【重學計算機】操做系統D3章：存儲管理

1. 存儲管理的基本概念

• 邏輯地址：用戶地址，從零開始編號
  • 一維邏輯地址：(地址)
  • 二維邏輯地址：(段號: 段內地址)
• 主存儲器的複用方式
  • 按分區：主存劃分爲多個固定/可變分區，一個程序佔一個分區
  • 按頁架：主存劃分爲多個固定頁架，一個程序佔多個頁架
• 存儲管理的模式
  • 單連續：一維邏輯地址程序，佔一個固定/可變分區
  • 段   式：二維邏輯地址程序，佔多個可變分區
  • 頁   式：一維邏輯地址程序，佔多個頁架
  • 段頁式：二維邏輯地址程序，佔多個頁架
• 地址轉換：邏輯地址 --> 物理地址
  • 靜態重定位：程序裝入內存時轉換（早期OS）
  • 動態重定位：CPU執行時轉換，效率考慮須要硬件幫助
• 虛擬存儲器
  • 因爲程序的局部性順序性等，能夠考慮只將部分程序調入主存，其餘的隨用隨調
  • 達到了面對程序員主存擴容的目的

2. 單連續分區存儲管理

• 單用戶連續分區管理：主存區劃分爲系統區和用戶區，採用靜態重定位進行地址轉換，通常適用於單用戶單任務操做系統（DOS）
• 固定分區管理：一個程序佔一個分區，有主存分配表，容易產生內零頭
• 可變分區管理：按進程內存需求動態分配內存空間，容易產生外零頭

3. 頁式存儲管理 **

• 概念：
  • 主存分頁架，程序分頁。
  • 不一樣程序頁可放在不一樣主存頁架中，不須要連續
  • 頁和頁架關係由頁表維護
  • 用位示圖表示主存分配與去配，用進程頁表維護進程邏輯完整性
• 地址：
  • 邏輯地址：頁號 + 單元號
  • 物理地址：頁架號 + 單元號
• 快表：
  • 利用Cache存放部分頁表
  • 同Cache緩存內存數據同樣，也是相聯存儲器技術，而且有淘汰策略，具體見《重學計算機 -- 計算機組成原理》
• 頁式虛擬存儲
  • 頁表：標識位 + 主存塊號 + 輔存地址
  • 實現：
    • 查頁表，若頁在內存，則生成絕對地址
    • 若不在內存，發起缺頁中斷
    • OS響應缺頁中斷，若內存有空閒頁架，則從輔存中調入頁。更新頁錶快表
    • 若無空閒頁架，先淘汰頁，再調入
• 頁面調度算法：
  • 同Cache和內存的調度策略，具體參考《重學計算機 -- 計算機組成原理》

5. 其餘

• 段式存儲管理：基本不用，略
• 段頁式存儲管理：基本不用，略
• 內存管理單元MMU：
  • 做用：管理虛擬存儲器的硬件控制線路，把虛擬地址映射爲物理地址，並提供內存保護，必要時淘汰頁面
  • 實現：用一種數據結構 反置頁表IPT

PS：許多年之前，當人們還在使用DOS或是更古老的操做系統的時候，計算機的內存還很是小，通常都是以K爲單位進行計算，相應的，當時的程序規模也不大，因此內存容量雖然小，但仍是能夠容納當時的程序。但隨着圖形界面的興起還有用戶需求的不斷增大，應用程序的規模也隨之膨脹起來，終於一個難題在程序員的面前，那就是應用程序太大以致於內存容納不下該程序，一般解決的辦法是把程序分割成許多稱爲覆蓋塊（overlay）的片斷。覆蓋塊0首先運行，結束時他將調用另外一個覆蓋塊。雖然覆蓋塊的交換是由OS完成的，可是必須先由程序員把程序先進行分割，這是一個費時費力的工做，並且至關枯燥。人們必須找到更好的辦法從根本上解決這個問題。不久人們找到了一個辦法，這就是虛擬存儲器(virtual memory).虛擬存儲器的基本思想是程序，數據，堆棧的總的大小能夠超過物理存儲器的大小，操做系統把當前使用的部分保留在內存中，而把其餘未被使用的部分保存在磁盤上。好比對一個16MB的程序和一個內存只有4MB的機器，操做系統經過選擇，能夠決定各個時刻將哪4M的內容保留在內存中，並在須要時在內存和磁盤間交換程序片斷，這樣就能夠把這個16M的程序運行在一個只具備4M內存機器上了。而這個16M的程序在運行前沒必要由程序員進行分割。