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第 九 章 操 作 系 统 支 持 返 回 第 九 章 操 作 系 统 支 持 操 作 系 统 是 管 理 计 算 机 资 源 并 为 用 户 提供 服 务 的 系 统 软 件 ， 作 为 硬 件 与 应 用 软 件 之间 的 接 口 ， 操 作 系 统 起 着 承 上 启 下 的 作 用 。了 解 操 作 系 统 与 硬 件 之 间 的 相 互 关 系 有 助 于理 解 计 算 机 系 统 的 整 体 工 作 过 程 。 本 章 仅 就操 作 系 统 与 硬 件 关 系 最 密 切 的 处 理 机 调 度 与存 储 管 理 问 题 进 行 讨 论 。 9.1操 作 系 统 概 述一 、 操 作 系 统 的 概 念l 计 算 机 系 统 大 体 上 可 以 分 为 三 个 部 分 ： 硬 件 、 系 统 软 件 和 应 用软 件 。 硬 件 是 所 有 软 件 运 行 的 物 质 基 础 。l 操 作 系 统 （ 简 称 OS） 则 是 最 重 要 的 系 统 软 件 ， 是 管 理 计 算 机 系统 资 源 、 控 制 程 序 执 行 的 系 统 软 件 。 操 作 系 统 作 为 计 算 机 用 户与 计 算 机 硬 件 之 间 的 接 口 程 序 ， 向 用 户 和 应 用 软 件 提 供 各 种 服务 ， 合 理 组 织 计 算 机 工 作 流 程 ， 并 为 用 户 使 用 计 算 机 提 供 良 好运 行 环 境 。 l 操 作 系 统 已 经 成 为 现 代 计 算 机 系 统 不 可 分 割 的 重 要 组 成 部 分 。操 作 系 统 依 托 计 算 机 硬 件 并 在 其 基 础 上 提 供 许 多 新 的 服 务 和 功能 ， 从 而 使 用 户 能 够 方 便 、 可 靠 、 安 全 、 高 效 地 操 纵 计 算 机 硬件 并 运 行 应 用 程 序 。 9.1操 作 系 统 概 述二 、 操 作 系 统 的 主 要 目 标 归 结 为 以 下 几 点 ：l 管 理 系 统 资 源 :操 作 系 统 能 有 效 管 理 系 统 中 的 所 有 硬 件 资源 和 软 件 资 源 ， 使 资 源 得 到 充 分 利 用 。l 提 高 系 统 效 率 :操 作 系 统 能 合 理 地 组 织 计 算 机 的 工 作 流 程 ，改 进 系 统 性 能 ， 提 高 系 统 效 率 。l 方 便 用 户 使 用 :通 过 向 用 户 提 供 友 好 的 用 户 界 面 ， 操 作 系统 能 让 用 户 更 方 便 、 更 轻 松 地 使 用 计 算 机 系 统 。l 增 强 机 器 功 能 :操 作 系 统 能 通 过 扩 充 改 造 硬 件 部 件 并 提 供新 的 服 务 来 增 强 机 器 功 能 。 l 构 筑 开 放 环 境 :操 作 系 统 通 过 遵 循 相 关 技 术 标 准 的 方 式 支持 体 系 结 构 的 可 伸 缩 性 和 可 扩 展 性 ， 支 持 应 用 程 序 在 不 同平 台 上 的 移 植 和 互 操 作 。 9.1.2操 作 系 统 的 功 能l 操 作 系 统 的 核 心 任 务 ： 管 理 计 算 机 系 统 中 的 资 源 。l 从 资 源 管 理 的 角 度 来 看 ， 作 为 资 源 管 理 器 的 操 作 系 统对 计 算 机 硬 件 资 源 的 管 理 主 要 体 现 在 以 下 三 个 方 面 ：l 处 理 器 管 理l 存 储 器 管 理l 设 备 管 理 9.1.2操 作 系 统 的 功 能l 处 理 机 管 理 ： 处 理 机 是 最 重 要 的 硬 件 资 源 ， 因 为 所 有软 件 的 执 行 和 系 统 功 能 的 实 现 都 依 赖 于 处 理 机 。 因此 ， 能 否 充 分 发 挥 处 理 机 的 效 能 ， 是 系 统 功 能 和 性 能的 关 键 。 l 早 期 的 计 算 机 系 统 是 单 用 户 、 单 任 务 系 统 ， 处 理 机 仅为 一 个 用 户 的 一 个 任 务 服 务 见 图 所 示 。 9.1.2操 作 系 统 的 功 能l 现 代 的 计 算 机 系 统 广 泛 采 用 多 任 务 机 制 支 持 多 个 程 序 或 多 个 用户 并 行 使 用 计 算 机 。 在 引 入 多 任 务 机 制 后 ， 当 一 个 作 业 需 等 待I/O操 作 等 外 部 条 件 满 足 时 ， 处 理 机 转 去 执 行 另 一 个 作 业 ， 从 而实 现 多 任 务 的 并 行 执 行 。 操 作 系 统 负 责 组 织 多 个 任 务 的 并 行 执行 ， 并 负 责 解 决 处 理 机 的 调 度 、 分 配 和 回 收 等 问 题 。l 多 务 系 统 运 行 两 道 程 序 时 处 理 机 的 使 用 效 率 见 图 9.1.2操 作 系 统 的 功 能l 存 储 管 理 ： 按 照 冯 诺 依 曼 体 系 结 构 ， 无 论 是 指 令 还 是 操作 数 ， 都 存 储 在 内 存 储 器 中 。 因 此 存 储 系 统 的 性 能 对 系 统整 体 性 能 的 影 响 非 常 大 。 随 着 现 代 计 算 机 系 统 的 存 储 系 统层 次 结 构 的 复 杂 化 ， 操 作 系 统 担 负 的 存 储 管 理 任 务 也 越 来越 繁 杂 。 尤 其 在 多 任 务 系 统 中 。（ 1） 存 储 分 配 :即 根 据 程 序 的 需 要 为 其 分 配 存 储 器 资 源 ， 在 方 便 存 储 器 使 用 的同 时 又 要 保 证 存 储 器 的 高 利 用 率 。（ 2） 存 储 共 享 :允 许 主 存 中 的 多 个 任 务 或 多 个 用 户 程 序 共 享 存 储 器 资 源 ， 这 一方 面 可 以 提 高 存 储 器 的 利 用 率 ， 另 一 方 面 又 便 于 多 任 务 间 的 数 据 交 换 。