存储管理-1固定分区管理.ppt

第3章存储管理,第3章存储管理-1固定分区管理,【学习目标掌握固定分区存储管理的基本思想。掌握地址重定位的概念。掌握固定分区的优、缺点。【学习重点、难点1）地址的静态重定位和动态重定位；2）不同的存储管理方案；3）存储共享和存储保护；4）存储扩充和虚拟存储器。,第3章存储管理,存储器分为两种：内存储器和辅助存储器,内存储器可被CPU直接访问。辅助存储器与CPU之间只能够在输入输出控制系统的管理下，进行信息交换。因此内存储器是计算机系统中极为重要的资源。在操作系统中，把管理内存储器的部分称为“存储管理”。合理地使用内存，会在很大程度上影响到整个计算机系统的性能的提高。,第3章存储管理,第3章存储管理,两个重要概念：,“地址重定位”：用户程序是相对地址，从0开始。不能反映真实的存储位置。必须解决地址的重定位问题。“虚拟存储”：内存的容量无法满足实际的需要，必须打破“程序只有全部在内存，才能得以运行”的限制。为此，需要通过“虚拟存储”这一技术手段。,第3章存储管理,3.1固定分区存储管理,3.1.1地址重定位内存储器由存储单元组成。一个存储单元可存放若干个二进制的位bit，8个二进制位被称作一个字节（Byte)。内存中的存储单元按一定顺序进行编号，每个单元所对应的编号，称为该单元的单元地址。一个单元的单元地址具有唯一性，存储在单元里的内容则是可以改变的。在操作系统中，常把单元地址称为内存储器的“绝对地址”或“物理地址”。,第3章存储管理,目标程序是相对于“0”编址的。,同一个应用问题的多个目标程序连同系统库函数等一起，经过链接装配，产生一个相对于“0”编址的、更大的地址空间。这个地址空间被称为是用户程序的“相对地址空间”，或“逻辑地址空间”，被称为“相对地址”或“逻辑地址”。这样的程序不能直接投入运行。,第3章存储管理,举例：假定用户程序A的相对地址空间为03KB，在该程序中地址为3000的地方，有一条调用子程序（其人口地址为100）的指令：“call100”，如图3l（a）所示。,第3章存储管理,在操作系统中，把用户程序指令中的相对地址变换成为所在绝对地址空间中的绝对地址的过程，称为“地址重定位”。即把指令“call100”中的100变换成20580，就是地址重定位，如图31（C）所示。,第3章存储管理,3.1.2地址的静态重定位,如果在程序运行之前，就为用户程序实行了地址重定位的工作，那么称这种地址重定位为地址的“静态重定位”。一般地，静态重定位工作是由操作系统中的重定位装入程序来完成的。,第3章存储管理,静态重定位有如下5个特点：,1）静态重定位是在程序运行之前完成地址重定位工作的：2）静态重定位由软件实现，无须硬件提供支持：3）实行静态重定位时，地址重定位工作是在程序装入时被一次集中完成的；4）绝对地址空间里的目标程序与原相对地址空间里的目标程序面目已不相同，因为前者进行了地址调整；5）实施静态重定位后，若用户程序在内存中做了移动，那么程序指令中的地址就不再反映所在的存储位置了，除非重新进行地址重定位。,第3章存储管理,3.1.3单一连续分区存储管理,早期计算机而言，每次只有一个用户使用计算机，其存储管理都采用单一连续分区的分配策略。单一连续分区分配策略的基本思想：把内存储器分为两个分区。一个分区固定分配给操作系统使用；另一个分配给用户使用，称为“用户区”。如图32（a）所示。,第3章存储管理,单一连续分区存储管理的特点：,1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用。2）内存用户区又被分为“使用区”和“空闲区”两部分。见图32（b）。在操作系统中，把分配给了用户、但又未使用的区域称为“内部碎片”。内部碎片的存在是对内存资源的一种浪费。3）由于任何时刻内存储器的用户区中只有一个作业运行，因此这种系统只适用于单用户（或单道）的情况。4）进入内存的作业，独享系统中的所有资源。5）作业程序进入用户区后，没有移动的必要。存储分配策略对用户程序实行静态重定位。,第3章存储管理,6）实行静态重定位，同样要考虑如何阻止对操作系统的侵扰，这就是所谓的“存储保护”问题。在CPU中设置一个用于存储保护的专用寄存器“界限寄存器”，如图3-2(C)所示。,第3章存储管理,单一连续分区存储管理有如下缺点：,1）由于每次只能有一个作业进入内存，故不适用于多道程序设计，系统的工作效率不高，资源利用率低下。2）内存资源浪费。3）若用户作业的相对地址空间比用户区大，那么该作业就无法运行。即大作业无法在小内存上运行。,第3章存储管理,早期计算机在一定的条件下，可以采用所谓的“覆盖”技术，使得大作业在小内存上得以运行。,第3章存储管理,所谓“覆盖”，是早期为程序设计人员提供的一种扩充内存的技术，其中心思想是允许一个作业一的若干个程序段使用同一个存储区，被共用的存储区被称为“覆盖区”。不过，这种技术并不能彻底解决大作业与小内存的矛盾。为了让单一连续分区存储管理能具有“多道”的效果，在一定条件下，可以采用所谓的“对换”技术来实现。