1、2022年8月3日星期三第第4 4章章 存储器管理存储器管理2022年8月3日星期三4.1 存储器管理的基本知识存储器管理的基本知识4.2 连续分配方式连续分配方式4.3 基本分页存储管理方式基本分页存储管理方式4.4 基本分段存储管理方式基本分段存储管理方式4.5 段页式存储管理方式段页式存储管理方式4.6 虚拟存储器的基本知识虚拟存储器的基本知识4.7 请求分页存储管理方式请求分页存储管理方式4.8 页面置换算法页面置换算法4.9 请求分段存储管理方式请求分段存储管理方式2022年8月3日星期三熟练掌握：熟练掌握：最佳置换和先进先出页面置换算法，理解并掌最佳置换和先进先出页面置换算法，理解
2、并掌握最近最久未使用置换算法，了解握最近最久未使用置换算法，了解ClockClock、最少使用、最少使用和页面缓冲置换算法和页面缓冲置换算法掌握：掌握：存储器管理的基本概念，分页存储管理方式和分存储器管理的基本概念，分页存储管理方式和分段存储管理方式的基本原理，虚拟存储器的基本概念，段存储管理方式的基本原理，虚拟存储器的基本概念，请求分页存储管理方式请求分页存储管理方式。了解：了解：程序装入的方式和实现链接的方法程序装入的方式和实现链接的方法,几种连续分几种连续分配方式，对换和覆盖技术，段页式存储管理技术，领配方式，对换和覆盖技术，段页式存储管理技术，领会虚拟存储器的实现方式，请求分页、请求分
3、段中的会虚拟存储器的实现方式，请求分页、请求分段中的硬件支持。硬件支持。2022年8月3日星期三4.1.1 4.1.1 存储器管理存储器管理的功能的功能 1 1内存空间的分配和回收内存空间的分配和回收 内存内存分配的主要任务是采用一定的数据结构，按照一定的算法为分配的主要任务是采用一定的数据结构，按照一定的算法为每一道程序分配内存空间，并记录内存空间的使用情况和作业的分配每一道程序分配内存空间，并记录内存空间的使用情况和作业的分配情况。当程序运行结束后，其所占用的内存空间必须归还给操作系统，情况。当程序运行结束后，其所占用的内存空间必须归还给操作系统，即回收内存空间。即回收内存空间。2 2地址
4、转换地址转换 所谓所谓地址转换是指将用户程序的逻辑地址转换为运行时能由机器地址转换是指将用户程序的逻辑地址转换为运行时能由机器直接寻址的物理地址的过程，也称为地址映射（即程序装入）。直接寻址的物理地址的过程，也称为地址映射（即程序装入）。4.1 4.1 存储器管理存储器管理的基本概念的基本概念 2022年8月3日星期三 3 3内存空间的共享与保护内存空间的共享与保护 在在多道程序设计的系统中，内存中允许同时装入多个作业，多道程序设计的系统中，内存中允许同时装入多个作业，这些作业在执行时可能要调用共同的程序或数据，这就是内存的这些作业在执行时可能要调用共同的程序或数据，这就是内存的共享。存储保护
5、的工作一般由硬件和软件配合实现。共享。存储保护的工作一般由硬件和软件配合实现。4 4内存空间内存空间的扩充的扩充 由于内存空间有限，有的作业太大无法调入内存运行，因此由于内存空间有限，有的作业太大无法调入内存运行，因此需要借助于覆盖、交换和虚拟存储技术，为用户提供比内存大的需要借助于覆盖、交换和虚拟存储技术，为用户提供比内存大的地址空间，使用户编写程序时不必考虑内存的实际容量，使计算地址空间，使用户编写程序时不必考虑内存的实际容量，使计算机系统似乎有一个比实际内存容量大得多的内存空间，从而保证机系统似乎有一个比实际内存容量大得多的内存空间，从而保证大作业和多通道作业的正常运行。大作业和多通道作
6、业的正常运行。2022年8月3日星期三4.1.2 4.1.2 程序程序的装入的装入将一个用户源程序变为一个可在内存中执行的程序，处理过程如下：将一个用户源程序变为一个可在内存中执行的程序，处理过程如下：（1 1）编译）编译（2 2）链接）链接（3 3）装入）装入源程序的执行过程源程序的执行过程2022年8月3日星期三 将将一个程序装入内存，可采用一个程序装入内存，可采用3 3种方式：种方式：1 1绝对装入方式绝对装入方式 由由装入程序根据装入模块中的地址将程序和数据装入内存。程序装入程序根据装入模块中的地址将程序和数据装入内存。程序中所使用的绝对地址中所使用的绝对地址 2 2可重定位装入方式可