（ 3） 存 储 保 护 :确 保 用 户 程 序 不 会 有 意 或 无 意 地 访 问 或 破 坏 操 作 系 统 的 关 键 代码 和 数 据 。 各 个 用 户 程 序 之 间 也 需 要 相 互 隔 离 、 互 不 干 扰 。 （ 4） 存 储 扩 充 :基 于 存 储 器 的 层 次 结 构 ， 存 储 管 理 需 要 为 用 户 提 供 与 实 际 物 理内 存 空 间 不 直 接 相 关 的 逻 辑 编 程 空 间 ， 并 在 主 存 和 辅 助 存 储 器 的 支 持 下 实现 逻 辑 地 址 空 间 与 物 理 地 址 空 间 之 间 的 映 射 与 变 换 ， 方 便 用 户 的 编 程 和 使用 。 9.1.2操 作 系 统 的 功 能l 设 备 管 理 ： 设 备 管 理 的 主 要 任 务 是 进 行 各 类 外 围 设 备的 调 度 与 管 理 ， 协 调 各 个 用 户 提 出 的 I/O请 求 ， 提 高各 I/O设 备 操 作 与 处 理 机 运 行 的 并 行 性 ， 提 高 处 理 机和 I/O设 备 的 利 用 率 。 设 备 管 理 还 需 提 供 每 种 设 备 的设 备 驱 动 程 序 ， 向 用 户 屏 蔽 硬 件 使 用 细 节 。 9.1.3操 作 系 统 的 特 性 及 其 需 要 解 决 的 问 题l 操 作 系 统 作 为 计 算 机 系 统 的 管 理 者 ， 必 须 解 决 一 系 列 复 杂的 管 理 问 题 。 而 计 算 机 系 统 运 行 的 特 性 决 定 着 操 作 系 统 的策 略 。l 并 发 性l 共 享 性l 随 机 性 等 特 征 。 9.1.3操 作 系 统 的 特 性 及 其 需 要 解 决 的 问 题l 并 发 性 ： 为 了 提 高 系 统 资 源 利 用 率 ， 多 任 务 系 统 采 用 并 发技 术 消 除 计 算 机 系 统 中 部 件 和 部 件 之 间 的 相 互 等 待 ： 两 个或 两 个 以 上 的 程 序 可 以 在 同 一 时 间 间 隔 内 同 时 执 行 ， 设 备的 输 入 输 出 操 作 和 处 理 机 执 行 程 序 同 时 进 行 。 因 此 并 发 性是 操 作 系 统 的 重 要 特 征 。l 共 享 性 ： 多 个 并 发 执 行 的 程 序 需 要 共 享 系 统 中 的 硬 件 资 源和 信 息 资 源 。l 随 机 性 ： 在 多 道 程 序 环 境 中 ， 随 机 性 是 显 而 易 见 的 ： 用 户发 出 命 令 或 输 入 数 据 的 时 间 相 对 于 指 令 的 执 行 时 间 是 随 机的 ， 程 序 运 行 发 生 错 误 或 异 常 的 时 刻 是 随 机 的 ， 外 部 中 断事 件 发 生 的 时 刻 是 随 机 的 ， 一 个 程 序 由 于 等 待 资 源 而 被 暂停 执 行 的 时 间 也 是 随 机 的 。 9.1.4操 作 系 统 的 硬 件 环 境l 处 理 机 状 态 控 制 ： 为 了 支 持 操 作 系 统 的 特 权 ， 中 央 处 理 机需 要 知 道 当 前 执 行 的 程 序 是 操 作 系 统 代 码 还 是 一 般 用 户 程序 代 码 。 为 此 ， 处 理 机 中 设 置 了 状 态 标 志 。 大 多 数 系 统 把处 理 机 的 状 态 划 分 为 管 理 状 态 又 称 超 级 用 户 状 态 、 管 态 或特 权 状 态 和 用 户 状 态 又 称 目 标 状 态 、 常 态 、 目 态 或 解 题 状态 ） 。l 特 权 指 令 ： 为 了 防 止 用 户 程 序 执 行 有 关 资 源 管 理 的 机 器 指令 从 而 破 坏 系 统 正 常 工 作 状 态 ， 在 多 任 务 环 境 中 ， 通 常 把指 令 系 统 中 的 指 令 分 为 两 类 ： 特 权 指 令 (Privileged Instructions)和 非 特 权 指 令 。 特 权 指 令 是 只 能 由 操 作 系统 核 心 程 序 执 行 的 机 器 指 令 ， 用 于 系 统 资 源 管 理 与 程 序 执行 控 制 等 操 作 ， 如 启 动 输 入 输 出 设 备 、 设 置 系 统 时 钟 、 控制 中 断 屏 蔽 位 、 设 置 存 储 管 理 状 态 、 加 载 程 序 状 态 字 等 。 9.1.4操 作 系 统 的 硬 件 环 境l 寄 存 器 访 问 权 限 ： 计 算 机 系 统 的 中 央 处 理 机 内 设 置 了 很 多 寄 存 器 ， 包括 用 于 暂 存 数 据 的 通 用 数 据 寄 存 器 和 用 于 存 放 处 理 器 的 控 制 和 状 态 信息 的 控 制 寄 存 器 。 后 者 主 要 有 ： 程 序 计 数 器 PC、 程 序 状 态 字 寄 存 器PWSR、 指 令 寄 存 器 IR等 ， 也 包 括 和 系 统 存 储 管 理 、 中 断 管 理 等 相 关 的寄 存 器 。 l 程 序 状 态 字 和 程 序 执 行 现 场 ： 为 了 记 录 计 算 机 系 统 当 前 的 工 作 状 态 ，需 要 专 门 设 置 程 序 状 态 字 （ PSW） 用 于 控 制 指 令 的 执 行 并 存 储 与 程 序有 关 的 系 统 状 态 。l 程 序 状 态 字 寄 存 器 保 存 的 信 息 通 常 包 括 以 下 几 类 ：（ 1） 当 前 正 在 执 行 的 指 令 地 址 这 由 程 序 计 数 器 给 出 。（ 2） 状 态 条 件 码 表 示 指 令 执 行 结 果 的 状 态 特 征 ， 例 如 算 术 运 算 指 令运 行 结 果 是 否 为 零 、 是 否 有 溢 出 、 是 否 是 负 数 等 。