操作系统-存储管理

Posted 2020-12-20 dankon

基本概念

地址空间

• 名空间：程序中由符号名组成的空间称之为名空间。
• 逻辑地址空间：指地址的集合。程序经编译连接之后的编制是相对地址，以0为基址。相对地址也称为逻辑地址或虚拟地址，逻辑地址的集合称为逻辑地址空间，简称地址空间。
• 存储空间：计算机系统实际的内存地址是绝对地址，亦称为物理地址或者实地址。地址的集合称为物理地址空间，亦称为存储空间。

地址重定位

• 地址重定位：将程序的逻辑地址转化为主存的物理地址。该工作由操作系统中的装入程序Loader和地址重定位机构来完成。分为静态重定位、动态重定位。
  

实存管理

分页存储管理

• 在分页存储管理系统中，将逻辑地址划分为若干大小相等的片，称为页面或页，相应的，主存空间也分为跟页一样大小的片，称为物理块或者页框。
  
  

快表

• 快表是用来保持当前访问频率高的少数活动页的页号、对应页框号及其它信息的相联存储器。
  
  

分段存储管理

• 在分段存储管理中，作业的地址空间被分为若干个大小不必相等的段，每个段定义了一组逻辑信息。其地址结构是二维的。
  
  
• 分段系统中地址变换的过程如下：
  

虚存管理

局部性原理

• 局部性原理：程序在执行时，在一段时间内，程序的执行仅局限于某个特定的部分；相应的，其访问的存储空间也局限于某个区域内。程序的局限性表现在时间局限性和空间局限性两个方面。
• 时间局限性：如果程序中的某一条指令一旦执行，则不久以后该指令可能再次被执行；如果某个数据结构被访问，则不就之后它可能再次被访问。
• 空间局限性：一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也被访问。即程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定范围内，其典型情况是程序顺序执行。

虚拟存储器的定义

• 基于局部性原理，一个作业在运行之前，没必要全部装入内存，而仅将那些当前要运行的那部分页面或段装入内存便即可启动，其余部分可暂时留在磁盘了。
• 程序运行时，若要访问的页(段)已在内存，则继续执行下去；若不在，则要利用OS的请求调页(段)的功能将缺页(段)调入主存。
• 若在调入过程中，发现内存已满，就得利用页(段)的置换功能，将主存中暂时不用的页(段)调出到外存，腾出空间将需要的页(段)装入。
• 这样就可以使一个大的用户程序在较小的内存空间中运行；也可使内存中同时装入更多的进程并发执行。从用户的角度来看，该系统所具有的内存容量比实际容量大得多，因此，称其为虚拟存储器。

分页虚拟存储器

• 分页虚拟存储器亦称请求分页系统，它是在前述管理实存的分页系统上，增加了请求调页功能和页面置换功能的虚拟存储系统。
  

最佳页面置换算法

• 选择那些永不使用，或者是在最长时间内不再被访问的页面置换出去，这是一种理论上的算法，因为人们不可能确定下一步到底使用哪个页面。最佳替换算法OPT在现实中不能实现，只是作为评价其他置换算法的标准。
  

最近最久未使用置换算法

• 最近最久未使用置换算法LRU，选择近期最久未用的页面予以淘汰，系统在每个页面设置一个访问字段，记录这个页面自上次被访问以来所经历的时间T，当要选择页面淘汰时，就选T最大的那个页面。
  

先进先出置换算法

• 先进先出置换算法FIFO，选择最先调入内存的页面予以淘汰。在内存页表中设置一个计数器，每当有一个页面装入内存，就让该页面的计数器清零，而其他已经装入到主存的页面的计数器加1，在需要替换页时，选择计数器值最大的淘汰即可。亦可将调入内存的页面按先后次序链接成一个队列，每次淘汰队首页面即可，该算法会发生贝来迪异常现象。
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最近未用置换算法

• 最近未用置换算法NUR是一种LRU近似算法，在每个页面设置一个访问为，将内存中所有页面按照调入内存的先后次序连接成一个循环队列。当某页被访问时，将该页访问位置1。在选择某一页淘汰时，就从队头开始，依次检查各页面的访问位，如果是0就将选择该页换出；若为1，则重新置0，并暂不换出，接着队头指针加1检查下一个页面，直到找到一个访问位为0的页面为止。