自考“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料（4）

　　本章考核知識點：1、重定位 2、固定分區(qū)存儲管理 3、可變分區(qū)存儲管理 4、頁式存儲管理 5、段式存儲管理 6、虛擬存儲器

　　自學(xué)要求 ：明確存儲管理的職能是對主存儲器中的用戶區(qū)域進行管理；理解在不同的管理方式下如何實現(xiàn)存儲保護、地址轉(zhuǎn)換、以及主存空間的分配和回收；比較各種管理方式的特點；掌握虛擬存儲器的實現(xiàn)原理和方法。

　　重點是：各種管理方式的特點；可變分區(qū)方式的主存分配算法以及移動技術(shù)；分頁式虛擬存儲管理的實現(xiàn)以及頁面調(diào)度算法；分段式虛擬存儲管理的實現(xiàn)。

　　操作系統(tǒng)的存儲管理如同一個大地主，管著一個大莊園，當(dāng)有農(nóng)戶需要租用田地時，地主就給分配一塊地讓他種（用戶區(qū)分配）。等到地里長出了果實（結(jié)果出來后，地主還得來收回這塊地（去配）。

　　為了管好這片田地，地主還要管好莊園的門，凡是要進去種地的，都得由地主根據(jù)他的需要讓他到位置確定實際的田地上去干活。（把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址）

　　莊園里還有一些大家共同可以使用的地方，比如地主的花園，工具房等，大家可以進去，也可以使用，但是不許改變?nèi)魏维F(xiàn)有的東東，還有，每個農(nóng)戶只能在自己的地里刨食吃，如果有人膽敢到別人地里或地主的花園里摘花偷食，可要當(dāng)心他們養(yǎng)的狼狗跳出來哦。（共享和保護）

　　當(dāng)然，再大的地也是不夠多的，地主為了多賺些錢，當(dāng)所有的地都租出去的時候，他想辦法把有些種田人暫時不種的那塊地里的東東連地皮一起挖出來放到倉庫里先堆著。把地騰出來租給別人種（這一招可夠絕的，不過地主說啦，這就是“虛擬存儲”。）

　　你說這個地主是好是壞？？

　　概述：本章討論的是主存儲器空間的管理。主存儲空間分成系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩部分。存儲管理的功能包括：主存空間的分配和去配、實現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換、主存空間的區(qū)享和保護和主存空間擴充。

　　一、重定位（ 領(lǐng)會 ）

　　1、區(qū)分邏輯地址與絕對地址。

　　絕對地址 ：主存儲器以字節(jié)為編址單位，容量為n的主存儲器中，每個單元有唯一的編號，從0到n-1，這個唯一的編號就是主存儲器的 物理地址 .

　　比如我們現(xiàn)在用的128MB內(nèi)存條中就有128×1024×1024=134217728 字節(jié)，所以它的內(nèi)存絕對地址就是從0到134217727.

　　注意啦，莊園的大地主就是這么給自己的地做上標記的。

　　邏輯地址 ：在多道程序設(shè)計的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)為了方便用戶，就允許每個用戶都認為自己的作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)存放在地址是0開始的連續(xù)空間中。這樣用戶程序中使用的地址就是 邏輯地址 .

　　種田人不管地主莊園有多少塊地，標了什么號，只要記住自己需要多少地，給自己種的地打上標記就是了。地主想，只要你們能干活，不需要知道了我的底細了吧（家財不可外揚哦）。

　　2 、重定位（地址轉(zhuǎn)換的方式）

　　為了保證作業(yè)的正確執(zhí)行，必須根據(jù)分配給作業(yè)的主存區(qū)域?qū)ψ鳂I(yè)中指令和數(shù)據(jù)的存放進行重定位，這種 把邏輯地址轉(zhuǎn)換成絕對地址 的工作稱為“ 重定位 ”或“地址轉(zhuǎn)換”。重定位的方式有“ 靜態(tài)重定位 ”和“ 動態(tài)重定位 ”兩種。

　　莊園主道：靜態(tài)重定位比較簡單，想當(dāng)初張三來這兒， 說要租一百塊地，青菜種在第1塊地，蘿卜種2塊地里，土豆得重在第3塊地里……然后得在第28塊地里養(yǎng)鴨，完了要把28塊地里的鴨糞拉到第49塊地的魚塘里喂魚…… 我就說，行啦行啦，你進去，莊園的左邊101到200號那100塊地就分給你吧，以后你要找哪塊地養(yǎng)鴨養(yǎng)魚的，就得按我給你編的號來找。每個地址都已經(jīng)加上100了，不會找錯吧。別說我沒講清楚哦。