（ 3） 处 理 机 状 态 指 明 当 前 的 处 理 机 状 态 ， 如 目 态 或 管 态 ， 是 否 允 许某 类 中 断 ， 是 否 处 于 中 断 嵌 套 状 态 ， 当 前 的 存 储 保 护 状 态 等 。（ 4） 控 制 标 志 能 够 影 响 某 些 指 令 执 行 方 式 的 一 些 标 志 位 。 9.1.4操 作 系 统 的 硬 件 环 境l 中 断 机 制 ：l 现 代 的 计 算 机 系 统 都 支 持 中 断 （ 异 常 ） 。 通 过 检 测 中 断 源 并 进 行中 断 响 应 ， 中 断 机 制 提 供 了 一 种 程 序 随 机 切 换 的 方 式 。 l 通 过 响 应 硬 件 定 时 器 中 断 ， 操 作 系 统 可 以 执 行 周 期 性 的 例 行 管 理任 务 ， 例 如 进 程 调 度 。 这 可 以 确 保 某 个 进 程 不 会 独 占 系 统 资 源 。以 中 断 方 式 实 现 处 理 机 与 外 界 进 行 信 息 交 换 的 握 手 联 络 ， 能 保 证CPU与 外 设 的 并 行 工 作 。 l 计 算 机 工 作 时 可 能 发 生 软 件 或 硬 件 故 障 ， 故 障 发 生 的 时 间 相 对 于CPU的 指 令 执 行 是 完 全 随 机 的 。 常 见 的 硬 件 故 障 有 掉 电 、 校 验 错 、运 算 出 错 等 ； 常 见 的 软 件 故 障 有 运 算 溢 出 、 地 址 越 界 、 使 用 非 法指 令 等 。 一 旦 发 生 故 障 ， 应 由 CPU执 行 中 断 处 理 程 序 进 行 处 理 。 9.1.4操 作 系 统 的 硬 件 环 境l 存 储 管 理 ： 系 统 硬 件 通 过 存 储 管 理 部 件 支 持 操 作 系 统 实 现多 级 存 储 体 系 和 存 储 保 护 功 能 。 在 后 面 将 详 尽 讨 论 与 存 储管 理 相 关 的 问 题 。 9.2调 度一 、 进 程 的 概 念 ： 操 作 系 统 除 了 负 责 管 理 用 户 程序 的 执 行 外 ， 也 需 要 处 理 各 种 系 统 任 务 。 在 操作 系 统 中 ， 通 常 使 用 进 程 (process)这 一 概 念描 述 程 序 的 动 态 执 行 过 程 。l 程 序 是 静 态 实 体 ；l 进 程 是 动 态 实 体 ， 是 执 行 中 的 程 序 。 进 程 不 仅 仅 包含 程 序 代 码 ， 也 包 含 了 当 前 的 状 态 （ 这 由 程 序 计 数器 和 处 理 机 中 的 相 关 寄 存 器 表 示 ） 和 资 源 。 因 此 ，如 果 两 个 用 户 用 同 样 一 段 代 码 分 别 执 行 相 同 功 能 的程 序 ， 那 么 其 中 的 每 一 个 都 是 一 个 独 立 的 进 程 。 虽然 其 代 码 是 相 同 的 ， 但 是 数 据 却 未 必 相 同 。 9.2调 度二 、 进 程 的 状 态 ： 进 程 在 不 同 阶 段 会 处 于 不 同 状 态 。 进 程 的 状 态 会 随着 进 程 当 前 进 行 的 活 动 而 改 变 。l 创 建 进 程 ： 正 在 被 创 建 ， 并 未 准 备 好 运 行 。l 就 绪 进 程 ： 已 经 准 备 好 运 行 ， 并 正 等 待 分 配 处 理 器 时 间 。l 运 行 进 程 ： 正 占 用 处 理 机 执 行 。l 阻 塞 进 程 ： 由 于 等 待 I/O操 作 完 成 或 某 些 事 件 出 现 而 被 系统 挂 起 。l 终 止 进 程 ： 完 成 操 作 结 束 运 行 。在 不 同 的 系 统 中 ， 进 程 的 状 态 种 类 和 名 称 不 尽 相 同 。系 统 中 可 能 有 多 个 进 程 处 于 创 建 、 就 绪 、 阻 塞 和 终 止 等 状态 ， 但 是 处 理 机 在 任 意 时 刻 只 能 运 行 一 个 进 程 。 9.2调 度l 进 程 控 制 块 ： 为 了 管 理 和 控 制 进 程 ， 操 作 系 统 必 须 保 存 与每 个 进 程 有 关 的 状 态 等 信 息 。 为 此 ， 操 作 系 统 为 每 个 进 程设 置 一 个 进 程 控 制 块 PCB（ Process Control Block） 。PCB中 记 录 了 操 作 系 统 所 需 要 的 用 于 描 述 进 程 情 况 及 控 制进 程 运 行 所 需 的 全 部 信 息 。 PCB通 常 包 含 以 下 信 息 ：(1)进 程 标 识 符 用 于 唯 一 标 识 当 前 进 程 ；(2)状 态 记 录 进 程 当 前 状 态 ； (3)程 序 计 数 器 将 要 执 行 的 下 一 条 指 令 的 地 址 ；(4)进 程 上 下 文 进 程 执 行 时 CPU内 部 寄 存 器 的 取 值 ， 是 进 程 执 行 的 现 场数 据 ；(5)存 储 管 理 信 息 指 明 进 程 占 用 的 内 存 空 间 的 范 围 ；(6)I/O状 态 信 息 例 如 打 开 的 文 件 、 未 完 成 的 I/O请 求 、 占 用 的 I/O设 备 等 。 9.2调 度进 程 调 度 是 操 作 系 统 必 备 的 功 能 。 通 常 将 进 程 调 度 分为 抢 占 式 和 非 抢 占 式 两 种 模 式 。 (1)非 抢 占 模 式 ： 非 抢 占 模 式 是 指 一 旦 将 处 理 机 时 间 分 配 给某 个 进 程 后 ， 便 让 该 进 程 一 直 运 行 ， 直 到 该 进 程 因 运 行 完毕 或 因 发 生 某 事 件 而 被 阻 塞 ， 才 把 处 理 机 时 间 重 新 分 配 给其 它 进 程 。 否 则 ， 不 允 许 其 他 进 程 抢 占 已 经 分 配 出 去 的 处理 机 时 间 。 “ 先 来 先 服 务 ” 策 略 就 是 一 种 非 抢 占 调 度 模 式 ，先 进 入 就 绪 队 列 的 进 程 首 先 运 行 ， 直 到 运 行 结 束 或 被 阻 塞为 止 。 这 种 调 度 模 式 的 优 点 是 实 现 简 单 、 系 统 开 销 小 ， 但无 法 满 足 实 时 系 统 对 紧 急 事 件 处 理 的 时 间 要 求 。 (2)抢 占 模 式 ： 在 抢 占 调 度 模 式 中 ， 允 许 进 程 调 度 程 序 根 据某 种 策 略 ， 暂 停 某 个 正 在 运 行 的 进 程 ， 将 处 理 机 时 间 重 新分 配 给 另 一 个 进 程 。 9.2调 度常 用 的 抢 占 策 略 有 ：l 时 间 片 策 略 处 理 机 时 间 被 分 割 为 等 长 的 时 间 单 位 ， 称 为 时 间 片 。每 个 进 程 被 分 配 一 个 时 间 片 运 行 ， 当 该 时 间 片 超 时 时 ， 由 操 作 系统 重 新 进 行 进 程 调 度 ， 将 处 理 机 时 间 交 给 另 一 个 就 绪 进 程 。 这 种策 略 适 用 于 分 时 系 统 和 要 求 较 高 的 批 处 理 系 统 。l 优 先 权 策 略 操 作 系 统 为 某 些 重 要 或 紧 急 的 进 程 指 定 较 高 的 优 先 级 。当 这 种 进 程 就 绪 时 ， 如 果 其 优 先 级 比 正 在 运 行 的 进 程 的 优 先 级 高 ，便 暂 停 正 在 运 行 的 进 程 ， 将 处 理 机 时 间 分 配 给 优 先 级 高 的 进 程 。l 短 进 程 优 先 策 略 当 就 绪 队 列 中 的 某 个 进 程 比 正 在 运 行 的 进 程 的 运行 时 间 明 显 地 短 时 ， 操 作 系 统 将 剥 夺 长 进 程 的 执 行 ， 将 处 理 机 分配 给 短 进 程 ， 使 之 优 先 运 行 。 该 调 度 策 略 能 有 效 地 降 低 进 程 的 平均 等 待 时 间 ， 提 高 系 统 的 吞 吐 量 。 9.2调 度调 度 的 层 次l 高 级 调 度 :是 指 按 一 定 原 则 把 辅 存 上 处 于 后 备队 列 中 的 作 业 调 入 内 存 ， 并 为 它 们 创 建 进 程 、分 配 必 要 的 资 源 ， 再 将 新 创 建 的 进 程 排 在 就 绪队 列 上 准 备 执 行 。 高 级 调 度 决 定 哪 些 作 业 可 以进 入 系 统 竞 争 系 统 资 源 。 9.2调 度l 操 作 系 统 在 进 行 高 级 调 度 时 必 须 考 虑 两 个 因 素 ： (1)接 纳 多 少 个 作 业 系 统 允 许 有 多 少 个 作 业 同 时 在 内 存 中 运 行 用 多 道程 序 度 表 征 。 内 存 中 同 时 运 行 的 作 业 太 多 可 能 会 影 响 到 系 统 的 服务 质 量 ， 同 时 运 行 的 作 业 太 少 又 会 导 致 系 统 资 源 利 用 率 和 系 统 吞吐 量 太 低 。 因 此 ， 多 道 程 序 度 的 确 定 应 根 据 系 统 的 规 模 和 运 行 速度 等 做 适 当 折 衷 。 (2)接 纳 哪 些 作 业 操 作 系 统 根 据 所 采 用 的 调 度 算 法 决 定 哪 些 作 业 从 辅存 调 入 内 存 。 例 如 ， 先 来 先 服 务 调 度 算 法 将 最 早 进 入 辅 存 的 作 业最 先 调 入 内 存 ； 短 作 业 优 先 调 度 算 法 将 辅 存 上 最 短 的 作 业 最 先 调入 内 存 ； 而 基 于 作 业 优 先 权 的 调 度 算 法 则 需 根 据 作 业 的 重 要 程 度与 轻 重 缓 急 选 择 调 入 内 存 的 作 业 。 l 高 级 调 度 在 较 大 的 粒 度 上 决 定 对 处 理 机 时 间 的 使 用 权 分 配 ， 故 又称 作 业 调 度 、 收 容 调 度 或 长 程 调 度 。 9.2调 度l 低 级 调 度 即 进 程 调 度 ， 决 定 当 存 在 多 个 就 绪 进程 时 ， 哪 一 个 就 绪 进 程 将 分 配 到 中 央 处 理 机 的运 行 时 间 ， 并 且 把 中 央 处 理 机 实 际 分 配 给 这 个进 程 。 l 低 级 调 度 在 较 小 的 粒 度 上 决 定 对 处 理 机 时 间 的使 用 权 分 配 ， 又 称 为 短 程 调 度 。 低 级 调 度 执 行非 常 频 繁 ， 进 程 调 度 程 序 每 秒 钟 可 执 行 多 次 进程 调 度 ， 故 进 程 调 度 程 序 必 须 常 驻 内 存 。 9.2调 度 中 级 调 度 的 目 的 是 为 了 提 高 内 存 的 利 用 率和 系 统 吞 吐 量 。 为 了 让 那 些 因 为 某 些 原 因 暂 时不 能 运 行 的 进 程 不 再 占 用 宝 贵 的 内 存 资 源 ， 操作 系 统 通 过 中 级 调 度 将 这 些 进 程 调 出 至 辅 存 等待 。 当 这 些 处 于 挂 起 状 态 的 进 程 再 次 准 备 好 运行 ， 且 内 存 又 出 现 空 闲 空 间 时 ， 由 中 级 调 度 决定 将 辅 存 上 的 哪 些 处 于 就 绪 驻 外 存 状 态 的 进 程重 新 调 入 内 存 。 被 调 入 的 进 程 将 转 换 为 就 绪 状态 挂 在 就 绪 队 列 上 ， 等 待 进 程 调 度 。 9.2调 度l 处 理 机 调 度 的 实 现 :为 了 调 度 的 方 便 ， 操 作 系统 会 建 立 并 维 护 若 干 个 进 程 队 列 。 每 个 队 列 均用 于 维 护 一 个 等 待 某 些 资 源 的 进 程 的 列 表 。 