7、重定位装入方式 又又称静态重定位装入，装入程序根据内存当前的实际使用情况，称静态重定位装入，装入程序根据内存当前的实际使用情况，将装入模块装入到内存适当的地方，地址变换在装入时一次完成。这将装入模块装入到内存适当的地方，地址变换在装入时一次完成。这种方式采用相对地址来存放程序和数据。种方式采用相对地址来存放程序和数据。3 3动态运行时装入方式动态运行时装入方式 又又称动态重定位装入，在把装入模块装入内存后，并不立即把装称动态重定位装入，在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟到程入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟到程序真
8、正要执行时才进行。序真正要执行时才进行。2022年8月3日星期三4.1.3 4.1.3 程序程序的链接的链接实现链接的方法有实现链接的方法有3 3种：种：1.1.静态链接静态链接静态链接是指事先进行链接，以后静态链接是指事先进行链接，以后不再拆开。不再拆开。静态链接示意图静态链接示意图2022年8月3日星期三2.2.装入时动态链接装入时动态链接边装入边链接边装入边链接 其优点：其优点：（1 1）便于修改和更新。）便于修改和更新。（2 2）便于实现对目标模块的共享。）便于实现对目标模块的共享。3.3.运行时动态链接运行时动态链接 将将对某些模块的链接推迟到执行时对某些模块的链接推迟到执行时才执行
9、。才执行。2022年8月3日星期三4.2.1 4.2.1 单一单一连续分配连续分配 采用采用单一连续分配方式时，内存被分成系统区和用户区两单一连续分配方式时，内存被分成系统区和用户区两个区域：系统区仅供操作系统使用，存放操作系统常驻内存的个区域：系统区仅供操作系统使用，存放操作系统常驻内存的代码和数据，通常设置在内存的低段；用户区供用户使用，它代码和数据，通常设置在内存的低段；用户区供用户使用，它是除系统区以外的全部内存区域，任何时刻内存储器中最多只是除系统区以外的全部内存区域，任何时刻内存储器中最多只有一个作业存在。有一个作业存在。4.2 4.2 连续连续分配方式分配方式2022年8月3日星
10、期三是是否否给作业分配内存空间，装入给作业分配内存空间，装入并执行该作业并执行该作业释放该作业内存空间释放该作业内存空间接受下一作业接受下一作业作业大小作业大小用户用户区空间？区空间？本次作业无本次作业无法运行法运行作业运行结束作业运行结束是是否否单一连续分配算法示意图单一连续分配算法示意图2022年8月3日星期三 单一单一连续分配方式的优点：连续分配方式的优点：（1 1）分配算法简单，易于实现）分配算法简单，易于实现（2 2）每次装入新作业时，只需要覆盖掉原来的作业）每次装入新作业时，只需要覆盖掉原来的作业 单一单一连续分配方式的缺点：连续分配方式的缺点：（1 1）存储器没有得到充分利用）存
11、储器没有得到充分利用（2 2）处理器的利用率较低）处理器的利用率较低（3 3）作业周转时间较长）作业周转时间较长（4 4）缺乏灵活性）缺乏灵活性2022年8月3日星期三4.2.2 4.2.2 固定固定分区分配分区分配 固定分区分配是满足多道程序设计的最简单的管理方式。固定分区分配是满足多道程序设计的最简单的管理方式。1 1基本思想基本思想 把内存空间划分成若干个固定大小的连续存储区，称为把内存空间划分成若干个固定大小的连续存储区，称为分区。分区。2 2内存的分配与回收内存的分配与回收 为了管理内存空间的分配和回收，系统必须设置一为了管理内存空间的分配和回收，系统必须设置一张张“内存分配表内存分
12、配表”记录各个分区的使用情况。其内容包括记录各个分区的使用情况。其内容包括分区号、分区大小、起始地址和状态（是否分配）。分区号、分区大小、起始地址和状态（是否分配）。2022年8月3日星期三4.2.2 4.2.2 固定固定分区分配分区分配 在下表所在下表所示的内存空间中，已示的内存空间中，已装入作业装入作业A A（10KB10KB）和）和B B（40KB40KB），），需要装入作业需要装入作业C C（50KB50KB），系统的），系统的内存空间情况如图所内存空间情况如图所示。示。固定固定分区内存分配表分区内存分配表区区 号号分区大分区大小（小（KBKB）起始地址起始地址（KBKB）状状 态态1
13、 116161616已分配已分配2 232323232未分配未分配3 38 86464未分配未分配4 464647272已分配已分配5 5120120136136未分配未分配2022年8月3日星期三2022年8月3日星期三3 3固定分区分配的优缺点固定分区分配的优缺点优点：优点：（1 1）解决了多个作业共享内存空间的问题）解决了多个作业共享内存空间的问题（2 2）支持多道程序设计）支持多道程序设计（3 3）容易实现）容易实现缺点：缺点：（1 1）不能充分利用内存空间，）不能充分利用内存空间，（2 2）由于分区大小事先已经决定，限制了可装入程序的大小。）由于分区大小事先已经决定，限制了可装入程序