　　至于動態(tài)重定位，莊主笑道：這個我也能做到，這么實現(xiàn)的：李四來租地時，我也不問他，直接把他帶到空閑的一片地方。派人記著這那片地的第一個地址。比如說是100號吧。李四這個笨小子干著干著會叫起來說：“老板，現(xiàn)在我要到32號地里抓魚！”旁邊人一聽，馬上告訴他“哎呀，你現(xiàn)在已經(jīng)分了地啦，起始地塊是100號，那你就得到132號地去才對！”就這樣，李四每一次要找地方時，都叫別人給他重新算一下。這樣他才不會找錯位置。這樣也有一個好處，就是如果有人出價更好，我可以讓他搬到別處去干活，反正都是叫別人給他重新算位置，所以他就不用記住搬地方后的物理地址啦。

　?。?）靜態(tài)重定位

　　在裝入一個作業(yè)時，把作業(yè)中的指令地址和數(shù)據(jù)地址全部轉(zhuǎn)換成絕對地址。這種轉(zhuǎn)換工作是在 作業(yè)開始前集中完成 的，在作業(yè)執(zhí)行過程中無需再進行地址轉(zhuǎn)換。所以稱為“靜態(tài)重定位”。

　?。?）動態(tài)重定位

　　在裝入一個作業(yè)時，不進行地址轉(zhuǎn)換，而是直接把作業(yè)裝到分配的主區(qū)域中。在作業(yè)執(zhí)行過程中，每當(dāng)執(zhí)行一條指令時都由硬件的地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)轉(zhuǎn)換成絕對地址。這種方式的地址轉(zhuǎn)換是在 作業(yè)執(zhí)行時動態(tài)完成 的，所以稱為動態(tài)重定位。

　　動態(tài)重定位由軟件（操作系統(tǒng)）和硬件（地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)）相互配合來實現(xiàn)。動態(tài)重定位的系統(tǒng)支持“程序浮動”，而靜態(tài)重定位則不能。

　　二、固定分區(qū)存儲管理（ 領(lǐng)會 ）

　　分區(qū)存儲管理是把存儲器中的用戶區(qū)作為一個連續(xù)區(qū)或分成若干連續(xù)區(qū)進行管理。早先使用一個分區(qū)的存儲管理，后發(fā)展成多分區(qū)的存儲管理。多個分區(qū)的管理可采用固定分區(qū)方式和可變分區(qū)方式。

　　1、固定分區(qū)存儲管理的原理

　　固定分區(qū) 的意思就是指主存空間劃分成若干連續(xù)區(qū)后，這些分區(qū)的 大小和個數(shù) 就 固定 不變。

　　固定分區(qū)管理利用一張“ 主存分配表 ”說明各分區(qū)的情況。裝入和結(jié)束作業(yè)均通過這個分區(qū)表來記錄分區(qū)使用的變化情況。

　　2、如何實現(xiàn)存儲保護

　　固定分區(qū)管理 可采用 靜態(tài)重定位 的方式裝入作業(yè)。裝入程序把作業(yè)中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為絕對地址。并檢查絕對地址是否在指定（裝入）的分區(qū)內(nèi)，如果是，就裝入這個作業(yè)。否則就不能裝入。如果裝入主存分區(qū)的作業(yè)占用處理器時（注意，是運行時），進程調(diào)度程序（不是裝入程序了）必須把作業(yè)所在分區(qū)的上下限地址存入“下限寄存器”和“上限寄存器”中，這樣可以在指令執(zhí)行中判斷其所用到的絕對地址是否越界，達到存儲保護的目的。

　　3、怎樣 提高主存空間的利用率 這里有幾種辦法：

　?。?）分區(qū)按大小順序排列，這樣可以使作業(yè)總是先使用滿足要求的最小分區(qū)。

　　（2）根據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)的作業(yè)大小和頻率劃分分區(qū)。

　?。?）按作業(yè)的對主存空間的需求量排成多個隊列，規(guī)定隊列與分區(qū)的對應(yīng)關(guān)系。也就是說多大的作業(yè)只能放在多大的分區(qū)里，就算有更大的分區(qū)空著，也不許他進入。