l 在 批 处 理 系 统 中 ， 作 业 进 入 系 统 后 ， 先 驻 留 在辅 存 的 后 备 队 列 中 ， 作 业 调 度 从 辅 存 的 后 备 队列 中 选 择 作 业 调 入 内 存 ， 并 为 之 创 建 进 程 ， 然后 送 入 内 存 就 绪 队 列 ， 并 等 待 进 程 调 度 。 交 互型 作 业 则 直 接 进 入 内 存 就 绪 队 列 。 9.2调 度l 三 级 处 理 机 调 度 队 列 模 型 9.2调 度 l 进 程 调 度 根 据 某 种 调 度 算 法 从 就 绪 队 列 中 选 择 一 个 进程 运 行 。 每 个 进 程 运 行 时 都 可 能 在 分 配 给 其 运 行 的 时间 出 现 以 下 三 种 情 况 ： (1)该 进 程 在 分 配 给 其 运 行 的 时 间 内 运 行 完 成 ， 该 进 程释 放 处 理 机 后 转 入 完 成 状 态 ； (2)该 进 程 在 运 行 期 间 因 等 待 某 些 事 件 （ 如 等 待 某 些 资源 可 用 或 等 待 某 些 I/O操 作 完 成 ） 而 无 法 继 续 运 行 ，操 作 系 统 将 该 进 程 送 入 内 存 阻 塞 队 列 ； (3)该 进 程 在 分 配 给 其 运 行 的 时 间 超 时 时 尚 未 运 行 完 成 ，操 作 系 统 将 暂 停 该 进 程 运 行 ,并 将 该 进 程 重 新 排 入 内存 就 绪 队 列 。 9.2调 度l 一 旦 进 程 等 待 的 事 件 发 生 ， 操 作 系 统 进 程 调 度 程 序 可以 将 其 从 内 存 阻 塞 队 列 重 新 挂 入 内 存 就 绪 队 列 。 而 内存 就 绪 队 列 中 的 进 程 可 以 被 重 新 调 度 到 运 行 状 态 。 l 在 某 个 进 程 运 行 过 程 中 ， 某 些 事 件 会 使 进 程 暂 停 执 行而 转 入 操 作 系 统 的 进 程 调 度 程 序 执 行 。 其 一 是 该 进 程调 用 系 统 服 务 程 序 ， 例 如 请 求 系 统 进 行 I/O服 务 操 作 ；其 二 是 该 进 程 引 发 中 断 ， 无 论 是 硬 件 引 发 的 输 入 /输出 中 断 、 软 件 错 误 引 发 的 系 统 异 常 ， 还 是 系 统 定 时 器超 时 中 断 ； 其 三 是 某 些 和 该 进 程 无 关 但 影 响 系 统 状 态的 事 件 需 要 操 作 系 统 处 理 。 9.3存 储 管 理 l 存 储 管 理 主 要 解 决 存 储 器 的 分 配 与 回 收 ， 存 储器 地 址 变 换 ， 存 储 器 扩 充 ， 存 储 器 共 享 与 保 护等 问 题 。 9.3存 储 管 理 一 、 分 区 式 存 储 管 理l 早 期 的 单 用 户 、 单 任 务 的 操 作 系 统 将 内 存 空 间 简 单 地分 为 两 个 区 域 ： 系 统 区 和 用 户 区 。 操 作 系 统 使 用 系 统区 ； 应 用 程 序 则 装 入 到 用 户 区 ， 并 使 用 用 户 区 全 部 空间 。 这 种 方 式 管 理 简 单 ， 但 会 浪 费 内 存 空 间 。 l 为 了 支 持 多 个 程 序 并 发 执 行 ， 现 代 操 作 系 统 引 入 了 分区 式 存 储 管 理 。 内 存 被 分 为 若 干 个 区 域 ， 操 作 系 统 占用 其 中 一 个 分 区 ， 其 余 的 分 区 则 提 供 给 应 用 程 序 使 用 ，每 个 应 用 程 序 占 用 其 中 一 个 或 几 个 分 区 。 l 根 据 分 区 的 大 小 是 否 固 定 ， 可 以 将 分 区 式 存 储 管 理 机制 分 为 固 定 分 区 和 动 态 分 区 两 种 类 型 。 9.3存 储 管 理 二 、 交 换 技 术 和 分 页 技 术l 根 据 程 序 的 局 部 性 原 理 ， 在 一 个 较 短 的 时 间 间隔 内 ， 程 序 所 访 问 的 存 储 器 地 址 在 很 大 比 例 上集 中 在 存 储 器 地 址 空 间 的 很 小 范 围 内 。 交 换 技术 正 是 利 用 了 程 序 的 局 部 性 原 理 实 现 多 任 务 并发 环 境 中 的 存 储 管 理 。 9.3存 储 管 理l 交 换 过 程 由 换 入 和 换 出 两 个 过 程 组 成 ： 换 入 过程 将 外 存 交 换 区 的 数 据 和 程 序 代 码 换 至 内 存 ，而 换 出 过 程 将 内 存 中 的 数 据 换 到 外 存 交 换 区 中 。 9.3存 储 管 理l 操 作 系 统 将 暂 时 不 执 行 的 程 序 代 码 保 存 在 外 存 中 ， 并 将 这 些 进 程排 入 进 程 请 求 的 长 期 调 度 队 列 。 队 列 中 的 一 部 分 进 程 被 调 到 主 存中 执 行 。 当 由 于 输 入 /输 出 操 作 等 原 因 使 得 存 储 器 中 无 进 程 处 于 就绪 状 态 时 ， 操 作 系 统 将 部 分 进 程 换 出 至 外 存 ， 并 排 入 中 期 队 列 。腾 出 的 内 存 空 间 则 换 入 中 期 队 列 或 长 期 队 列 中 的 一 个 可 执 行 的 进程 。 l 交 换 技 术 的 优 点 是 增 加 了 并 发 运 行 的 进 程 数 目 。 缺 点 是 换 入 和 换出 操 作 增 加 了 处 理 机 的 时 间 开 销 ； 而 且 交 换 的 单 位 为 整 个 进 程 的地 址 空 间 ， 没 有 考 虑 程 序 执 行 过 程 中 地 址 访 问 的 统 计 特 性 。 l 交 换 技 术 和 早 期 采 用 的 覆 盖 技 术 一 样 ， 虽 然 都 是 从 逻 辑 上 利 用 外存 扩 大 主 存 空 间 ， 但 并 没 有 将 主 存 和 外 存 组 成 一 个 有 机 的 整 体 。