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3.3 存储管理3.3 存储管理一、概述一、概述1.计算机存储器分类1.计算机存储器分类(1)主存储器（内存）(1)主存储器（内存）--它能被CPU直接高速访问--它能被CPU直接高速访问(2)辅助存储器（外存）：如磁盘，U盘等(2)辅助存储器（外存）：如磁盘，U盘等--它不能被CPU直接访问，在输入输出系统管理下 ，--它不能被CPU直接访问，在输入输出系统管理下 ，外存外存与与内存内存之间可以相互传送信息之间可以相互传送信息2.内存和外存的关系2.内存和外存的关系 在外存存放在外存存放程序程序和数据，运行时，操作系统从外存 把要运行的程序和数据调入内存，形成和数据，运行时，操作系统从外存 把要运行的程序和数据调入内存，形成进程进程；；一、概述一、概述3.管理3.管理(1)存储管理(1)存储管理：操作系统管理计算机的内存：操作系统管理计算机的内存(2)文件管理(2)文件管理：操作系统管理计算机的外存：操作系统管理计算机的外存4.内存分配4.内存分配(1)系统占用区：操作系统本身要占用主存储器的一部分存储空间(2)用户区：存放用户程序和数据的空间(3)空闲区：尚未被用来存放的存储空间(1)系统占用区：操作系统本身要占用主存储器的一部分存储空间(2)用户区：存放用户程序和数据的空间(3)空闲区：尚未被用来存放的存储空间一、概述一、概述二、重定位二、重定位1.绝对地址和逻辑地址1.绝对地址和逻辑地址(1)绝对地址(1)绝对地址存储器的存储单元以字节为单位，每个存储单 元都有一个地址与其对应。

假定主存储的容量为n， 则该主储器就有n个存储单元，其地址编号为0，1,2 ，存储器的存储单元以字节为单位，每个存储单 元都有一个地址与其对应假定主存储的容量为n， 则该主储器就有n个存储单元，其地址编号为0，1,2 ，…，n-1这种主存空间的地址编号称为主存储器的绝对地 址由绝对地址地应的主存空间称，n-1这种主存空间的地址编号称为主存储器的绝对地 址由绝对地址地应的主存空间称“物理地址空间物理地址空间”2)逻辑地址（虚拟地址）(2)逻辑地址（虚拟地址）用户程序不能预先知道自己程序将放到主存储 器的什么位置，为了方便，用户程序存放在一组从用户程序不能预先知道自己程序将放到主存储 器的什么位置，为了方便，用户程序存放在一组从 “0 0”地址开始的连续空间中用户程序使用的地址称为逻辑地址，由逻辑地 址对应的存储空间称地址开始的连续空间中用户程序使用的地址称为逻辑地址，由逻辑地 址对应的存储空间称“逻辑地址空间逻辑地址空间”二、重定位二、重定位２.重定位的概念２.重定位的概念(1)当用户程序进入计算机系统执行时，操作系统 的存储管理要为其分配一个合适的主存空间2)把用户程序的逻辑地址转换成内存空间的绝对 地址，这种转换工作称为(1)当用户程序进入计算机系统执行时，操作系统 的存储管理要为其分配一个合适的主存空间。

2)把用户程序的逻辑地址转换成内存空间的绝对 地址，这种转换工作称为“重定位重定位”或或“地址映射地址映射”二、重定位二、重定位Jump kLoad mkmJump 400Load 120040012000汇编汇编/编译编译Jump 1400Load 2200140022001000程序空间内存空间程序空间内存空间装入装入3.重定位的类型3.重定位的类型(1)静态重定位(1)静态重定位在装入一个程序时，把程序的指令地址和数据 全部转换成绝对地址，在程序执行过程中其绝对地 址不再变换在装入一个程序时，把程序的指令地址和数据 全部转换成绝对地址，在程序执行过程中其绝对地 址不再变换二、重定位二、重定位(2)动态重定位(2)动态重定位当存储管理为程序分配一个主存区域后，把该主 存区域的起始地址存入基址寄存器中在程序指令执 行时，只要把逻辑地址和基址寄存器中的值相加即可 得到绝对地址当存储管理为程序分配一个主存区域后，把该主 存区域的起始地址存入基址寄存器中在程序指令执 行时，只要把逻辑地址和基址寄存器中的值相加即可 得到绝对地址二、重定位二、重定位程序执行中间时， 被移动到一个新区域后， 只要改变基址寄存器的值 ，使基址寄存器的内容变 为新区域的起始地址。

