操作系統(tǒng)第9講課件

操作系統(tǒng)概念

第九講 內(nèi)存管理（1）OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要背景邏輯地址空間和物理地址空間地址變換分區(qū)存儲管理覆蓋和交換技術OperatingSystemConceptionDavidfu虛擬存儲器用戶程序在運行前要經(jīng)過幾個步驟從輸入隊列中選一個進程裝入內(nèi)存，進程在執(zhí)行時會訪問內(nèi)存中的指令與數(shù)據(jù)。進程終止時，釋放地址空間虛擬存儲器：使程序員在設計程序時，不需要考慮實際內(nèi)存的大小等信息，由操作系統(tǒng)統(tǒng)一進行內(nèi)存和外存管理，通過內(nèi)存管理手段為用戶提供比實際內(nèi)存大得多的存儲器。OperatingSystemConceptionDavidfu地址變換（1）地址捆綁的步驟：編譯時加載時執(zhí)行時OperatingSystemConceptionDavidfu地址變換問題（2）地址變換的兩個問題：虛擬空間劃分問題虛擬地址空間的劃分使得編譯鏈接程序可以把不同的程序模塊，鏈接到一個統(tǒng)一的虛擬空間中地址重定位問題把虛擬空間中已經(jīng)鏈接和劃分好的內(nèi)容裝入內(nèi)存，并將虛擬地址映射為內(nèi)存地址空間OperatingSystemConceptionDavidfu地址變換方法（3）靜態(tài)地址重定位（staticaddressrelocation)是在虛擬空間程序執(zhí)行之前，由裝配程序完成的地址映射工作。特點：不需要硬件支持無法實現(xiàn)虛擬存儲器必須占有連續(xù)的內(nèi)存空間，難以做到程序和數(shù)據(jù)共享

OperatingSystemConceptionDavidfu地址變換（5）動態(tài)地址重定位的優(yōu)點：內(nèi)存非連續(xù)分配可實行虛擬存儲器程序段共享OperatingSystemConceptionDavidfu內(nèi)外存數(shù)據(jù)控制內(nèi)存的信息共享和保護內(nèi)存信息保護分為：硬件法（上下界保護法）軟件法（保護鍵法）軟硬件結合法（界限寄存器與CPU的用戶態(tài)或核心態(tài)工作方式相結合方法）OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要背景邏輯地址空間和物理地址空間地址變換分區(qū)存儲管理覆蓋和交換技術OperatingSystemConceptionDavidfu分區(qū)分配和回收固定分區(qū)的分配和回收用戶程序要裝入執(zhí)行時，通過請求表提出內(nèi)存分配要求和所要求的內(nèi)存空間大小。存儲管理程序根據(jù)請求表查詢分區(qū)說明表，從中找到滿足要求的空閑分區(qū)。將不使用的分區(qū)設置對應的未使用狀態(tài)即可動態(tài)分區(qū)的分配和回收要解決的三個問題從可用表或自由鏈中，尋找合適的空閑區(qū)進行分配分配后更新自由鏈或可用表進程和作業(yè)釋放內(nèi)存時，和相鄰的空閑區(qū)進行鏈接合并，更新可用表和自由鏈OperatingSystemConceptionDavidfu連續(xù)分配內(nèi)存多分區(qū)分配孔（hole）:能夠作為一大塊可用內(nèi)存，在內(nèi)存中有各種大小的孔可供分配。當有新進程需要內(nèi)存時，為該進程查找足夠大的孔。操作系統(tǒng)維護以下信息：分配內(nèi)存自由內(nèi)存OSprocess5process8process2OSprocess5process2OSprocess5process2OSprocess5process9process2process9process10OperatingSystemConceptionDavidfu連續(xù)分配內(nèi)存動態(tài)存儲分配問題查找孔集合以決定哪個孔最適合分配首次適應(firstfitalgorithm)要求可用表或自由鏈按起始地址遞增的次序排列。最佳適應(bestfitalgorithm)要求從小到大的次序組成空閑區(qū)可用表或自由鏈最差適應(worstfitalgorithm)要求空閑區(qū)按其大小遞減的順序組成可用表或自由鏈。OperatingSystemConceptionDavidfu碎片內(nèi)部碎片由于這部分內(nèi)存在進程分區(qū)內(nèi)，因此無法被其他進程使用。外部碎片解決方案：緊縮（compaction）分頁分段OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要背景邏輯地址空間和物理地址空間地址變換分區(qū)存儲管理覆蓋和交換技術OperatingSystemConceptionDavidfu內(nèi)外存數(shù)據(jù)控制控制內(nèi)外存數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑河脩舫绦蚩刂疲焊采w操作系統(tǒng)控制：交換內(nèi)存的分配和回收存儲管理模塊要為每個并發(fā)執(zhí)行的進程分配內(nèi)存空間，當進程執(zhí)行結束后，存儲管理模塊又要及時回收該進程所占有的內(nèi)存資源，以便分配給其他進程OperatingSystemConceptionDavidfu交換（1）交換（swap）進程可以暫時從內(nèi)存中整體寫入外存交換區(qū)，再從外存交換區(qū)中調(diào)入指定的程序或數(shù)據(jù)到內(nèi)存中，并讓其執(zhí)行的一種內(nèi)存擴展技術。備份存儲足夠大的快速磁盤空間用來保存所有用戶的所有內(nèi)存空間的備份，并提供對內(nèi)存映射的直接訪問滾入滾出（rollinrollout）用在基于優(yōu)先權調(diào)度算法中，如果一個高優(yōu)先權的進程來了，內(nèi)存管理將先滾出低優(yōu)先權的進程，然后再滾入高優(yōu)先權的進程執(zhí)行。交換總時間＝傳輸時間＋平均延遲時間＋交換程序時間OperatingSystemConceptionDavidfu交換（2）OperatingSystemConceptionDavidfu分區(qū)存儲管理的主要優(yōu)缺點主要優(yōu)點：實現(xiàn)了多個作業(yè)或進程對內(nèi)存的共享硬件支持少，管理算法簡單，容易實現(xiàn)主要缺點：內(nèi)存利用率不高，存儲器中可能存在從未用過的信息作業(yè)或進程的大小受到分區(qū)大小的控制。無法實現(xiàn)更分區(qū)的信息共享OperatingSystemConceptionDavidfu作業(yè)下表給出了某系統(tǒng)中的空閑分區(qū)表，系統(tǒng)采用動態(tài)分區(qū)管理策略，現(xiàn)有以下作業(yè)序列：A(96K),B(20K),C(200K)如果采用最佳適應算法和首次適應算