l 分 页 技 术 引 申 出 一 种 非 常 重 要 的 存 储 管 理 策 略 虚 拟 存 储 器 (简称 虚 存 )。 在 存 储 管 理 部 件 (MMU)的 支 持 下 ， 虚 拟 存 储 器 技 术 可 以彻 底 解 决 存 储 器 的 调 度 与 管 理 问 题 。 虚 拟 存 储 器 工 作 原 理也 称 为 虚 拟 存 储 系 统 、 虚 拟 存 储 体 系 等其 概 念 由 英 国 曼 彻 斯 特 大 学 的 Kilbrn等 人 于 1961年 提 出到 70年 代 广 泛 应 用 于 大 中 型 计 算 机 系 统目 前 ， 许 多 微 型 机 也 使 用 虚 拟 存 储 器把 主 存 储 器 、 磁 盘 存 储 器 和 虚 拟 存 储 器 都 划 分 成固 定 大 小 的 页 主 存 储 器 的 页 称 为 实 页 虚 拟 存 储 器 中 的 页 称 为 虚 页 9.4虚 拟 存 储 器一 、 虚 拟 存 储 器 的 基 本 概 念1、 实 地 址 与 虚 地 址 :用 户 编 制 程 序 时 使 用 的 地 址 称 为虚 地 址 或 逻 辑 地 址 ， 其 对 应 的 存 储 空 间 称 为 虚 存 空间 或 逻 辑 地 址 空 间 ； 而 计 算 机 物 理 内 存 的 访 问 地 址则 称 为 实 地 地 或 物 理 地 址 ， 其 对 应 的 存 储 空 间 称 为物 理 存 储 空 间 或 主 存 空 间 。 程 序 进 行 虚 地 址 到 实 地址 转 换 的 过 程 称 为 程 序 的 再 定 位 。 9.4虚 拟 存 储 器2、 虚 存 的 访 问 原 理 虚 存 空 间 的 用 户 程 序 按 照 虚 地 址 编 程 并 存 放 在 辅 存 中 。 程 序运 行 时 ， 由 地 址 变 换 机 构 依 据 当 时 分 配 给 该 程 序 的 实 地 址 空 间 把程 序 的 一 部 分 调 入 实 存 。 每 次 访 存 时 ， 首 先 判 断 该 虚 地 址 所 对 应的 部 分 是 否 在 实 存 中 ： 如 果 是 ， 则 进 行 地 址 转 换 并 用 实 地 址 访 问主 存 ； 否 则 ， 按 照 某 种 算 法 将 辅 存 中 的 部 分 程 序 调 度 进 内 存 ， 再按 同 样 的 方 法 访 问 主 存 。 由 此 可 见 ， 每 个 程 序 的 虚 地 址 空 间 可 以远 大 于 实 地 址 空 间 ， 也 可 以 远 小 于 实 地 址 空 间 。 前 一 种 情 况 以 提高 存 储 容 量 为 目 的 ， 后 一 种 情 况 则 以 地 址 变 换 为 目 的 。 后 者 通 常出 现 在 多 用 户 或 多 任 务 系 统 中 ： 实 存 空 间 较 大 ， 而 单 个 任 务 并 不需 要 很 大 的 地 址 空 间 ， 较 小 的 虚 存 空 间 则 可 以 缩 短 指 令 中 地 址 字段 的 长 度 。 9.4虚 拟 存 储 器3、 cache与 虚 存 的 异 同 l 从 虚 存 的 概 念 可 以 看 出 ， 主 存 辅 存 的 访 问 机 制与 cache 主 存 的 访 问 机 制 是 类 似 的 。 这 是 由cache存 储 器 、 主 存 和 辅 存 构 成 的 三 级 存 储 体系 中 的 两 个 层 次 。 l cache和 主 存 之 间 以 及 主 存 和 辅 存 之 间 分 别 有辅 助 硬 件 和 辅 助 软 硬 件 负 责 地 址 变 换 与 管 理 ，以 便 各 级 存 储 器 能 够 组 成 有 机 的 三 级 存 储 体 系 。cache和 主 存 构 成 了 系 统 的 内 存 ， 而 主 存 和 辅存 依 靠 辅 助 软 硬 件 的 支 持 构 成 了 虚 拟 存 储 器 。 9.4虚 拟 存 储 器 在 三 级 存 储 体 系 中 ， cache 主 存 和 主 存 辅 存 这 两 个 存 储 层 次 有 许 多相 同 点 ； (1)出 发 点 相 同 二 者 都 是 为 了 提 高 存 储 系 统 的 性 能 价 格 比 而 构 造 的 分 层 存 储体 系 ， 都 力 图 使 存 储 系 统 的 性 能 接 近 高 速 存 储 器 ， 而 价 格 和 容 量 接 近 低速 存 储 器 。 (2)原 理 相 同 都 是 利 用 了 程 序 运 行 时 的 局 部 性 原 理 把 最 近 常 用 的 信 息 块 从 相对 慢 速 而 大 容 量 的 存 储 器 调 入 相 对 高 速 而 小 容 量 的 存 储 器 。 但 cache 主 存 和 主 存 辅 存 这 两 个 存 储 层 次 也 有 许 多 不 同 之 处 ： (3)侧 重 点 不 同 cache主 要 解 决 主 存 与 CPU的 速 度 差 异 问 题 ； 而 就 性 能 价 格 比的 提 高 而 言 ， 虚 存 主 要 是 解 决 存 储 容 量 问 题 ， 另 外 还 包 括 存 储 管 理 、 主存 分 配 和 存 储 保 护 等 方 面 。 (4)数 据 通 路 不 同 CPU与 cache和 主 存 之 间 均 有 直 接 访 问 通 路 ， cache不 命 中 时可 直 接 访 问 主 存 ； 而 虚 存 所 依 赖 的 辅 存 与 CPU之 间 不 存 在 直 接 的 数 据 通 路 ，当 主 存 不 命 中 时 只 能 通 过 调 页 解 决 ， CPU最 终 还 是 要 访 问 主 存 。 (5)透 明 性 不 同 cache的 管 理 完 全 由 硬 件 完 成 ， 对 系 统 程 序 员 和 应 用 程 序 员 均透 明 ； 而 虚 存 管 理 由 软 件 （ 操 作 系 统 ） 和 硬 件 共 同 完 成 ， 由 于 软 件 的 介入 ， 虚 存 对 实 现 存 储 管 理 的 系 统 程 序 员 不 透 明 ， 而 只 对 应 用 程 序 员 透 明（ 段 式 和 段 页 式 管 理 对 应 用 程 序 员 “ 半 透 明 ” ） 。 (6)未 命 中 时 的 损 失 不 同 由 于 主 存 的 存 取 时 间 是 cache的 存 取 时 间 的 5 10倍 ，而 主 存 的 存 取 速 度 通 常 比 辅 存 的 存 取 速 度 快 上 千 倍 ， 故 主 存 未 命 中 时 系统 的 性 能 损 失 要 远 大 于 cache未 命 中 时 的 损 失 。 9.4虚 拟 存 储 器4、 虚 存 机 制 要 解 决 的 关 键 问 题 (1)调 度 问 题 决 定 哪 些 程 序 和 数 据 应 被 调 入 主 存 。(2)地 址 映 射 问 题 在 访 问 主 存 时 把 虚 地 址 变 为 主 存 物 理 地 址 （ 这一 过 程 称 为 内 地 址 变 换 ） ； 在 访 问 辅 存 时 把 虚 地 址 变 成 辅 存的 物 理 地 址 （ 这 一 过 程 称 为 外 地 址 变 换 ） ， 以 便 换 页 。 此 外还 要 解 决 主 存 分 配 、 存 储 保 护 与 程 序 再 定 位 等 问 题 。 (3)替 换 问 题 决 定 哪 些 程 序 和 数 据 应 被 调 出 主 存 。(4)更 新 问 题 确 保 主 存 与 辅 存 的 一 致 性 。l 在 操 作 系 统 的 控 制 下 ， 硬 件 和 系 统 软 件 为 用 户 解 决 了上 述 问 题 ， 从 而 使 应 用 程 序 的 编 程 大 大 简 化 。 内 部 地 址 变 换 ： 多 用 户 虚 拟 地 址 Av变 换 成 主 存 实 地 址 A 多 用 户 虚 拟 地 址 中 的 页 内 偏 移 D直 接 作 为 主 存 实地 址 中 的 页 内 偏 移 d， 主 存 实 页 号 p与 它 的 页 内 偏 移 d直 接 拼 接 起 来 就得 到 主 存 实 地 址 A。Av： 用 户 号 U 虚 页 号 P 页 内 偏 移 D多 用 户 虚 拟 地 址 Av的 组 成A： 实 页 号 p 页 内 偏 移 d 主 存 地 址 A的 组 成 磁 盘 存 储 器 地 址 访 磁 盘 存 储 器 命 中未 命 中 外 部 地 址 变 换虚 页 号 磁 盘 实 地 址 外 部 地 址 变 换 U+PU P D Av 多 用 户 虚 地 址 主 存 页 面 失 效 U+P 未 命 中 选 页 命 中 内 部 地 址 变 换虚 页 号 主 存 实 页 号 主 存 页 面 表 0 页 主 存 未 满 主 存 满 1 页 X访 问 主 存 p d A 用页 面替 换 算 法 户2P-10 页 主 存 页 号 0 页 1 页 调 入 页 调 入 页 1 页 Y 被 替 换 页 I/O 处 理 机（ I/O 通 道 ） 替 换 页 用 户2 p-1 主 存 储 器 磁 盘 存 储 器 地 址 的 映 象 与 变 换三 种 地 址 空 间 ： 虚 拟 地 址 空 间 主 存 储 器 地 址 空 间 辅 存 地 址 空 间地 址 映 象 ： 把 虚 拟 地 址 空 间 映 象 到 主 存 地 址 空 间地 址 变 换 ： 在 程 序 运 行 时 ， 把 虚 地 址 变 换 成 主 存 实 地 址三 种 虚 拟 存 储 器 ： 页 式 虚 拟 存 储 器 段 式 虚 拟 存 储 器 段 页 式 虚 拟 存 储 器 9.4虚 拟 存 储 器二 、 页 式 虚 存 存 储 器1、 页 式 虚 存 地 址 映 射 页 式 虚 拟 存 储 系 统 中 ， 虚 地 址 空 间 被 分 成 等 长 大小 的 页 ， 称 为 逻 辑 页 ； 主 存 空 间 也 被 分 成 同 样 大 小 的页 ， 称 为 物 理 页 。 相 应 地 ， 虚 地 址 分 为 两 个 字 段 ： 高字 段 为 逻 辑 页 号 ， 低 字 段 为 页 内 地 址 （ 偏 移 量 ） ； 实存 地 址 也 分 两 个 字 段 ： 高 字 段 为 物 理 页 号 ， 低 字 段 为页 内 地 址 。 通 过 页 表 可 以 把 虚 地 址 （ 逻 辑 地 址 ） 转 换成 物 理 地 址 。 l 页 式 虚 拟 存 储 器 的 地 址 映 射 过 程 见 下 图 。 页 式 虚 拟 存 储 器 的 地 址 映 射 过 程 见 下 图 2. 页 式 虚 拟 存 储 器 地 址 映 象 方 法 ： 页 号 主 存 页 号0 页 012 1 页 3 页 表2 页 3 页用 户 程 序 主 存 储 器 页 式 虚 拟 存 储 器 的 地 址 映 象 地 址 变 换 方 法 ： 多 用 户 虚 地 址 Av 用 户 号 U 虚 页 号 P 页 内 偏 移 D 主 存 实 地址 实 页 号 p 页 内 偏 移 d PaPa 1 p 页 表 基 址 装 入 修 改 主 存 页 号 各 种 标 志页 表页 式 虚 拟 存 储 器 的 地 址 变 换 9.4虚 拟 存 储 器l 在 大 多 数 系 统 中 ， 每 个 进 程 对 应 一 个 页 表 。 页 表 中 对 应每 一 个 虚 存 页 面 有 一 个 表 项 ， 表 项 的 内 容 包 含 该 虚 存 页面 所 在 的 主 存 页 面 的 地 址 （ 物 理 页 号 ） ， 以 及 指 示 该 逻辑 页 是 否 已 调 入 主 存 的 有 效 位 。 地 址 变 换 时 ， 用 逻 辑 页号 作 为 页 表 内 的 偏 移 地 址 索 引 页 表 （ 将 虚 页 号 看 作 页 表数 组 下 标 ） 并 找 到 相 应 物 理 页 号 ， 用 物 理 页 号 作 为 实 存地 址 的 高 字 段 ， 再 与 虚 地 址 的 页 内 偏 移 量 拼 接 ， 就 构 成完 整 的 物 理 地 址 。 现 代 的 中 央 处 理 机 通 常 有 专 门 的 硬 件支 持 地 址 变 换 。