操作系统 教学课件 作者 宗大华 宗涛 第三章.ppt

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1、第3章存储管理计算机系统中的存储器可以分为两种：内存储器和辅助存储器。前者可被CPU直接访问，后者不能。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。既然内存储器可被CPU直接访问，因此它是计算机系统中的一种极为重要的资源。在操作系统中，把管理内存储器的部分称为“存储管理”。能否合理地使用内存，会在很大程度上影响到整个计算机系统的性能。退出本章将要介绍两个重要概念。一个是“地址重定位”。在多道程序设计环境下，用户无法事先约定各自占用内存的哪个区域，也不知道自己的程序会放在内存的什么位置，但程序地址如果不反映其真实的存储位置，就不可能得到正确的执行

2、。所以在存储管理中，必须解决地址的重定位问题。二是“虚拟存储”。曾经有人说过：“存储器有多大，程序就会有多大”。因此，在计算机系统中，虽然内存的容量随着硬件的发展得到了很大的扩充，但仍然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，通过“虚拟存储”这一技术手段，可以达到不用真正扩充内存而“扩充”内存的目的。本章着重讲述四个方面的内容：（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。3.1固定分区存储管理3.2可变分区存储管理3.3分页式存储管理3.4虚拟存储与请求页式存储

3、管理3.1固定分区存储管理3.1.1地址重定位举例说，假定用户程序A的相对地址空间为0~3KB(0~3071)，在该程序中地址为3000的地方，有一条调用子程序（其入口地址为100）的指令：“call100”，如图3-1(a)所示。很清楚，用户程序指令中出现的都是相对地址，即都是相对于“0”的地址。若当前操作系统在内存储器占用0~20KB的存储区。这时，如果把程序A装入到内存储器中20KB往下的存储区域中，那么，它这时占据的是内存储器中20KB~23KB的区域。这个区域就是它的绝对地址空间。现在它还不能正确运行，因为在执行到位于绝对地址23480（20KB+3000）处

4、的“call100”指令时，它会到绝对地址100处去调用所需的子程序，但这个地址却在操作系统里面，如图3-1(b)所示。之所以出错是因为call后面所跟随的子程序入口地址现在应该是20580，而不应该保持原来的100。这表明，当把一个程序装入内存后，如果不将其指令中的地址进行调整，以反映当前所在的存储位置，那么执行时势必会引起混乱。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”。也就是说，把指令“call100”中的100变换成20580，就是地址重定位，如图3-1(c)所示。地址重定位与用户程序占用的绝对地址空间

5、的起始地址有关。在图3-1(c)中，由于是把程序A装入到（20KB~23KB）绝对地址空间里，因此call指令中相对地址100所对应的绝对地址是20KB+100=20580。如果把程序A装入到（22KB~25KB）的绝对地址空间里，那么call指令中相对地址100所对应的绝对地址就应该是22KB+100=22628了。如图3-1(d)所示。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。用户把自己的作业链接装配成一个相对于“0”编址

6、的目标程序，它就是重定位装入程序的输入，即加工对象。重定位装入程序根据当前内存的分配情况，按照分配区域的起始地址逐一调整目标程序指令中的地址部分。于是，目标程序在经过重定位装入程序加工之后，不仅进入到分配给自己的绝对地址空间中，而且程序指令里的地址部分全部进行了修正，反映出了自己正确的存储位置，从而保证程序的正确运行。3.1.3单一连续分区存储管理就早期计算机或个人微机而言，每次只有一个用户使用计算机，无从提及多道程序设计，因此，在这些机器上运行的操作系统，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是总体上把内存储器分为两个分区。一个分区固定

7、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3-2(a)所示。可以看出，采用单一连续分区存储管理方案的系统有如下特点：（1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用，比如图3-2(a)中的a~b区域。（2）实际上，内存用户区又被分为“使用区”和“空闲区”两部分。见图3-2(b)，其中使用区为a~c，空闲区为c~b。使用区是用户作业程序真正占用的那个连续存储区域；空闲区是分配给了用户、但未被使用的区域。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