存储管理

在操作系统中，负责管理存储器层次结构的程序称为存储管理器。

4.1 基本的存储管理

4.1.1 单道程序存储管理

对于A图，操作系统位于主存最底部的RAM，即随机存取存储器中，用户程序位于主存的上部。
对于B图，操作系统位于主存最高端的只读存储器里（ROM）,（其实本身属于一种映像区域，映像了主板上的基本的输入输出系统）。
对于C图，设备的驱动程序位于内存最高端的ROM中，操作系统的其余部分位于低端的RAM中，中间是用户的应用程序。如MS-DOS系统。
对于IBM操作系统，系统位于ROM中的部分即为BIOS。

4.1.2 固定分区的多道程序系统

对于常见的系统，我们希望能够支持更多的程序，当某个程序处于等待I/O的时候，可以让CPU为别的程序服务，来提高系统整体的性能。
因此可以用划分分区的方法来同时加载多个程序，可以把主存分为几个大小不同的分区，根据程序的不同，来把他们加载到不同的分区中。而同时，程序也可按照单个输入队列的方式进行输入，也可以按照多个输入队列的方式进行输入。

对于左图，由于作业的大小类似的时候，而且众多的作业大小都类似，而此时分区的大小固定，我们该选择合适大小的分区来运行这个作业，这样的话，类似的作业就被分到了一起，而那些与作业的大小不一致的分区，就必然会出现空闲状态，那些分到一起的进程却不得不等待，等待要分到内存空间。忙得忙，闲的闲。

对于右图，所有的作业都被放入一个队列，每次当有分区被释放的时候，就从等待队列中寻找，最适合这个分区大小的进程，这样做是为了避免把大的分区分给那小的作业，免得资源被浪费，但这样却常常把小的作业推到了后面；但对于操作系统，我们做普通的要求就是简单的操作能被最快的反馈给我们，即小的作业能够被最快的处理，因此，为了总能够满足用户的这个要求，一般要专门保证总有一个小的分区，专门来处理那些小的事件、作业，免得被大的作业抢去分区。
或者通过加权来判断作业被推后的次数，到了一定的程度，就不再跳过而是立即执行。

4.1.3 重定位和存储保护

多道程序导致了分区的产生，而分区也导致了新的问题，即程序的重新定位和保护。

原因: 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序分配一个合适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址进行的，所以要进行地址转换。

如果多个作业都是为某一个程序服务，当主程序调用这些作业的时候，就需要定位到这些作业，保证程序的运行（主函数和分别编译好的子函数）。这时，链接的时候，链接器按照我们的分区机制来定位程序。

定位的常见方法：

　　静态重定位

　　当用户程序被装入内存时，一次性实现逻辑地址到物理地址的转换，以后不再转换（一般在装入内存时由软件完成）。

　　动态重定位

　　在程序运行过程中要访问数据时再进行地址变换（即在逐条指令执行时完成地址映射。一般为了提高效率，此工作由硬件地址映射机制来完成。硬件支持，软硬件结合完成）。硬件上需要一对寄存器的支持。

存储保护

保护系统程序区不被用户侵犯（有意或无意的）
不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数据（系统区地址空间，其他用户程序的地址空间）

保护过程——防止地址越界

每个进程都有自己独立的进程空间，如果一个进程在运行时所产生的地址在其地址空间之外，则发生地址越界。即当程序要访问某个内存单元时，由硬件检查是否允许，如果允许则执行，否则产生地址越界中断，由操作系统进行相应处理。

一般由硬件提供一对寄存器：
基址寄存器：存放起始地址
限长寄存器：存放长度
（上界寄存器/下界寄存器）

保护过程----防止操作越权

对于允许多个进程共享的存储区域，每个进程都有自己的访问权限。如果一个进程对共享区域的访问违反了权限规定，则发生操作越权。即读写保护。

存储管理