这 种定位方式在指令执行过 程中进行的，所以称为动 态重定位程序执行中间时， 被移动到一个新区域后， 只要改变基址寄存器的值 ，使基址寄存器的内容变 为新区域的起始地址这 种定位方式在指令执行过 程中进行的，所以称为动 态重定位二、重定位二、重定位静态重定位：程序在执行过程中其绝对地址不再改变动态重定位：程序在执行过程中其绝对地址可以改变静态重定位：程序在执行过程中其绝对地址不再改变动态重定位：程序在执行过程中其绝对地址可以改变MMU（Memory Manage Unit)CPUCPU<+OS驻留用户区界限 寄存器重定位 寄存器物理 地址是地址错否基址MMU(存储管理部件存储管理部件)：地址转换与存储保护：地址转换与存储保护越界中断信号如果产生越界，则产生中断，提示此条指令为非法指令如果产生越界，则产生中断，提示此条指令为非法指令DMA：DMA：实现外部设备和内存之间的数据交 换；引入DMA的硬件技术是为了解脱CPU，由DMA 来负责Ｉ/O设备与内存之间的数据传送，使CPU 与外部设备能并行工作实现外部设备和内存之间的数据交 换；引入DMA的硬件技术是为了解脱CPU，由DMA 来负责Ｉ/O设备与内存之间的数据传送，使CPU 与外部设备能并行工作。

MMU：MMU：实现逻辑地址到物理地址的转换；引 入MMU的硬件技术是为了让OS更方便地实现多道 程序技术，使多道程序能交替使用CPU，提高 CPU的利用率实现逻辑地址到物理地址的转换；引 入MMU的硬件技术是为了让OS更方便地实现多道 程序技术，使多道程序能交替使用CPU，提高 CPU的利用率DMA与MMU的区别三、连续分配存储管理方式三、连续分配存储管理方式１.单用户连续存储管理１.单用户连续存储管理用户区用户区OS驻留驻留操作系统占了一部分主存空 间，其余都分配给一个用户作业 即在任何时刻主存储器最多有 一个用户作业DOS采用这种方式操作系统占了一部分主存空 间，其余都分配给一个用户作业 即在任何时刻主存储器最多有 一个用户作业DOS采用这种方式２.固定分区存储管理２.固定分区存储管理操作系统把主存中可分配的用户区 预先划分成若干个连续分区，每个分区 的大小可以相同，也可以不同分好后，每个分区的大小就固定不 变，每个分区可以放入一个作业，多个 作业可放在不同的分区中不允许多个 作业同时存放在同一个分区中操作系统把主存中可分配的用户区 预先划分成若干个连续分区，每个分区 的大小可以相同，也可以不同。

分好后，每个分区的大小就固定不 变，每个分区可以放入一个作业，多个 作业可放在不同的分区中不允许多个 作业同时存放在同一个分区中缺点：如某个作业需要1.5M的内存 空间，则操作系统提示内存空间不够， 此作业无法运行缺点：如某个作业需要1.5M的内存 空间，则操作系统提示内存空间不够， 此作业无法运行OS 256KOS 256K 64K64K128K128K256K256K512K512K1M1M3.可变分区存储管理3.可变分区存储管理1．操作系统初始启动时，主存中除操作系统区外， 整个用户区是一个大的空闲区2．有作业装入内存时，操作系系统从空闲区划出一 个与作业长度一致的分区来装入作业剩余部分仍为空 闲区1．操作系统初始启动时，主存中除操作系统区外， 整个用户区是一个大的空闲区2．有作业装入内存时，操作系系统从空闲区划出一 个与作业长度一致的分区来装入作业剩余部分仍为空 闲区由于分区的大小是按照作业的实际需求量来定 的，因此能克服固定分区方式分区空间不能被充分 利用的缺陷由于分区的大小是按照作业的实际需求量来定 的，因此能克服固定分区方式分区空间不能被充分 利用的缺陷装入主存的作业执行结束后，它所占的分区收 回成为一个空闲区，随着作业不断被装入和作业执 行结束的撤离，会出现空闲区相间的情况。

