第5章 存储器管理

第5章 存储器管理

存储器OS

外存

内存

本章要点 存储管理的任务 内存划分与分配技术 程序装入技术 简单的存储管理技术 虚拟存储管理技术

概述 存储体系 -存储器一般分为: 内存储器(简称“内存”) 辅助存储器(简称“外存”) -内存可以分: 系统区。用来存储操作系统等系统软件 用户区。用于分配给用户作业使用

概述 存储管理的目的 从用户角度 为用户提供方便、安全和充分大的存储空间。 从系统角度(补充) 地址保护和地址独立。

存储管理 目的：保障多用户安全、高效地共享空间。 将用户程序所用的地址空间转换为主存储 器中的实际地址空间，将用户程序的操作 地址变换为存储器上的具体位置，为存储 空间提供安全和共享的手段，为用户程序 实现虚拟存储空间等。

概述1.地址保护。由于多道程序同时存放在内存中，OS要 保证它们互不干扰，即，一个进程不能随便访问另 一进程的地址空间。 2.地址独立。从内存读取操作数就要给出操作数所在 的内存地址，该地址不能是物理主存地址，因为该 程序在何种硬件配置的机器上运行不能事先确定。 因此，指令中的地址是程序空间(虚拟空间)的程 序地址(虚拟地址),即程序发出的地址与具体机 器的物理主存地址是独立的。 说明：以上两个目标就是衡量一个内存管理系统是 否完善的标准。它是所有内存管理系统必须提供的 基本抽象。

存储管理的任务

存储分配 基本任务:管理内存空间的分配与回收。 (1)分配基本内存空间。 (2)增加新的内存空间——动态申请或释放 内存空间。 (3)回收内存空间。

用于内存管理的数据结构 如位示图、空闲页框表等。 记载哪些内存被分配了哪个进程，哪些内 存空间是空闲的等信息。 若系统采用虚拟存储管理技术，还需要登 记进程的程序和数据中，哪些部分在内存， 哪些部分尚在外存等信息。 这些数据结构自身需要占用一定的内存空 间，也需要系统花费额外的时间进行维护。

存储分配步骤 首先，根据系统的内存分配算法，在空闲 的内存分区中寻找到一块满足进程需要的 内存空间，将其分配给进程。 然后，更新进程的资源分配清单、内存分 配情况清单等数据结构。

内存的回收 更新相应的数据结构，将回收的内存空间 标识为“空闲可用”就行了。 ?该内存空间是否可以被回收。 ?被其他进程共享 ?属于相应的进程 ?与相临的空闲空间进行合并

地址映射 逻辑地址，或相对地址：一般从0开始编址。 物理地

址，或绝对地址：标识内存中的每个存 储单元。

进程执行时的寻址

?逻辑地址 高级语言或汇编语言使用符号地址：变量 名或标号。 源程序经过编译、链接以后，其中的符号 地址就会变成数字式的逻辑地址。 编译/链接程序会自动计算每一个变量或标 号所对应的逻辑地址是多少。

静态映射：静态重定位 地址映射：程序装入内存以后，由操作系 统将逻辑地址改为逻辑地址加上起始地址， 得到实际的物理地址。 重定位(Relocation):对目标程序中的指令 和数据地址进行修改的过程。 静态映射实现简单。地址变换只在程序装 入时一次完成，程序运行时不再改变。 但不适合多道程序系统；不允许系统执行 内存的碎片整理；无法实现虚拟存储。

动态映射：动态重定位 操作系统将程序装入内存以后，并不立即 把目标程序中的逻辑地址转换为物理地址， 而是在处理机执行每一条指令时进行地址 转换。 复杂且费时。 为了系统效率，处理机设置了专门的高速 硬件，自动完成地址转换，这样的硬件被 称作地址管理部件。

CPU

程序指令 逻辑地址

地址管理部件

物理地址 地址总线

CPU中的地址管理部件工作示例图

存储保护 防止地址越界，防止操作越权。 地址越界：进程访问不属于自己的地址空 间或者说进程在运行时所产生的物理地址 超越其自身的地址空间范围。 可能侵犯其他用户进程空间，也可能侵犯 操作系统的存储空间。 操作越权：进程对共享存储区的操作违反 了系统规定的权限。

存储保护的实现 存储保护只能在进程执行过程中动态地进 行，不可能在运行前一次性静态完成。 若采用动态映射计算物理地址，可能计算 出错误地址；若采用静态映射，进程执行 过程中也可能出错，从而导致地址越界或 操作越权。 为了提高系统效率，存储保护的主要工作 必须由高速的专用硬件来完成；在地址管 理部件中。

存储共享 为了进程通信和节约内存空间，两个或多 个进程共用内存中相同的分区，即他们的 物理空间有相交的部分。 可以共享进程的代码，也可以共享进程数 据。 一般地，进程之间共享代码的目的主要是 为了节约存储空间，共享数据的目的主要 是为了实现进程间相互通信。

进程之间共享代码和数据

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