第1页：第四章 存储器管理封面
第四章 存储器管理：本页为《计算机操作系统》课件封面，标注课程名称与英文名称 Operating Systems，并列出 WINDOWS、UNIX、LINUX 等常见操作系统类型。
第2页：第四章 内容目录
第四章 内容目录：笫四章存储器管理4.1存储器的层次结构4.2程序的装入和链接4.3连续分配方式4.4基本分页存储管理方式4.5基本分段存储管理方式4.6虚拟存储器的基本概念4.7请求分页存储管方式4.8页面置换算法4.9请求分段存储管理方式。
第3页：计算机系统存储层次示意
计算机系统存储层次示意：图4-1计算机系统存储层次示意制造成本趋高访问速度趋慢4.1存储器的层次结构。
第4页：物理地址空间
物理地址空间
- 把内存分成若干个大小相等的存储单元
- 存储单元占8位，称作字节（byte）
- 每个单元给一个编号
- 这个编号称为内存地址
- 物理地址、绝对地址、实地址
- 物理地址空间
- 物理地址的集合称为物理地址空间（主存地址空间）1000
第5页：逻辑地址空间
逻辑地址空间
- 生成的目标程序占据一定的地址空间，称为程序的逻辑地址空间（简称逻辑空间）
- 每个目标程序都是以0为基址顺序进行编址的
- 在逻辑空间中每条指令的地址和指令中要访问的操作数地址统称为逻辑地址。Load A 50034560100500逻辑地址空间
第6页：4.2程序的装入和链接
4.2程序的装入和链接：4.2程序的装入和链接4.2.1程序的装入。
第7页：4.2.1程序的装入
4.2.1程序的装入
第8页：绝对装入方式
绝对装入方式
- 1.绝对装入方式
- 程序中的逻辑地址与实际内存地址完全相同
- 只能将目标模块装入内存中事先指定的位置
- 绝对装入方式只适用于单道程序环境。Load A 50034560100500逻辑地址空间Load A 50034560100500物理地址空间
第9页：可重定位装入方式
可重定位装入方式
- 2.可重定位装入方式
- 根据内存的当前情况，将装入模块装入到内存的适当位置。又称静态重定位：地址变换在装入时一次完成变为：LOAD1,12500
第10页：可重定位装入方式的特点
可重定位装入方式的特点
- 可重定位装入方式特点
- 可用于多道程序环境
- 可将装入模块装入到内存中任何允许的位置
- 不允许程序运行时在内存中移动位置
- 在运行过程中它在内存中的位置可能经常要改变
- 此时就应采用动态运行时装入的方式
第11页：重定位装入的地址变换示例
重定位装入的地址变换示例：Load A, 250036502500逻辑地址空间Load A,3651000012500物理地址空间1250020000Load A,2250036522500。
第12页：动态运行时装入方式
动态运行时装入方式
- 3.动态运行时装入方式
- 在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址
- 把这种地址转换推迟到程序真正要执行时才进行
- 装入内存后的所有地址都仍是相对地址
- 地址变换发生在程序执行过程中！
- 动态重定位
第13页：4.3连续分配方式
4.3连续分配方式
- 单一连续分配
- 固定分区分配
- 动态分区分配
- 伙伴系统
- 动态重定位分区分配
第14页：4.3.1单一连续分配
4.3.1单一连续分配
- 只能用于单用户、单任务的操作系统中
- 把内存分为系统区和用户区两部分
- 系统区
- 仅提供给OS使用
- 通常是放在内存的低址部分
- 用户区
- 是指除系统区以外的全部内存空间，提供给用户使用
第15页：4.3.2固定分区分配
4.3.2固定分区分配
- 多道程序的存储管理
- 固定分区存储管理的基本思想
- 主存空间被划分成数目固定不变的分区
- 每个分区只装入一个作业
- 若多个分区中都装有作业，则它们可以并发执行
第16页：划分分区的方法
划分分区的方法
- 1．划分分区的方法
