存储管理

Posted 2020-07-02 飞雪天龙

一、存储器分为两类：内存储器（内存）和外存储器（外存）。CPU只能直接访问内存。

 

二、存储体系结构：高速缓存——内存——外存，容量逐渐降低，存储速度逐渐降低。

 

三、存储管理的任务：内存的分配和管理；内存共享；存储保护；内存扩充；地址映射。

 

四、内存空间分为两个部分：系统区，存放操作系统且常驻内存；用户区，分配给用户使用。

 

五、存储管理方案：分区管理、页式管理、段式管理、段页式管理。

 

六、分区管理

   1. 是能够满足多道程序设计的最简单的存储管理方案。其基本思想是把内存划分为若干个连续区域，每个分区装入一个运行程序。分区的方式分为固定分区和可变分区。

   2. 固定分区是指系统先把内存划分成若干个大小固定的分区，一旦划分好，在系统运行期间不能在划分。为了满足不同程序的要求，各分区的大小可以不同。由于分区的大小已经固定，因此就限制了程序的大小。

   3. 固定分区中采用分区说明表来管理，分区说明表有三个表目：区号、大小、起始地址、状态。具体的形式如下图所示：

区号	大小	起始地址	状态
1	8K	16K	占用
2	16K	32K	空闲
3	32K	64K	占用
4	64K	128K	空闲
5	128K	256K	空闲

操作系统区（0——8K）

分区1（8K——16K）作业A

分区2（16K——32K）

分区3（32K——64K）作业B

分区4（64K——128K）

分区5（128K——256K）

 

 分区说明表                 固定分区示例

  4. 固定分区虽然可以使多个程序共存于内存中，但不能充分利用内存。因为一个程序的大小，不可能刚好等于某个分区的大小。另外可接纳程序的大小也受到分区大小的严格限制。

