2.3存储管理

存储器管理的对象是主存储器（主存、内存）。

主要功能包括：分配 回收主存空间  提高主存利用率扩充主存 对主存信息实现有效保护

2.3.1 基本概念

1.      存储器的结构

一般结构有两种：寄存器—主存—外存

                寄存器—缓存—主存—外存

存储组织的功能：是在存储技术和CPU寻址技术许可的范围内组织合理的存储结构，

                使得各层次的存储器都处于均衡的繁忙状态

（1）       虚拟地址：对程序员来说，数据的存放地址是由符号决定的，故称为符号名地址

他是从0号单元开始编址，并顺序分配所有符号名所对应的地址单元。由于符号名地址不是主存中的真实地址，因此也称为相对地址，程序地址，逻辑地址，虚拟地址。

（2）       地址空间。把程序中由相对地址组成的空间叫做逻辑地址空间。相对地址空间通过

地址再定位机构转换到绝对对地址空间，绝对地址空间也叫物理地址空间。

总结：逻辑地址空间是逻辑地址的集合，物理地址空间是物理地址的集合。

2.      地址重定位。

将逻辑地址转换成主存物理地址的过程称为地址重定位。

地址重定位分为 静态地址重定位和动态地址重定位。

（1）      静态地址重定位。就是程序装入主存时已经完成了变换。

优点：无须硬件地址变换机构的支持。它只要求程序本身是可重定位的

缺点：必须给作业分配一个连续的存储区域，在作业的执行期间不能扩充存储空间，也不能在主存中移动，多个作业难以共享主存中的同一程序副本各数据。

（2）      动态地址重定位。就是程序运行期间完成交换。

优点：程序执行期间可以换入和换出主存，程序可在主存中移动，可以充分利用空间。可买实现共享。

2．3.2存储管理方案

存储管理的主要目的是解决多个用户使用主存的问题。

主要包括 分区存储管理、分页存储管理、分段存储管理、段页式存储管理、虚拟存储管理

（1）       分区存储管理，早期的方案，

 按分区的划分方式分为 固定分区、可变分区 、 可重定位分区

固定分区：一种静态分区方式

可变分区：一种动态分区方式

可重定们分区。解决了碎片问题，基本思想是，移动所有已分配好的分区，使之成为连续区域，有代码，地址发生变化，所以有地址重定位问题。

分区的保护：通常采用上界和下界寄存器

            上界寄存器存放作业的装入地址。下界寄存器装入作业的结束地址

             形成的物理地址必须满足

             上界寄存器<=物理地址<=下界寄存器            

或者采用基址寄存器和限长寄存器，

基址寄存器存放作业的装入地址，限长寄存器存入作业的长度，

形成的物理地址必须满足：

 基址寄存器<=物理地址<=基址寄存器+限长寄存器

2.3.3         分页存储管理

解决用户程序必须装入连续的地址空间中，在分区管理方案中，如果满足不了，则需要进行分区靠拢操作，这样耗费系统时间，为此，引入分页存储管理方案

1.      纯分页存储管理

1） 分页原理

 将一个进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域，称为页，相应地，将主存空间划分成与页相同大小的若干个物理块，称为块或页框，为进程分配主存时，可将进程中若干页分别装入多个不相邻接的块中。

2） 地址结构

分页系统的地址结构图2-10所示

特点：32位，注意看图

1）  页表

将进程的每一页离散地分配到内存的多个物理块中后，系统就保证能在内存中找到每个页面所对应的物理块，为此，系统为每个进程建立了一张页面射表，简称页表

2．快表

2.3.4分段存储管理

段是信息的逻辑单位。因此分段系统的一个突出优点是易于实现段的共享，即允许若干个进程共享一个或多个段，可简单地实现段的保护。在实现程序和数据的共享时，常常以信息的逻辑单位为基础，分页系统中的每一页只是存放信息的物理单位，其本身没有完整的意义，因而不便于信息共享，而段却是信息的逻辑单位，有利于信息的共享和保护。