装入主存的作业执行结束后，它所占的分区收 回成为一个空闲区，随着作业不断被装入和作业执 行结束的撤离，会出现空闲区相间的情况移动技术移动技术由于可变分区是采用动态重定位的 地址转换，因而操作系统可根据需要改 变主存中作业的存放位置由于可变分区是采用动态重定位的 地址转换，因而操作系统可根据需要改 变主存中作业的存放位置移动能使各个分散的空闲区连成一 片形成一个大的空闲区，使主存空间充 分被利用另外，一道作业在执行时要 增加主存量时，只需适当移动邻近的作 业就可增加它所占的连续区长度使各个分散的空闲区连成一 片形成一个大的空闲区，使主存空间充 分被利用另外，一道作业在执行时要 增加主存量时，只需适当移动邻近的作 业就可增加它所占的连续区长度3.可变分区存储管理3.可变分区存储管理移动时应注意的问题移动时应注意的问题(1）移动会增加系统的开销增加操作系统占用CPU的时间，使系统开销增大2）移动是有条件的移动一道作业时，应先判定它有没有在与外围 设备交换信息，若没有，则可以移动此作业，若有， 则不能移动此作业1）移动会增加系统的开销增加操作系统占用CPU的时间，使系统开销增大2）移动是有条件的移动一道作业时，应先判定它有没有在与外围 设备交换信息，若没有，则可以移动此作业，若有， 则不能移动此作业。

3.可变分区存储管理3.可变分区存储管理当主存中无足够大的空闲区来装入作业时， 可采用以下措施：当主存中无足够大的空闲区来装入作业时， 可采用以下措施：（1）采用移动技术，使分散的空闲区连成一片 形成大的空闲区，从而使作业装入2）把逻辑上连续的作业分散存储到几个不连续 的空闲区中，减少移动所花费的开销页式管理）（1）采用移动技术，使分散的空闲区连成一片 形成大的空闲区，从而使作业装入2）把逻辑上连续的作业分散存储到几个不连续 的空闲区中，减少移动所花费的开销页式管理）3.可变分区存储管理3.可变分区存储管理四、页式存储管理四、页式存储管理1.基本原理1.基本原理(1)把主存分成大小相等的许多区，每个区称为一块；(1)把主存分成大小相等的许多区，每个区称为一块；(2)程序也分成大小相等的几个区，每个区称为一页；(3)页的大小与块的大小相等2)程序也分成大小相等的几个区，每个区称为一页；(3)页的大小与块的大小相等程序如何划分成大小相等的一页页？程序如何划分成大小相等的一页页？设程序的逻辑地址为16位，以高6位为页号，以 低10位为页的相对地址设程序的逻辑地址为16位，以高6位为页号，以 低10位为页的相对地址。

1页有：21页有：210 10 =1024 (字节) =1024 (字节) 逻辑地址逻辑地址：逻辑地址逻辑地址：0－10230－1023页号为页号为0 0，，相对地址为相对地址为：：0－10231024－20470－10231024－2047 页号为页号为1 1，，相对地址为相对地址为：：0－10230－1023………逻辑地址是顺序连续的，被自然分成在一页页了逻辑地址是顺序连续的，被自然分成在一页页了在进行存储器分配时，以块为单位进行分配.一个 作业有多少页，它装入主存时就给它分配多少块，分配 给作业的主存块可以是不连续的在进行存储器分配时，以块为单位进行分配.一个 作业有多少页，它装入主存时就给它分配多少块，分配 给作业的主存块可以是不连续的作业执行时根据逻辑地址中的页号找到它所在的主存 块号，再确定当前指令应访问的主存储器的绝对地址作业执行时根据逻辑地址中的页号找到它所在的主存 块号，再确定当前指令应访问的主存储器的绝对地址1)页表:指出逻辑地址中页号与主存中块号的对应关系(1)页表:指出逻辑地址中页号与主存中块号的对应关系四、页式存储管理四、页式存储管理注意：页号和块号均从“０。