  5. 可变分区：是指系统不预先划分固定分区，而是在装入程序时划分，使为程序分配的分区大小正好等于该程序的需求量，且分区的个数是可变的。

  6. 可变分区的管理：由两张表来管理，一张是已分配区表，一张是空闲区表。

  7. 分配策略：（适合两种分区算法）

     首先适应算法：查找分区说明表，找到第一个满足申请长度的空闲区分配，然后修改分区说明表。

     最佳适应算法：查找分区说明表，找到第一个能满足申请长度的最小空闲区，然后修改分区说明表，容易造成很多碎片。

     最坏适应算法：查找分区说明表，找到能满足申请长度的最大空闲区，然后修改分区说明表，这种方式可能会造成后来的大程序不能被容纳。

  8. 碎片问题：利用拼接技术来实现。

  9. 分区的回收：根据回收分区的上下邻是否空闲来实施分区回收。

  10. 分区管理的优点：简单，缺点是对内存的利用不充分，同时只有将整个程序装入内存才能运行，因此不能利用虚拟内存技术。

七. 分页存储管理 1.基本思想 用户程序的地址空间被划分成若干固定大小的区域，称为“页”，相应地，内存空间分成若干个物理块，页和块的大小相等。可将用户程序的任一页放在内存的任一块中，实现了离散分配。 2. 分页存储管理的地址机构 15          12         11                  0      页号P                 页内位移量W 页号4位，每个作业最多2的4次方=16页，表示页号从0000~1111（24-1），页内位移量的位数表示页的大小，若页内位移量12位，则2的12次方=4k，页的大小为4k，页内地址从000000000000~111111111111 若给定一个逻辑地址为A，页面大小为L，则 页号P=INT[A/L]，页内地址W=A  MOD  L 3. 页表 分页系统中，允许将进程的每一页离散地存储在内存的任一物理块中，为了能在内存中找到每个页面对应的物理块，系统为每个进程建立一张页面映射表，简称页表。页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。 页表： 页号 物理块号 存取控制      0        2       1       15（F）       2       14（E）       3       1   4. 地址变换 （1） 程序执行时，从PCB中取出页表始址和页表长度（4），装入页表寄存器PTR。 （2） 由分页地址变换机构将逻辑地址自动分成页号和页内地址。 例：11406D=0010|110010001110B=2C8EH       页号为2,位移量为C8EH=3214D 或11406  DIV  4096=2      11406  MOD  4096=3214 （3） 将页号与页表长度进行比较(2<4)，若页号大于或等于页表长度，则表示本次访问的地址已超越进程的地址空间，产生越界中断。 （4） 将页表始址与页号和页表项长度的乘积相加，便得到该页表项在页表中的位置。 （5） 取出页描述子得到该页的物理块号。  2       14（E） （6） 对该页的存取控制进行检查。 （7） 将物理块号送入物理地址寄存器中，再将有效地址寄存器中的页内地址直接送入物理地址寄存器的块内地址字段中，拼接得到实际的物理地址。 例：0010|110010001101B 1110|110010001101B=EC8EH=60558D 或 14*4096+3214=60558D 5. 具有快表的地址变换机构 分页系统中，CPU每次要存取一个数据，都要两次访问内存（访问页表、访问实际物理地址）。为提高地址变换速度，增设一个具有并行查询能力的特殊高速缓冲存储器，称为“联想存储器”或“快表”，存放当前访问的页表项。  八．分段存储管理 1.基本思想 将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段，每段可以定义一组相对完整的逻辑信息。存储分配时，以段为单位，段与段在内存中可以不相邻接，也实现了离散分配。 2. 分段存储方式的引入 方便编程 分段共享 分段保护 动态链接 动态增长 3. 分段地址结构 作业的地址空间被划分为若干个段，每个段定义了一组逻辑信息。例程序段、数据段等。每个段都从0开始编址，并采用一段连续的地址空间。 段的长度由相应的逻辑信息组的长度决定，因而各段长度不等。整个作业的地址空间是二维的。 15           12   11                  0        段号            段内位移量 段号4位，每个作业最多24=16段，表示段号从0000~1111（24-1）；段内位移量12位，212=4k，表示每段的段内地址最大为4K（各段长度不同），从000000000000~111111111111 4. 段表 段号 段长 起始地址 存取控制    0     1K     4096     1     4K     17500     2     2K     8192   5. 地址变换 (1). 程序执行时，从PCB中取出段表始址和段表长度（3），装入段表寄存器。 (2). 由分段地址变换机构将逻辑地址自动分成段号和段内地址。 例：7310D=0001|110010001110B=1C8EH 段号为1,位移量为C8EH=3214D (3). 将段号与段表长度进行比较(1<3)，若段号大于或等于段表长度，则表示本次访问的地址已超越进程的地址空间，产生越界中断。 (4). 将段表始址与段号和段表项长度的乘积相加，便得到该段表项在段表中的位置。 (5). 取出段描述子得到该段的起始物理地址。1         4K             17500 (6). 检查段内位移量是否超出该段的段长(3214<4K)，若超过，产生越界中断。 (7). 对该段的存取控制进行检查。 (8). 将该段基址和段内地址相加，得到实际的物理地址。 例：0001|110010001101B 起始地址17500D+段内地址3214D=20714D 九．分页与分段的主要区别 分页和分段有许多相似之处,比如两者都不要求作业连续存放.但在概念上两者完全不同,主要表现在以下几个方面: (1)页是信息的物理单位,分页是为了实现非连续分配,以便解决内存碎片问题,或者说分页是由于系统管理的需要.段是信息的逻辑单位,它含有一组意义相对完整的信息,分段的目的是为了更好地实现共享,满足用户的需要. (2)页的大小固定,由系统确定,将逻辑地址划分为页号和页内地址是由机器硬件实现的.而段的长度却不固定,决定于用 以上是关于存储管理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 Spark存储管理 操作系统页式存储管理的问题 分页存储管理和分段存储管理 Mac本地存储空间管理软件 分页存储管理和分段存储管理 存储管理