14、的大小。（3 3）分区数目固定，限制了可同时执行的作业）分区数目固定，限制了可同时执行的作业数目。数目。2022年8月3日星期三4.2.3 4.2.3 动态动态分区分配分区分配 1 1基本思想基本思想 动态分区指动态分区指系统不预先划分固定分区，而是在作业装入内系统不预先划分固定分区，而是在作业装入内存时才建立分区，使为作业分配的分区大小刚好等于该作业的存时才建立分区，使为作业分配的分区大小刚好等于该作业的需求量，且分区个数是可变的。需求量，且分区个数是可变的。2022年8月3日星期三 例如例如，有一个，有一个256KB256KB的内存，其中操作系统占的内存，其中操作系统占16KB16KB，用
15、户区，用户区占占240KB240KB，内存的分配变化，内存的分配变化过程如下图所示。过程如下图所示。2022年8月3日星期三已已分配分区表分配分区表区区 号号分区大小分区大小起始地址起始地址状状 态态1 116161616已分配已分配2 220203232已分配已分配3 3-未分配未分配4 48 86464已分配已分配5 540407272已分配已分配6 6-未分配未分配空闲空闲分区表分区表区区 号号分区大小分区大小起始地址起始地址状状 态态11252可用可用2144112可用可用2022年8月3日星期三 2 2动态分区的分配算法动态分区的分配算法 （1 1）首次适应算法）首次适应算法 每次每
16、次分配分区时，操作系统顺序查找空闲分区表，把最先能分配分区时，操作系统顺序查找空闲分区表，把最先能够满足要求的空闲分区够满足要求的空闲分区进行分割。进行分割。（2 2）最佳适应算法）最佳适应算法 为为一个作业选择分区时总是寻找其大小最接近于作业要求的一个作业选择分区时总是寻找其大小最接近于作业要求的内存分区。内存分区。（3 3）最坏适应算法）最坏适应算法 与与最佳适应算法相反，空闲分区按长度从大到小顺序链接，最佳适应算法相反，空闲分区按长度从大到小顺序链接，空闲分区表中的第一个空闲分区总是空闲分区表中的第一个空闲分区总是最大的。最大的。2022年8月3日星期三【例例4-14-1】某系统采用动态
17、分区管理计算。某时刻在内存有某系统采用动态分区管理计算。某时刻在内存有3 3个空闲区，个空闲区，它们的首地址和大小分别是：空闲区它们的首地址和大小分别是：空闲区1 1（100KB100KB，10KB10KB），空闲区），空闲区2 2（200KB200KB，30KB30KB），空闲区），空闲区3 3（300KB300KB，15KB15KB）。现有如下作业序列：）。现有如下作业序列：作业作业1 1需要需要15KB15KB，作业，作业2 2需要需要16KB16KB，作业，作业3 3需要需要10KB10KB。要求：。要求：（1 1）画出该时刻内存分配图。）画出该时刻内存分配图。（2 2）画出采用首次适
18、应算法和最佳适应算法后的内存分配图。）画出采用首次适应算法和最佳适应算法后的内存分配图。2022年8月3日星期三解：（解：（1 1）作业序列装入主存之前，内存的分配图如图所示。）作业序列装入主存之前，内存的分配图如图所示。10KB30KB15KB315KB315KB300KB300KB230KB230KB200KB200KB110KB110KB100KB100KB0KB0KB2022年8月3日星期三 （2 2）采用首次适应算法和最佳适应算法分配作业内存示意图）采用首次适应算法和最佳适应算法分配作业内存示意图如图如图所示。所示。作业作业3 3（10KB10KB）15KB15KB100KB100K
19、B110KB110KB200KB200KB230KB230KB15KB15KB300KB300KB315KB315KB(a)(a)首次适应算法首次适应算法（15KB15KB）0KB 0KB100KB100KB110KB110KB200KB200KB230KB230KB300KB300KB315KB315KB(b)(b)最佳适应算法最佳适应算法作业作业3 3（10KB10KB）作业作业2 2（16KB16KB）14KB14KB作业作业1 1（15KB15KB）0KB0KB2022年8月3日星期三3 3动态分区内存回收动态分区内存回收一般情况应考虑四种可能性：一般情况应考虑四种可能性：（1 1）回