,第3章存储管理,“对换”的中心思想：,从宏观上看，系统中同时就有几个作业处在运行之中。单一连续分区存储管理实行的是静态重定位，所以，“换出”的作业程序再被“换入”时，仍应该装到与它“换出”前相同的存储区中去，以保证能够正确地继续运行。,第3章存储管理,314固定分区存储管理,所谓“固定分区”的存储管理：即是指预先把内存储器中可供分配的用户区划分成若干个连续的分区，每个分区的尺寸可以相同，也可以不同。划分后，内存储器中分区的个数以及每个分区的尺寸保持不变。每个分区中只允许装入一个作业运行。,第3章存储管理,1对作业的组织,一般地，固定分区存储管理总是把内存用户区划分成几个大小不等的连续分区。由于分区尺寸在划分后保持不变，因此系统可以为每一个分区设置一个后备作业队列，形成多队列的管理方式。,第3章存储管理,一个作业到达时，总是进入到“能容纳该作业的最小分区”的那个后备作业队列中去排队。,作业A、B、C排在第1分区的队列上，说明它们对内存的需求都不超过8KB；,作业D排在第2分区的队列上，表明它对内存的需求大于8KB小于32KB；,作业E和F排在第4分区的队列上，表明它们对内存的需求大于64KB小于132KB。,缺点：可能会产生有的分区队列忙碌、有的分区队列闲置的情形。,第3章存储管理,作业A、B、C都在等待着进入第1分区。按原则，它们不能进入目前空闲的第3分区，虽然第3分区的大小完全能够容纳下它们。,作为一种改进，可以采用多个分区只设置一个后备作业队列的办法。当某个分区空闲时，统一都到这一个队列里去挑选作业，装入运行。,第3章存储管理,2分区的分配与释放,如果采用的是多个队列的管理方式，那么任何一个分区空闲时，只要关于它的队列非空，那么就把该分区分配给队列的第一个作业使用；一旦作业运行完毕，就收回该分区，进行下一次分配。分区的分配和释放很容易完成。,第3章存储管理,如果采用的是一个队列的管理方式，那么在任何一个分区被释放时，就要根据某种方案从该队列中挑选出一个作业装入运行。可以有如下的几种挑选方案：,1）在队列中挑选出第一个可容纳的作业进入。这种方案的优点是实现简单，选择效率高。,缺点是可能会因为一个小作业的进入而浪费掉该分区的大部分存储空间，存储利用率不高。,第3章存储管理,（2）在整个队列中进行搜索，找到这个分区能够容纳的最大的那个作业，让它进入运行。这种方案的优点是由于在每个分配出去的分区中产生的内部碎片尽可能的小，因此存储空间的利用率高。,缺点：选择效率低下，且对小作业明显表示歧视。,第3章存储管理,3）在系统中至少保留一个小的分区，以避免因运行小作业而被迫分配大分区的情形发生。,为了具体管理内存中的各个分区，操作系统的做法是设置一张名为“分区分配表”的表格，用它记录各分区的信息以及当前的使用情况。表3l即为一种分区配表。,当某分区的使用标志为“0”时，表示该分区当前是空闲的，可以分配；,第3章存储管理,当需要把一个作业装入内存时，按照分区号扫视分区分配表，找到使用标志为“0”的分区，随后把要装入内存的作业尺寸与该分区的长度进行比较。,若能够容纳该作业，并符合所采取的分配策略，那么就把它分配给这个作业，同时修改分区分配表中该分区表目的使用标志为非0（即把该作业的名字填入），完成分区分配；当一个作业运行结束时，只需根据作业名，在分区分配表里找到它所使用的表目，然后将该表目的使用标志改为“0”，从而完成该分区的释放工作。,第3章存储管理,3地址重定位与存储保护,固定分区管理，每个分区只允许装入一个作业，作业在运行期间不移动位置，因此，系统对进程实行静态重定位。具体地，当决定将某一个分区分配给一个作业时，重定位装入程序就把该作业程序指令中的相对地址与该分区的起始地址相加，得到相应的绝对地址，完成对指令地址的重定位以及对程序的装入。,第3章存储管理,在固定分区存储管理中，不仅要防止用户程序对操作系统形成的侵扰，也要防止用户程序之间形成的侵扰。因此必须在CPU中设置一对专用的寄存器，用于存储保护，如图36所示。,当某个作业进程运行时，就把该作业分区的低边界地址装入低界限寄存器，把高边界地址装入高界限寄存器。作业运行时，硬件会自动检测指令中的地址，如果超出a或b，那么就产生出错中断，从而限定作业工只在自己的区域里运行。,第3章存储管理,固定分区存储管理的特点如下：,1）它是最简单的、具有“多道”色彩的存储管理方案。对比单一连续分区，它提高了内存资源的利用率。另外，由于多道，几个作业共亭系统内的其他资源，因此也提高了其他资源的利用率。2）当把一个分区分配给某个作业时，该作业的程序将一次性地全部被装入到分配给它的连续分区里。3）对进入分区的作业程序，实行的是静态重定位。在分区内的程序不能随意移动。,第3章存储管理,固定分区存储管理的缺点如下,1）进入分区的作业尺寸，不见得与分区的大小相吻合，势必产生内部碎片，引起内存资源的浪费。2）如果到达作业的尺寸比任何一个分区的长度都大，那么它就无法得到运行。,第3章存储管理,作业：【习题】,教材P79：一、二、三、四、,