- (1)分区大小相等
- 缺点是缺乏灵活性
- 这种划分方式仍被用于利用一台计算机去控制多个相同对象的场合
- (2)分区大小不等
- 把内存区划分成含有多个较小的分区、适量的中等分区及少量的大分区
- 可根据程序的大小为之分配适当的分区
第17页：固定分区的内存分配
固定分区的内存分配
- 2．内存分配
- 通常将分区按大小进行排队，并为之建立一张分区使用表图4-5固定分区使用表20KB
第18页：4.3.3动态分区分配
4.3.3动态分区分配：动态分区分配是根据进程的实际需要，动态地为之分配内存空间。1.所用的数据结构2.分区分配算法3.分区的分配与回收操作。
第19页：分区分配中的数据结构
分区分配中的数据结构
- 1．分区分配中的数据结构
- (1)空闲分区表
- 设置一张空闲分区表，用于记录每个空闲分区的情况
- 每个空闲分区占一个表目：包括分区序号、分区始址及分区的大小等数据项
- (2)空闲分区链
第20页：分区分配算法
分区分配算法：2．分区分配算法1.首次适应算法(FirstFit)2.循环首次适应算法(next fit)3.最佳适应算法(best fit)4.最坏适应算法(worst fit)5.快速适应算法(quick fit)。
第21页：首次适应算法(FF)
首次适应算法(FF)：要求空闲分区链以地址递增的次序链接。
第22页：首次适应算法的特点
首次适应算法的特点
- 首次适应算法(first fit)
- 该算法倾向于优先利用内存中低址部分的空闲分区，从而保留了高址部分的大空闲区
- 为以后到达的大作业分配大的内存空间创造了条件
- 缺点
- 低址部分不断被划分，会留下许多难以利用的、很小的空闲分区
- 每次查找又都是从低址部分开始，这无疑会增加查找可用空闲分区时的开销
第23页：循环首次适应算法(next fit)
循环首次适应算法(next fit)
- 该算法是由首次适应算法演变而成的
- 在分配内存空间时
- 不再是每次都从链首开始查找
- 是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找
- 直至找到一个能满足要求的空闲分区
- 从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业
- 应设置一起始查寻指针，用于指示下一次起始查寻的空闲分区，并采用循环查找方式
第24页：循环首次适应算法的特点
循环首次适应算法的特点
- 循环首次适应算法(next fit)
- 使内存中的空闲分区分布得更均匀
- 减少了查找空闲分区时的开销
- 会缺乏大的空闲分区
第25页：最佳适应算法(best fit)
最佳适应算法(best fit)：为了加速寻找，该算法要求将所有的空闲分区按其容量以从小到大的顺序形成一空闲分区链。
第26页：最坏适应算法(worst fit)
最坏适应算法(worst fit)
- 优点
- 可使剩下的空闲区不至于太小，产生碎片的几率最小
- 对中、小作业有利，查找效率很高
- 缺点：它会使存储器中缺乏大的空闲分区
第27页：动态分区分配练习
动态分区分配练习
- 练习
- 在动态分区分配存储管理下，按地址排列的内存空闲区为：10K、4K、20K、18K、7K、9K、12K和15K。对于下列的连续存储区的请求：12K、10K、9K，试问：使用首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法和循环首次适应算法，哪个空闲区被使用？
第28页：首次适应分配算法
首次适应分配算法
- 要求空闲区按首址递增的次序组织空闲区表（队列）
- 顺序查找未分配区表或链表，直到找第一能满足长度要求的空闲区为止，分割此分区。按地址排列的内存空闲区为：10KB、4KB、20KB、18KB、7KB、9KB、12KB、15KB请求序列：12KB; 10KB ; 9KB :8KB9KB
第29页：最佳适应分配算法