20、收分区与前空闲分区相邻）回收分区与前空闲分区相邻（2 2）回收分区与后空闲分区相邻）回收分区与后空闲分区相邻（3 3）回收分区与前后空闲分区相邻）回收分区与前后空闲分区相邻（4 4）回收分区不与任何空闲分区相邻）回收分区不与任何空闲分区相邻2022年8月3日星期三4 4动态分区分配的优缺点动态分区分配的优缺点优点：分区大小不固定，管理方式比较灵活优点：分区大小不固定，管理方式比较灵活缺点：产生大量的容量较小的空闲分区，因而降低了系统的效率。缺点：产生大量的容量较小的空闲分区，因而降低了系统的效率。2022年8月3日星期三4.2.4 4.2.4 动态重定位动态重定位分区分配分区分配 1 1基本思
21、想基本思想 移动移动所有已分配的分区，使之成为一个连续的区域，从而把所有已分配的分区，使之成为一个连续的区域，从而把碎片集中成一个较大的空闲区，这个移动的过程称为碎片集中成一个较大的空闲区，这个移动的过程称为“紧凑紧凑”或或“聚拢聚拢”。2022年8月3日星期三2 2紧凑的时机紧凑的时机（1 1）是立即靠拢是立即靠拢（2 2）是需要时靠拢）是需要时靠拢3 3动态重定位分区分配的优缺点动态重定位分区分配的优缺点优点：消除了碎片，提高了优点：消除了碎片，提高了内存利用率。内存利用率。缺点：增加了计算成本，降低了计算机缺点：增加了计算成本，降低了计算机的速度。的速度。2022年8月3日星期三4.2.
22、5 4.2.5 对换和覆盖对换和覆盖1 1覆盖覆盖就是一个进程的若干个程序段，或几个进程的某些部分共享同一就是一个进程的若干个程序段，或几个进程的某些部分共享同一内存空间内存空间2 2对换对换 指将内存中暂时不运行的进程调出内存，存放在外存的交换区指将内存中暂时不运行的进程调出内存，存放在外存的交换区 中，以便腾出足够的内存空间，装入新程序或把已具备运行条件的进中，以便腾出足够的内存空间，装入新程序或把已具备运行条件的进程调入内存并让其执行的一种内存扩充技术。程调入内存并让其执行的一种内存扩充技术。2022年8月3日星期三4.3 4.3 基本基本分页存储管理方式分页存储管理方式 4.3.14.
23、3.1基本分页存储管理的基本原理基本分页存储管理的基本原理1.1.内存块或块内存块或块 2.2.辑页面或页辑页面或页 3.3.页内碎片页内碎片 4.4.页表页表（1 1）页号）页号 （2 2）页面对应的块号）页面对应的块号2022年8月3日星期三0 0页页1 1页页作业作业A A作业作业B B0 0页页1 1页页2 2页页3 3页页0 20 21 51 5作业作业A A页表页表作业作业B B页表页表0 00 01 31 32 72 73 43 40 01 12 23 34 45 56 67 7内存空间内存空间分分页存储管理示意图页存储管理示意图2022年8月3日星期三4.3.2 基本基本分页存
24、储管理的地址变换机构分页存储管理的地址变换机构 由逻辑地址计算出页号和页内地址的方法：由逻辑地址计算出页号和页内地址的方法：l 页号页号=逻辑地址逻辑地址/页长页长 （商）（商）l 页内地址页内地址=逻辑地址逻辑地址modmod页长页长 （余）（余）l 由块号计算物理地址的计算方法为：由块号计算物理地址的计算方法为：l 物理地址物理地址=块号块号块长块长+块内地址块内地址+用户区基址用户区基址1.1.硬件支持硬件支持（1 1）页表寄存器）页表寄存器 （2 2）逻辑地址寄存器）逻辑地址寄存器 （3 3）物理地址寄存器）物理地址寄存器 （4 4）越界中断机构）越界中断机构 2022年8月3日星期三
25、2.2.地址转换过程地址转换过程2022年8月3日星期三【例例4-24-2】某系统采用基本分页存储管理方式，其逻辑地址结构为某系统采用基本分页存储管理方式，其逻辑地址结构为1616位，位，其中，页内地址占其中，页内地址占1010位，页号占位，页号占6 6位。某作业有位。某作业有5 5页，页号为页，页号为0404，依，依次存放在内存的次存放在内存的2 2、3 3、4 4、7 7、8 8块中。试问：块中。试问：（1 1）作业的虚存地址空间有多大？）作业的虚存地址空间有多大？（2 2）系统的页面大小是多少？）系统的页面大小是多少？（3 3）逻辑地址）逻辑地址50005000对应的物理地址是多少？对应
