操做系統——存儲管理

操做系統——存儲管理 

該部分功能：
一、地址映射（邏輯地址——>主存物理地址）
    由操做系統中的裝入程序loader來完成（靜態或動態<執行時重定位寄存器完成>）。
二、內存分配和回收
三、存儲保護（保證用戶程序在各自的存儲區域內操做互不干擾）
四、提供虛擬存儲技術（不受實際物理內存限制，只受cpu位數限制）

單一連續區存儲管理
分區存儲管理
覆蓋和交換技術
頁式存儲管理
段頁式存儲管理

1、單一連續存儲區管理

一、內存分爲： 系統區 和 用戶區  ——>應用程序裝入到用戶區可以使用用戶區所有空間。
最簡單的一種內存管理方式，適用於單用戶、單任務的OS.
優勢： 易於管理
缺點：同單道程序同樣，內存利用率低。

2、分區存儲管理
原理 ：把內存分爲一些大小相等或不等的分區，操做系統佔用其中一個分區，每一個應用進程佔用一個或幾個分區。
特色： 適用於多道程序系統 和 分時系統 ——>支持多個程序併發執行。

一、固定分區： 把內存劃分爲若干個固定大小的連續分區（大小同 或 不一樣）
採用數據結構： 分區表（分區號、起始地址、長度、佔用標識）
優勢：易於實現、開銷小
缺點：存在內部碎片（分區內未被利用空間）、分區總數固定，限制了併發執行的程序數量。

二、動態建立分區：按照程序申請要求分配。
優勢： 沒有內部碎片 缺點：有外部碎片（難以利用的小空閒分區）

三、分區分配 與回收算法
分配——首次適應法（主要集中在內存低端，不斷劃分後容易產生較多小分區）、最佳適應法（找到相差最小的分區，外部小碎片會較多）、最壞適應（基本不留下小的空閒分區）

四、存儲保護
用戶程序間的相互干擾——界限寄存器保護、 限長寄存器

五、覆蓋 和 交換技術
覆蓋：一個程序的幾個代碼段 或 數據段， 按照時間前後佔用公共的內存空間。
    較小的內存中運行較大程序，（須要程序員指定覆蓋關係）
交換：將暫時不能執行的程序交換到外村，給其餘就緒進程讓出空間。
     增長併發進程數量，（增長處理器開銷）

頁式存儲管理
 一、引入： 分區存儲管理的主要問題是： 碎片問題， 緣由： 用戶程序是總體裝入。
 二、原理：程序地址空間分紅大小相等的頁面，同時把內存也分紅與頁面大小相等的 塊 。
           內存分配單位： 頁面（塊） 2的n次方 kＢ
３、優勢： 沒有外部碎片，最後一頁可能有內碎片但不大； 程序沒必要連續存放；便於改變程序佔用空間大小。
四、缺點： 程序仍須要所有裝入內存。
五、普通狀態下，訪問程序數據要兩次訪問內存；引入聯想寄存器（快表），只須要一次訪問內存
改進爲 請求頁式存儲管理

頁表表項中 有特徵位（標識該頁是否在內存）
要訪問的頁面不存在——缺頁中斷
頁面淘汰算法——FIFO、 LRU、最不常使用、最優算法
關於 「抖動」——頻繁產生內外存之間的頻繁調度， 緣由是 頁面淘汰算法不合理、分配給進程的物理頁面太少

段式存儲管理
 一、原理，把內存視爲二維空間，與進程邏輯一致。把程序的地址空間分爲若干個段（segment），程序加載時，分配存放各個段所需的物理內存，這些段沒必要連續；物理內存的管理採用動態分區。
二、程序經過分段劃分爲多個模塊：代碼段、數據段、共享段
三、優勢： 要多大有多大，沒有內碎片
四、缺點：進程所有裝入內存

比較
一、分頁是系統管理須要、分段是處於用戶應用的須要（一條指令確定不會跨越兩個段，頁有可能）
二、頁大小固定，段大小不固定
三、分頁是一維（各個模塊連接時必須組織成一個地址空間）、分段式二維（各個段組成一個地址空間）
四、段表比頁表小，能夠縮短查找時間，提升訪問速度。

段頁式存儲管理（三次訪問內存）
分配單位： 段、頁
邏輯清晰、且沒必要連續存放