最佳适应分配算法：要求按空闲区大小从小到大的次序组成空闲区表。
第30页：最坏适应分配算法
最坏适应分配算法：要求空闲区按大小递减的顺序组织空闲区表。
第31页：循环首次适应算法（分配流程）
循环首次适应算法（分配流程）
- 循环首次适应算法
- 要求空闲区按首址递增的次序组织空闲区表（队列）
第32页：分区分配操作：分配内存
分区分配操作：分配内存：3．分区分配操作——1)分配内存。
第33页：回收内存的四种情况
回收内存的四种情况：2)回收内存(a)只需修改其前一分区F1的大小(b)用回收区的首址作为新空闲区的首址，大小为两者之和(c)使用F1的表项和F1的首址，取消F2的表项(d)回收区既不与F1邻接，又不与F2邻接。
第34页：动态分区回收算法
动态分区回收算法
- 动态分区回收算法F1XF2F1F2F1XFAXF2变为变为变为变为XF1F1F1F2F2F1X终止前X终止后XBX
- 当作业撤离时，已分配区表中的相应状态置为“空”，而将收回的分区登记到未分配区表中
第35页：4.3.6可重定位分区分配
4.3.6可重定位分区分配：1．动态重定位的引入。
第36页：2．动态重定位的实现
2．动态重定位的实现
- 硬件地址变换机构的支持
- 地址变换过程是在程序执行期间，随着对每条指令或数据的访问自动进行的，故称为动态重定位
第37页：3．动态重定位分区分配算法
3．动态重定位分区分配算法
- 动态重定位分区分配算法与动态分区分配算法基本上相同
- 差别仅在于
- 在这种分配算法中，增加了紧凑的功能
- 通常，在找不到足够大的空闲分区来满足用户需求时进行紧凑
第38页：
第39页：4.3.7对换的引入
4.3.7对换的引入
- 通过选择一个进程，把其暂时移出到磁盘，腾出空间给其他进程使用
- 同时把磁盘中的某个进程再换进主存，让其投入运行
- 选择哪个进程换出？
- 把时间片耗尽或优先级较低的进程换出
- 因为短时间内它们不会被投入运行
第40页：整体对换与部分对换
整体对换与部分对换
- “整体对换”或“部分对换”
- “整体对换”或“进程对换”
- 对换是以整个进程为单位的
- 被广泛地应用于分时系统中
- 其目的是用来解决内存紧张问题，并可进一步提高内存的利用率
- “部分对换”（“页面对换”或“分段对换”）
- 对换是以“页”或“段”为单位进行的
- 是请求分页和请求分段式存储管理的基础
- 其目的是为了支持虚拟存储系统
第41页：对换的三大功能
对换的三大功能
第42页：对换空间的管理
对换空间的管理
- 2．对换空间的管理
- 外存分为文件区和对换区
- 文件区
- 通常的文件都是较长久地驻留在外存上
- 对文件区采取离散分配方式
- 主要目标:提高文件存储空间的利用率
- 对换区
- 进程在对换区中驻留的时间短暂的，对换操作又较频繁
- 主要目标:是提高进程换入和换出的速度
- 采取的是连续分配方式，较少考虑外存中的碎片问题
第43页：对换区中的空闲盘块管理
对换区中的空闲盘块管理
- 在系统中应配置相应的数据结构
- 以记录外存的使用情况
- 与动态分区分配方式中所用数据结构相似
- 空闲分区表
- 空闲分区链
- 每个表目中应包含两项
- 对换区的首址及其大小
- 分别用盘块号和盘块数表示
第44页：进程的换出
进程的换出
- 3．进程的换出与换入
- 进程的换出1.换出进程选择
- 选择处于阻塞状态且优先级最低的进程；2.启动磁盘，将该进程的程序和数据传送到磁盘的对换区上。3.回收内存和修改PCB
- 若传送过程未出现错误，便可回收该进程所占用的内存空间，并对该进程的进程控制块做相应的修改
第45页：进程的换入
进程的换入
- 3．进程的换出与换入
- 进程的换入
- 系统应定时地查看所有进程的状态
- 从中找出“就绪”状态但已换出的进程
- 将其中换出时间最久(换出到磁盘上)的进程作为换入进程，将之换入
- 直至已无可换入的进程或无可换出的进程为止
第46页：作业
作业：作业。