26、的物理地址是多少？解：（解：（1 1）由于逻辑地址结构为）由于逻辑地址结构为1616位，所以作业的虚存地址空间有位，所以作业的虚存地址空间有216B=64KB216B=64KB。（2 2）由于页内地址占）由于页内地址占1010位，所以系统页面大小为位，所以系统页面大小为210B=1KB210B=1KB。（3 3）在分页存储管理方案中，系统通过页表实现地址转换，操作系统将）在分页存储管理方案中，系统通过页表实现地址转换，操作系统将逻辑地址分为页号逻辑地址分为页号P P（P=5000/1024P=5000/1024）为）为4 4，页内地址，页内地址W W（W=5000 mod W=5000 mod
27、 1024=9041024=904）为）为904904，然后查页表得页号，然后查页表得页号4 4对应的物理块为对应的物理块为8 8，从而变换，从而变换出相应的物理地址为：出相应的物理地址为：物理地址物理地址=块号块号页面大小页面大小+页内地址页内地址=8=81KB+904B=9096B1KB+904B=9096B2022年8月3日星期三 3.3.快快表的引入表的引入 引入引入快表的地址变换过程快表的地址变换过程 （1 1）在）在CPUCPU给出了有效地址后，地址变换机构自动将页号送入给出了有效地址后，地址变换机构自动将页号送入高速缓存，再确定所需的页是否在快表中。高速缓存，再确定所需的页是否在
28、快表中。（2 2）若在快表中，直接读出该页所对应的物理块号，并送入物）若在快表中，直接读出该页所对应的物理块号，并送入物理寄存器。理寄存器。（3 3）若在快表中未找到对应页表项，需访问内存中的页表，把）若在快表中未找到对应页表项，需访问内存中的页表，把从页表中读出的页表项存入快表的一个寄存器空闲单元中。从页表中读出的页表项存入快表的一个寄存器空闲单元中。（4 4）若快表中没有空闲单元，则根据淘汰算法淘汰某一行，然）若快表中没有空闲单元，则根据淘汰算法淘汰某一行，然后填入得到的页号和块号。后填入得到的页号和块号。（5 5）根据得到的块号和逻辑地址中的页内地址得到物理地址。）根据得到的块号和逻辑地
29、址中的页内地址得到物理地址。2022年8月3日星期三2022年8月3日星期三 假定假定访问内存的时间为访问内存的时间为200200纳秒，访问高速缓存的时间是纳秒，访问高速缓存的时间是4040纳纳秒，高速缓冲存储器有秒，高速缓冲存储器有1616个单元时，查找快表的命中率可达个单元时，查找快表的命中率可达90%90%，若不使用快表，需要两次访问内存，需要时间为若不使用快表，需要两次访问内存，需要时间为200+200=400200+200=400纳秒，纳秒，概率为概率为10%10%，若使用快表，需要时间为，若使用快表，需要时间为40+200=24040+200=240纳秒，概率为纳秒，概率为90%9
30、0%。于是，根据逻辑地址转换成物理地址进行存取的平均时间是：于是，根据逻辑地址转换成物理地址进行存取的平均时间是：（40+20040+200）90%+90%+（200+200200+200）10%=25610%=256（纳秒）（纳秒）2022年8月3日星期三4.3.3 4.3.3 基本基本分页存储管理的共享和保护分页存储管理的共享和保护 1 1页面共享页面共享共享的方法是使各自页表中的有关表目指向共享信息的内存块。共享的方法是使各自页表中的有关表目指向共享信息的内存块。页号页号块号块号02142538页号页号块号块号01152637页表页表1 1页表页表2 2 2 2存储保护存储保护（1 1）
31、在进行地址变换时，产生的页号应小于页表长度）在进行地址变换时，产生的页号应小于页表长度 （2 2）扩充页表的功能）扩充页表的功能 2022年8月3日星期三 基本基本分页存储管理的主要优点有：不要求作业或进程的程序和数分页存储管理的主要优点有：不要求作业或进程的程序和数据在内存中连续存放，从而有效地解决了碎片问题；提高了内存的利据在内存中连续存放，从而有效地解决了碎片问题；提高了内存的利用率，又有利于组织多道程序运行。用率，又有利于组织多道程序运行。主要主要缺点有：采用动态地址变换机构降低了缺点有：采用动态地址变换机构降低了CPUCPU的速度；由于作的速度；由于作业的地址空间不一定是存储块的整数
32、倍，因而最后一个存储块往往是业的地址空间不一定是存储块的整数倍，因而最后一个存储块往往是装不满的，即出现了块内碎片问题；要求运行的作业必须全部装入内装不满的，即出现了块内碎片问题；要求运行的作业必须全部装入内存才能运行，如果现有的空闲块不足以满足该作业的要求，作业只能存才能运行，如果现有的空闲块不足以满足该作业的要求，作业只能等待，浪费了内存空闲空间。等待，浪费了内存空闲空间。2022年8月3日星期三4.4 4.4 基本基本分段存储管理方式分段存储管理方式 4.4.1 4.4.1 基本基本分段存储管理的基本原理分段存储管理的基本原理 将用户的作业按逻辑结构划分为若干相互独立的段，每个段都将用户
