清華大學(xué)操作系統(tǒng)講義第09講存儲(chǔ)管理ppt課件.ppt

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1、第九講操作系統(tǒng)與系統(tǒng)編程諶衛(wèi)軍清華大學(xué)軟件學(xué)院2004年春季4.3.2段式存儲(chǔ)管理頁式存儲(chǔ)管理（和分區(qū)存儲(chǔ)管理）只有一個(gè)邏輯地址空間，即一維的線性連續(xù)空間，從0到某個(gè)最大的邏輯地址。但是從程序員的角度來說，一個(gè)程序是由一組模塊（片段）所組成的，每個(gè)片段是一個(gè)邏輯單元，如：主程序、函數(shù)、全局變量、棧、符號(hào)表等。為了體現(xiàn)這些邏輯單元的獨(dú)立性，便于它們的共享、保護(hù)和修改，人們提出了段式存儲(chǔ)管理的方法。1.基本原理對(duì)于程序當(dāng)中的每一個(gè)邏輯單元，設(shè)立一個(gè)完全獨(dú)立的地址空間，稱為“段”。在每個(gè)段的內(nèi)部，是一維的線性連續(xù)地址，從0一直到某個(gè)最大的地址。每個(gè)段的大小一般是不相等的，它所包含的內(nèi)

2、容也是不一樣的；對(duì)于物理內(nèi)存來說，采用可變分區(qū)（動(dòng)態(tài)分區(qū)）的管理方法；當(dāng)一個(gè)程序需要裝入內(nèi)存時(shí)，以段為單位進(jìn)行分配，把每一個(gè)段裝入到一個(gè)內(nèi)存分區(qū)當(dāng)中，這些內(nèi)存分區(qū)不必是連續(xù)的。1423物理內(nèi)存空間用戶空間1324子函數(shù)主函數(shù)棧符號(hào)表0n2.具體實(shí)現(xiàn)在段式存儲(chǔ)管理當(dāng)中，為了指明用戶空間當(dāng)中的某個(gè)地址，程序必須給出一個(gè)二元的地址組：〈段號(hào)，段內(nèi)偏移地址〉段表：系統(tǒng)為每一個(gè)進(jìn)程都建立了一個(gè)段表，它給出了進(jìn)程當(dāng)中的每一個(gè)段與它所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存分區(qū)之間的映射關(guān)系。所對(duì)應(yīng)內(nèi)存分區(qū)的起始地址段長(zhǎng)度1400100063004004300400段號(hào)012段表比較頁表段表的具體實(shí)現(xiàn)：段表保存在內(nèi)存當(dāng)中

3、；設(shè)置一個(gè)段表基地址寄存器（Segment-tablebaseregister，STBR），用來指向內(nèi)存當(dāng)中段表的起始地址；設(shè)置一個(gè)段表長(zhǎng)度寄存器（Segment-tablelengthregister，STLR），用來指示段表的大小，即程序當(dāng)中的段的個(gè)數(shù)；段式地址映射PhysicalAddress段式地址映射舉例3.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：程序通過分段來劃分多個(gè)模塊，每個(gè)模塊可以分別編寫和編譯，可以針對(duì)不同類型的段采取不同的保護(hù)，可以按段為單位來進(jìn)行共享；一個(gè)程序不必連續(xù)存放，沒有內(nèi)碎片；便于改變進(jìn)程所占用空間的大小。缺點(diǎn)：程序必須全部裝入內(nèi)存、外碎片等。4.3.3頁式管理與段式管理的比

4、較分頁是出于系統(tǒng)管理的需要，分段是出于用戶應(yīng)用的需要。頁式：為減少碎片，提高內(nèi)存的使用效率，因此把內(nèi)存劃分為許多個(gè)固定大小的物理頁面。相應(yīng)的，把邏輯地址空間也劃分為大小相同的邏輯頁面；段式：為了實(shí)現(xiàn)程序當(dāng)中的各個(gè)邏輯單元的獨(dú)立性，便于它們的共享、保護(hù)和修改，從而為每一個(gè)邏輯單元設(shè)立一個(gè)單獨(dú)的“段”。相應(yīng)的，在物理內(nèi)存的分配和回收上，采用可變分區(qū)的存儲(chǔ)管理方法。程序員對(duì)所采用的存儲(chǔ)管理技術(shù)的關(guān)注：頁式：對(duì)于程序員而言，頁式存儲(chǔ)管理完全是透明的，不必關(guān)心。對(duì)邏輯地址空間的分頁，是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，每個(gè)頁面當(dāng)中的內(nèi)容，也是偶然的。程序員甚至不知道分頁的發(fā)生。段式：程序員知道各個(gè)邏輯單

5、元的存在，因此可以對(duì)它們進(jìn)行不同的處理。頁大小是系統(tǒng)固定的，而段大小則通常不固定；通常段比頁大，因此段表比頁表短，可以縮短查找時(shí)間，提高訪問速度；從邏輯地址的表示來看：頁式：邏輯地址是一維的線性連續(xù)地址，各模塊在鏈接時(shí)必須組織成同一個(gè)地址空間；段式：邏輯地址是二維的，即段號(hào)和段內(nèi)的偏移地址，各個(gè)模塊在鏈接時(shí)可以為每個(gè)段組織一個(gè)地址空間。從退化形式來看：頁式：如果頁面比較大，能裝下整個(gè)程序，那么就退化為一種固定分區(qū)的方法；段式：如果段的個(gè)數(shù)為1，那么就退化為一種可變分區(qū)的方法。4.3.4段頁式存儲(chǔ)管理段式存儲(chǔ)和頁式存儲(chǔ)各有特點(diǎn)：段式存儲(chǔ)管理為用戶提供了一個(gè)二維的邏輯地址空間，可以

6、滿足程序和信息的邏輯分段要求，反映了程序的邏輯結(jié)構(gòu)，有利于段的共享、保護(hù)和動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)；頁式存儲(chǔ)管理的特征是等分內(nèi)存，它有效地克服了碎片問題，提高了內(nèi)存的利用率。為了保持頁式在存儲(chǔ)管理上的優(yōu)點(diǎn)和段式在邏輯上的優(yōu)點(diǎn)，人們又提出了段頁式存儲(chǔ)管理技術(shù)?；舅枷耄合劝殉绦騽澐譃槎?，然后在段內(nèi)分頁。邏輯地址：內(nèi)存劃分：按頁式存儲(chǔ)管理方案內(nèi)存分配：以頁面為單位進(jìn)行分配段號(hào)段內(nèi)地址頁號(hào)頁內(nèi)地址具體實(shí)現(xiàn)：段表：記錄了每一段的頁表起始地址和頁表長(zhǎng)度，而不是該段所在內(nèi)存分區(qū)的起始地址。頁表：記錄了邏輯頁面號(hào)與物理頁面號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（每一段有一個(gè)，一個(gè)程序可能有多個(gè)頁表）需要的硬件支持：段表基地址寄

7、存器（STBR）和段表長(zhǎng)度寄存器（STLR）。段頁式地址映射（本圖摘自Silberschatz,GalvinandGagne：“OperatingSystemConcepts”）4.4覆蓋技術(shù)與交換技術(shù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，尤其是在多道程序環(huán)境下,可能會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存不夠用的情況，怎么辦？如果是程序太大，超過了內(nèi)存的容量，可以采用覆蓋（overlay）技術(shù)，只把需要的指令和數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存當(dāng)中；如果是程序太多，超過了內(nèi)存的容量，可以采用交換（swapping）技術(shù)，把暫時(shí)不能執(zhí)行的程序送到外存中；如果想要