l 每 个 进 程 所 需 的 页 数 并 不 固 定 ， 所 以 页 表 的 长 度 是 可 变的 ， 因 此 通 常 的 实 现 方 法 是 把 页 表 的 基 地 址 保 存 在 寄 存器 中 ， 而 页 表 本 身 则 放 在 主 存 中 。 由 于 虚 存 地 址 空 间 可以 很 大 ， 因 而 每 个 进 程 的 页 表 有 可 能 非 常 长 。 例 如 ， 如果 一 个 进 程 的 虚 地 址 空 间 为 2G字 节 ， 每 页 的 大 小 为 512字 节 ， 则 总 的 虚 页 数 为 2 31/29=222。 9.4虚 拟 存 储 器l 为 了 节 省 页 表 本 身 占 用 的 主 存 空 间 ， 一 些 系 统 把 页 表 存 储 在 虚 存中 ， 因 而 页 表 本 身 也 要 进 行 分 页 。 当 一 个 进 程 运 行 时 ， 其 页 表 中一 部 分 在 主 存 中 ， 另 一 部 分 则 在 辅 存 中 保 存 。 l 另 一 些 系 统 采 用 二 级 页 表 结 构 。 每 个 进 程 有 一 个 页 目 录 表 ， 其 中的 每 个 表 项 指 向 一 个 页 表 。 因 此 ， 若 页 目 录 表 的 长 度 （ 表 项 数 ）是 m,每 个 页 表 的 最 大 长 度 （ 表 项 数 ） 为 n,则 一 个 进 程 最 多 可 以 有m n个 页 。 l 在 页 表 长 度 较 大 的 系 统 中 ， 还 可 以 采 用 反 向 页 表 实 现 物 理 页 号 到逻 辑 页 号 的 反 向 映 射 。 页 表 中 对 应 每 一 个 物 理 页 号 有 一 个 表 项 ，表 项 的 内 容 包 含 该 物 理 页 所 对 应 的 逻 辑 页 号 。 访 存 时 ， 通 过 逻 辑页 号 在 反 向 页 表 中 逐 一 查 找 。 如 果 找 到 匹 配 的 页 ， 则 用 表 项 中 的物 理 页 号 取 代 逻 辑 页 号 ； 如 果 没 有 匹 配 表 项 ， 则 说 明 该 页 不 在 主存 中 。 这 种 方 式 的 优 点 是 页 表 所 占 空 间 大 大 缩 小 ， 但 代 价 是 需 要对 反 向 页 表 进 行 检 索 ， 查 表 的 时 间 很 长 。 有 些 系 统 通 过 散 列 （ 哈希 ） 表 加 以 改 进 。 9.4虚 拟 存 储 器2、 转 换 后 援 缓 冲 器l 由 于 页 表 通 常 在 主 存 中 ， 因 而 即 使 逻 辑 页 已 经在 主 存 中 ， 也 至 少 要 访 问 两 次 物 理 存 储 器 才 能实 现 一 次 访 存 ， 这 将 使 虚 拟 存 储 器 的 存 取 时 间加 倍 。 为 了 避 免 对 主 存 访 问 次 数 的 增 多 ， 可 以对 页 表 本 身 实 行 二 级 缓 存 ， 把 页 表 中 的 最 活 跃的 部 分 存 放 在 高 速 存 储 器 中 ， 组 成 快 表 。 这 个专 用 于 页 表 缓 存 的 高 速 存 储 部 件 通 常 称 为 转 换后 援 缓 冲 器 (TLB)。 保 存 在 主 存 中 的 完 整 页 表则 称 为 慢 表 。 9.4虚 拟 存 储 器l TLB的 地 址 映 射 过 程 见 图 9.4虚 拟 存 储 器l 内 页 表 和 外 页 表 页 表 是 虚 地 址 到 主 存 物 理 地 址 的 变 换 表 ，通 常 称 为 内 页 表 。 与 内 页 表 对 应 的 还 有 外 页 表 ，用 于 虚 地 址 与 辅 存 地 址 之 间 的 变 换 。 当 主 存 缺页 时 ， 调 页 操 作 首 先 要 定 位 辅 存 ， 而 外 页 表 的结 构 与 辅 存 的 寻 址 机 制 密 切 相 关 。 例 如 对 磁 盘而 言 ， 辅 存 地 址 包 括 磁 盘 机 号 、 磁 头 号 、 磁 道号 和 扇 区 号 等 。 外 部 地 址 变 换 每 个 程 序 有 一 张 外 页 表 ， 每 一 页 或 每 个 程 序 段 ，在 外 页 表 中 都 有 对 应 的 一 个 存 储 字 。 磁 盘 号 拄 面 号 磁 头 号 块 号磁 盘 存 储 器 的 地 址 格 式 多 用 户 虚 地址 用 户 号 U 虚 页 号 P 页 内 偏 移 D 磁 盘 号 拄 面 号 磁 头 号 块 号外 部 地 址 变 换 磁 盘 实 地 址（ 用 软 件 实 现 ） 1装 入位 磁 盘 实 地 址 外 页 表 主 要 优 点 ： (1)主 存 储 器 的 利 用 率 比 较 高 (2)页 表 相 对 比 较 简 单 (3)地 址 变 换 的 速 度 比 较 快 (4)对 磁 盘 的 管 理 比 较 容 易 主 要 缺 点 ： (1)程 序 的 模 块 化 性 能 不 好 (2)页 表 很 长 ， 需 要 占 用 很 大 的 存 储 空 间 例 如 ： 虚 拟 存 储 空 间 4GB， 页 大 小 1KB，则 页 表 的 容 量 为 4M字 ， 16MB。 9.4虚 拟 存 储 器三 、 段 式 虚 拟 存 储 器 和 段 页 式 虚 拟 存 储 器1、 段 式 虚 拟 存 储 器 ： 段 是 按 照 程 序 的 自 然 分 界 划 分 的 长 度 可 以 动 态改 变 的 区 域 。 通 常 ， 程 序 员 把 子 程 序 、 操 作 数 和 常 数 等 不 同 类 型的 数 据 划 分 到 不 同 的 段 中 ， 并 且 每 个 程 序 可 以 有 多 个 相 同 类 型 的段 。 在 段 式 虚 拟 存 储 系 统 中 ， 虚 地 址 由 段 号 和 段 内 地 址 （ 偏 移 量 ）组 成 。 虚 地 址 到 实 主 存 地 址 的 变 换 通 过 段 表 实 现 。
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