33、的作业按逻辑结构划分为若干相互独立的段，每个段都有自己的名字，且每个段都占据一段连续的内存空间，各个段之间有自己的名字，且每个段都占据一段连续的内存空间，各个段之间可以不连续。可以不连续。例如例如一个程序可以划分成一个程序可以划分成主程序段，子程序段主程序段，子程序段A A、B B、C C，数据段数据段D D和堆栈段和堆栈段S S，每个段有，每个段有一个段名，都从一个段名，都从0 0开始编址。每开始编址。每个段内的地址是连续的，而段个段内的地址是连续的，而段和段的地址不一定连续，且各和段的地址不一定连续，且各段的长度也不一定相等，如图段的长度也不一定相等，如图所所示。示。0 01 1N N1
34、1X:X:子程序段子程序段A A0 01 12 2.N N0 0Call A|Call A|(调用调用A A段入口段入口X)X)Call D|Call D|(调用调用D D段入口段入口Y)Y)Load 1Load 1，S|S|（将（将A A段的段的C C单元单元的内容读人的内容读人1 1号号寄存器）寄存器）主程序段主程序段MainMain0 01 12 2N N2 2Y:Y:数据段数据段D D0 01 1N N3 3C:C:堆栈段堆栈段S S2022年8月3日星期三段号段号S段内地址段内地址W分段地址结构分段地址结构分段管理系统分段管理系统2022年8月3日星期三4.4.2 4.4.2 基本基
35、本分段存储管理的地址变换机构分段存储管理的地址变换机构 1 1硬件支持硬件支持（1 1）CPUCPU给出的有效地址应是分段的给出的有效地址应是分段的编址形式。编址形式。（2 2）整个系统需要设置一个）整个系统需要设置一个段表寄存器。段表寄存器。（3 3）为加快地址映射，也可以采用快）为加快地址映射，也可以采用快表技术。表技术。2022年8月3日星期三 2 2地址转换过程地址转换过程（1 1）提取逻辑地址中的段号，比较段号和段表长，若段号超过段表）提取逻辑地址中的段号，比较段号和段表长，若段号超过段表长度，表示访问越界，则发出长度，表示访问越界，则发出“越界中断越界中断”。（2 2）若未出现越界
36、错误，则根据段表始址在内存中找到段表，以逻）若未出现越界错误，则根据段表始址在内存中找到段表，以逻辑地址中的段号为索引，查找段表，找到其对应的表项。辑地址中的段号为索引，查找段表，找到其对应的表项。（3 3）比较段表项中的段长和逻辑地址中的段内地址，若段内地址超）比较段表项中的段长和逻辑地址中的段内地址，若段内地址超过段长则产生越界中断。过段长则产生越界中断。（4 4）否则，检查是否符合存取权限，如不符合存取权限，则发出）否则，检查是否符合存取权限，如不符合存取权限，则发出“保护中断保护中断”。（5 5）取出段表项中欲访问段的基址，加上逻辑地址中的偏移量得到）取出段表项中欲访问段的基址，加上逻
37、辑地址中的偏移量得到物理地址。物理地址。2022年8月3日星期三2022年8月3日星期三4.4.3 4.4.3 基本基本分段存储管理的共享和保护分段存储管理的共享和保护 1 1段的共享段的共享2022年8月3日星期三 2 2段的保护段的保护 （1 1）地址）地址越界保护：在地址转换过程中，限制段内地址超过段长，越界保护：在地址转换过程中，限制段内地址超过段长，使保护作业不能访问属于它的地址空间，因而就消除了一个用户使保护作业不能访问属于它的地址空间，因而就消除了一个用户作业破坏另一个用户作业的危险。作业破坏另一个用户作业的危险。（2 2）存取）存取权限保护：每个作业对访问的段都有规定的存取权限
38、，权限保护：每个作业对访问的段都有规定的存取权限，只有符合存取权限才允许访问，因而防止了用户误操作对段的破只有符合存取权限才允许访问，因而防止了用户误操作对段的破坏。坏。2022年8月3日星期三【例例4-34-3】设作业的虚拟地址为设作业的虚拟地址为2424位，其中高位，其中高8 8位为段号，低位为段号，低1616位为位为段内相对地址。试问：段内相对地址。试问：（1 1）一个作业最多可以有多少段？）一个作业最多可以有多少段？（2 2）每段的最大长度为多少字节）每段的最大长度为多少字节?（3 3）某段式存储管理采用如表所示的段表，试计算）某段式存储管理采用如表所示的段表，试计算00，430430