　　三、可變分區(qū)的管理（ 領(lǐng)會 ）

　　可變就是指分區(qū)的 大小和位置不是固定 的，而是根據(jù)作業(yè)要求的主存量來分配分區(qū)的大小。

　　1、主存的分配和去配（回收）

　　在系統(tǒng)初始化時，主存除了操作系統(tǒng)所占部分外，整個用戶區(qū)是一個大的空閑區(qū)，可以按作業(yè)需要的空間大小順序分配空閑區(qū)直到不夠時為止。

　　當(dāng)作業(yè)結(jié)束時，它的占用分區(qū)被收回。這個空閑區(qū)又可以根據(jù)新作業(yè)的大小重新用于分配，所以主存中的已占分區(qū)和空閑區(qū)的數(shù)目和大小都是在變化的。可以用兩張表“已分配區(qū)表”和“空閑區(qū)表”來記錄和管理。

　　2、常用的分配算法

　　最先適應(yīng)分配算法 ：簡單地說，就是在分區(qū)表中順序查找，找到夠大的空閑區(qū)就分配。但是這樣的分配算法可能形成許多不連續(xù)的空閑區(qū)，造成許多“碎片”，使主存空間利用率降低。

　　最優(yōu)適應(yīng)分配算法 ：這種算法總是挑選一個能滿足作業(yè)要求的最小空閑區(qū)。但是這種算法可能形成一些極小的空閑區(qū)，以致無法使用，這也會影響主存利用率。

　　最壞適應(yīng)分配算法 ：這種算法和上面的正好相反，它總是挑一個最大的空閑區(qū)分給作業(yè)使用，使剩下的空間不至于太小。

　　3、地址轉(zhuǎn)換與存儲保護

　　采用 可變分區(qū)方式管理 時，一般均采用 動態(tài)重定位 方式裝入作業(yè)。也就是每讀一條指令，都要變換一次地址。變換要靠硬件支持，主要是 兩個寄存器 ： 基址 寄存器和 限長 寄存器，限長寄存器存放作業(yè)所占分區(qū)的長度，基址寄存器則存放作業(yè)所占分區(qū)的起始地址，這兩個值確定了一個分區(qū)的位置和大小。

　　轉(zhuǎn)換時根據(jù)邏輯地址與限長值比較，如果不有超過這個值，表示訪問地址合法，再加上基址寄存器中的值就得到了絕對地址了，否則形成“地址越界”中斷。達到存儲保護的目的。

　　對于共享程序，則硬件提供兩組限長寄存器和基址寄存器。訪問時對訪問區(qū)享區(qū)和作業(yè)區(qū)的地址分別進行轉(zhuǎn)換。

　　4、移動技術(shù)的應(yīng)用

　　移動技術(shù) 要“移動”的東東就是主存空間中的作業(yè)。把某個作業(yè)移到另一處主存空間去（在磁盤整理中我們應(yīng)用的也是類似的移動技術(shù)），這樣的最大好處就是可以合并一些空閑區(qū)。

　　但是移動技術(shù)的應(yīng)用也要注意以下問題。

　　移動會增加系統(tǒng)開銷。所以要盡量減少移動。

　　移動是有條件的，如果作業(yè)在執(zhí)行過程中正等待與外圍設(shè)備傳輸信息，就不能移動。因此在移動時首先要判定該作業(yè)是否與外設(shè)交換信息。

　　四、頁式存儲管理（ 領(lǐng)會 ）

　　1、如何分頁和分塊

　　頁式存儲管理中有兩個名詞：“ 頁 ”和“ 塊 ”，其中的“塊”是針對硬件來說的，就是把存儲器分成若干相等大小的區(qū)，每個區(qū)就稱為一個塊。對應(yīng)的，在程序中，邏輯地址進行“分頁”，其大小和每個塊相一致。

　　事實上，頁面的大小是由塊的大小自然決定的。對于程序來說，其邏輯地址還是和原來一樣采用連續(xù)的地址。只是 按照塊的位數(shù)取其前面數(shù)位做為頁號 .

　　分配空間時，根據(jù)作業(yè)長度可以確定它的頁面數(shù)，根據(jù)這個頁面數(shù)在主存中分配相應(yīng)的塊數(shù)，只要是空閑塊就可以放入，即使不是相鄰的。并把分配情況記在“頁表”中，根據(jù)頁表可以找到相對應(yīng)的頁號與塊號，就得出絕對地址了。

　　2、采用頁式管理