1.      分段的基本原理

在分段存储管理方式中，作业的地址空间被划分为若干段，每段是一组完整的逻辑信息，

都是从零开始编址的一段连续的地址空间，各段长度不等，允许一个作业最多有64k段，

每段的最大长度为64kb

在分段式存储管理系统中，为每段分配一个连续的分区，进程 中和段可以离散地分配到内存的不同分区，在系统中为每个进程建立一张段映射表，段表。每段在表中占有一表项，其中记录了该段在内存中的起始地址（基址）。和段的长度。利用段表寄存器中段表长度与逻辑地址中的段号比较，若段号超过段表长度则产生越界中断。

2.3.4虚拟存储管理

前面介绍的存储管理方案中，必须为每个作业分配 足够的空间，装入全部信息，当主存空间不能满足作业要求时，作业便无法装入主存执行。虚拟存储管理解决了这一问题。

即装入部分内容便可运行，其余部分暂时留在磁盘上，需要时再装入主存。

1.      虚拟存储器的实现

虚拟存储器具有请求调入功能和置换功能，可以把作业的一部分装入主存使其开始运行，能从逻辑上对主存容量进行扩充。虚拟存储器的逻辑容量由主存和外存容量之和以及CPU可寻址的范围来决定，其运行的速度接近于主存速度。虚拟存储器实现主要有以下三种方式。

（1）。请求分页系统。

在分页系统的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能形成的页式虚拟存储系统。它允许只装入若干页的用户程序和数据（而非全部程序），就可以启动运行，以后再通过调页功能和页面转换功能，陆续把将要使用的页面调入主存，同时把暂不运行的页面置换到外存上，置换时以页面为单位。

（1）      请求分段系统。在分段系统的基础上。。。以请求分页系统雷同，只不过它是以段为单位的，注意是段，而不是页。

（2）      请求段页式系统，在段页式系统的基础上，增加了请求调页和页而置换功能 所形成的段页式虚拟存储系统。

2.      请求分页管理的实现

请求分页是在纯分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面转换功能所形成的页式虚拟存储系统，是目前常用的一种虚拟存储器的方式。

请求分页的是在纯分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统，是目前常用的一种虚拟存储器的方式。

 请求分页的页表机制是在纯分页的页表机制上形成的，由于只将应用程序的一部分调入主存，还有一部分仍在外存上，故需在页表中再增加若干项，如状态位、访问字段、辅存地址等供程序在换进、换出参考。

 ***在请求分页系统中，每当所要访问的页面不在主存时，便产生一个缺页中断，请求调入所缺的页，缺页中断与一般中断的主要区别在于，缺页中断在指令执行期间产生和处理中断信号，而一般中断在一条指令执行结束后，下一条指令开始执行检查和处理中断信号，缺页中返回到被中断指令的开始重新执行该指令，而一般中断返回到下一条指令执行，一条指令在执行期间，可能会产生多次缺页中断。

3.      页面置换算法

在进程运行过程中，如果发生缺页而内存又无空闲块时，为了保证进程能正常运行，不必须从内存中调出一页程序或数据送入磁盘的对换区。但究竟将哪个页面调出，需要一个页面置换算法来确定，常用的页面转换算法如下：

1） 最佳（optimal）置换算法

分析：当进程访问页面5时，产生缺页中断，根据最佳置换算法，页面0将在第18次才访问，是三页中将最久不被访问的页面。所以被淘汰。依此类推。

1） 先进先出(FIFO)置换算法

1） 最近最少未使用（Least  Recently Used,LRU）置换算法

 选择最少使用的页面予以淘汰，系统在每个页面设置一个访问字段，用以记录这个页面自上次被访问以来所经历的时间T，当要淘汰一个页面时，选择T最大的页面。

4)最近未用（Not Used Recently,NUR）置换算法

最近一段时间未引用过的页面换出，与LRU近似，该算法为每个页面设置一位访问位，将内存中的所有页面通过链接指针连成一个循环队列，当某页被访问时，其访问位置1，在选择一页淘汰时，就检查其访问位，如果是0，就选择该页换出。

*存储管理-3