39、、11，5050、33，2020的物理地址。的物理地址。解解：（：（1 1）一个作业最多可以有）一个作业最多可以有28=25628=256个段。个段。（2 2）每段的最大长度为）每段的最大长度为21621664KB64KB。（3 3）逻辑地址）逻辑地址00，430430的物理地址为：的物理地址为：2100+430=25302100+430=2530；逻辑；逻辑地址地址11，5050无法进行地址变换，因为产生了段内地址越界；逻无法进行地址变换，因为产生了段内地址越界；逻辑地址辑地址33，2020无法进行地址变换，因为段号越界。无法进行地址变换，因为段号越界。某某段式存储管理采用的段表段式存储管理
40、采用的段表段号段号 段长段长访问权限访问权限基址基址0 0600600E E210021001 14040R R280028002 2100100R/WR/W290029002022年8月3日星期三4.5 4.5 段段页式存储管理方式页式存储管理方式4.5.1 4.5.1 分段分段和分页的区别和分页的区别 （1 1）页）页是信息的物理单位，分页是为了提高内存的利用率；段是信息是信息的物理单位，分页是为了提高内存的利用率；段是信息的逻辑单位，分段是为了满足用户的逻辑单位，分段是为了满足用户的需要。的需要。（2 2）页）页的大小固定不变，由系统决定的大小固定不变，由系统决定 ，页只能以页大小的整数
41、倍地，页只能以页大小的整数倍地址开始址开始；段的大小不固定，由用户编写的程序决定，段可以从内存；段的大小不固定，由用户编写的程序决定，段可以从内存的任何的任何地址开始。地址开始。（3 3）分）分页的逻辑地址空间是一页的逻辑地址空间是一维的；维的；分段的地址空间是二分段的地址空间是二维的。维的。（4 4）段）段是信息的逻辑单位，段可以充分实现共享和保护；页是信息的是信息的逻辑单位，段可以充分实现共享和保护；页是信息的物理单位，页的共享和保护受到物理单位，页的共享和保护受到限制。限制。（5 5）段式管理可能产生内存碎片；而页式管理则能很好地消除碎片。）段式管理可能产生内存碎片；而页式管理则能很好地
42、消除碎片。2022年8月3日星期三4.5.2 4.5.2 段段页式存储管理方式介绍页式存储管理方式介绍 1.1.基本基本思想思想 将将分段在地址空间管理上的优点和分页在内存空间管理上的分段在地址空间管理上的优点和分页在内存空间管理上的优点结合起来，作业中具有独立功能的程序段和数据段仍然按照优点结合起来，作业中具有独立功能的程序段和数据段仍然按照逻辑功能来划分，并且每一段具有一个段名，反映了段式管理的逻辑功能来划分，并且每一段具有一个段名，反映了段式管理的特征；对应段中的程序和数据，按固定的大小将其划分成不同的特征；对应段中的程序和数据，按固定的大小将其划分成不同的页，这和页式管理相同，体现了页
43、式管理的特征。页，这和页式管理相同，体现了页式管理的特征。段号段号S页号页号P 页页内地址内地址W段页式结构示意图段页式结构示意图2022年8月3日星期三2022年8月3日星期三 2 2地址转换地址转换（1 1）提取逻辑地址中的段号，比较段号和段表长，若超出段表长度，）提取逻辑地址中的段号，比较段号和段表长，若超出段表长度，表示访问越界，则发出表示访问越界，则发出“越界中断越界中断”。（2 2）若未出现越界错误，则根据段表始址在内存中找到段表，以逻）若未出现越界错误，则根据段表始址在内存中找到段表，以逻辑地址中的段号为索引，查找段表，找到该段对应的页表的大小辑地址中的段号为索引，查找段表，找到
44、该段对应的页表的大小和起始地址。和起始地址。（3 3）利用逻辑地址中的页号和页表大小进行比较，若页号超过页表）利用逻辑地址中的页号和页表大小进行比较，若页号超过页表大小，则产生地址越界中断。大小，则产生地址越界中断。（4 4）否则，利用页表始址和逻辑地址中的页号得到该页所对应的页）否则，利用页表始址和逻辑地址中的页号得到该页所对应的页表项，从而获得该页在页表中的物理块号。表项，从而获得该页在页表中的物理块号。（5 5）利用物理块号和页内地址形成）利用物理块号和页内地址形成物理地址。物理地址。2022年8月3日星期三2022年8月3日星期三 3 3段页式存储管理的优缺点段页式存储管理的优缺点 段
