与换出机制。虚拟内存即是页文件，包括页目和页表，一共4.4M，表示4GB的虚存空间。个人理解页面在外存中，页目应该在内存中。一个进程被创建时，系统同时为它创建页文件，也即每个进程都有自己独立的4GB内存空间。