45、段页式管理保留了段式管理和页式管理的全部优点，提供了页式管理保留了段式管理和页式管理的全部优点，提供了大量的虚存空间，能有效利用内存，便于处理变化的数据结构，大量的虚存空间，能有效利用内存，便于处理变化的数据结构，便于共享和控制存取访问权限，为组织多道程序运行提供了方便。便于共享和控制存取访问权限，为组织多道程序运行提供了方便。缺点缺点是增加了软件的复杂性和管理开销，需要更多的硬件支是增加了软件的复杂性和管理开销，需要更多的硬件支持，系统的复杂性提高；各种表格占据了存储空间，同时也存在持，系统的复杂性提高；各种表格占据了存储空间，同时也存在着发生抖动的危险；页面使用不充分，和基本分页存储管理一
46、样，着发生抖动的危险；页面使用不充分，和基本分页存储管理一样，存在页内碎片。存在页内碎片。2022年8月3日星期三4.6 4.6 虚拟存储器虚拟存储器的的基本知识基本知识4.6.14.6.1虚拟存储器的引入虚拟存储器的引入 1 1局部性原理局部性原理 （1 1）时间局限性）时间局限性 （2 2）空间局限性）空间局限性 2 2虚拟存储器虚拟存储器 是是指具有请求调入功能和置换功能，把内存指具有请求调入功能和置换功能，把内存和外存和外存结合起来结合起来使用，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。使用，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。2022年8月3日星期三4.6.2 4.6.
47、2 虚拟存储器虚拟存储器的实现方法的实现方法 1.1.分页式虚拟存储管理分页式虚拟存储管理 它它是在分页式存储管理系统上增加了请求调页功能、页面置是在分页式存储管理系统上增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储管理系统。换功能所形成的页式虚拟存储管理系统。2.2.分段式虚拟存储管理分段式虚拟存储管理 它它是在分段式存储管理系统上增加了请求调段功能、分段置是在分段式存储管理系统上增加了请求调段功能、分段置换功能所形成的段式虚拟存储管理系统。换功能所形成的段式虚拟存储管理系统。2022年8月3日星期三4.6.3 4.6.3 虚拟存储器虚拟存储器的特征的特征（1 1）离散性：装入虚拟存储
48、器的进程都是离散存放的，这是虚拟存储器）离散性：装入虚拟存储器的进程都是离散存放的，这是虚拟存储器的基础。的基础。（2 2）多次性：一个作业被分成多次调入内存运行，即在作业运行时没必）多次性：一个作业被分成多次调入内存运行，即在作业运行时没必要将其全部装入，只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存，要将其全部装入，只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存，以后每当运行到尚未调入的那部分程序时，再将它调入。以后每当运行到尚未调入的那部分程序时，再将它调入。（3 3）对换性：允许在作业的运行过程中进行换进、换出。在进程运行期）对换性：允许在作业的运行过程中进行换进、换出。在进程运行期间，允许将
49、那些暂不使用的程序和数据，从内存调至外存的对换区间，允许将那些暂不使用的程序和数据，从内存调至外存的对换区（换出），待以后需要时再将它们从外存调至内存（换进）。（换出），待以后需要时再将它们从外存调至内存（换进）。（4 4）虚拟性：指能够从逻辑上扩充内存容量，虚拟出一个较大的逻辑空）虚拟性：指能够从逻辑上扩充内存容量，虚拟出一个较大的逻辑空间，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。间，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。2022年8月3日星期三4.7 4.7 请求请求分页存储管理方式分页存储管理方式4.7.1 4.7.1 请求请求分页中的硬件支持分页中的硬件支持 1.1.页表页表 请
50、求请求分页存储管理方式需要对页表进行扩充，增加状态位、分页存储管理方式需要对页表进行扩充，增加状态位、外存地址、访问位和修改位等信息，扩充后的页表如图所外存地址、访问位和修改位等信息，扩充后的页表如图所示。示。页号页号块号块号状态位状态位外存地址外存地址访问位访问位修改位修改位请求请求页式存储管理页表页式存储管理页表2022年8月3日星期三2 2地址变换地址变换2022年8月3日星期三 3 3缺页中断缺页中断 缺页缺页中断是在指令执行过程中产生的中断，与在一条指令执行完中断是在指令执行过程中产生的中断，与在一条指令执行完成后产生的一般成后产生的一般中断不同。中断不同。缺页缺页中断是一种特殊的中
