操作系统——存储管理

操作系统——存储管理 

该部分功能：
1、地址映射（逻辑地址——>主存物理地址）
    由操作系统中的装入程序loader来完成（静态或动态<执行时重定位寄存器完成>）。
2、内存分配和回收
3、存储保护（保证用户程序在各自的存储区域内操作互不干扰）
4、提供虚拟存储技术（不受实际物理内存限制，只受cpu位数限制）

单一连续区存储管理
分区存储管理
覆盖和交换技术
页式存储管理
段页式存储管理

一、单一连续存储区管理

1、内存分为： 系统区 和 用户区  ——>应用程序装入到用户区可使用用户区全部空间。
最简单的一种内存管理方式，适用于单用户、单任务的OS.
优点： 易于管理
缺点：同单道程序一样，内存利用率低。

二、分区存储管理
原理 ：把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，每个应用进程占用一个或几个分区。
特点： 适用于多道程序系统 和 分时系统 ——>支持多个程序并发执行。

1、固定分区： 把内存划分为若干个固定大小的连续分区（大小同 或 不同）
采用数据结构： 分区表（分区号、起始地址、长度、占用标识）
优点：易于实现、开销小
缺点：存在内部碎片（分区内未被利用空间）、分区总数固定，限制了并发执行的程序数量。

2、动态创建分区：按照程序申请要求分配。
优点： 没有内部碎片 缺点：有外部碎片（难以利用的小空闲分区）

3、分区分配 与回收算法
分配——首次适应法（主要集中在内存低端，不断划分后容易产生较多小分区）、最佳适应法（找到相差最小的分区，外部小碎片会较多）、最坏适应（基本不留下小的空闲分区）

4、存储保护
用户程序间的相互干扰——界限寄存器保护、 限长寄存器

5、覆盖 和 交换技术
覆盖：一个程序的几个代码段 或 数据段， 按照时间先后占用公共的内存空间。
    较小的内存中运行较大程序，（需要程序员指定覆盖关系）
交换：将暂时不能执行的程序交换到外村，给其他就绪进程让出空间。
     增加并发进程数量，（增加处理器开销）

页式存储管理
 1、引入： 分区存储管理的主要问题是： 碎片问题， 原因： 用户程序是整体装入。
 2、原理：程序地址空间分成大小相等的页面，同时把内存也分成与页面大小相等的 块 。
           内存分配单位： 页面（块） 2的n次方 kＢ
３、优点： 没有外部碎片，最后一页可能有内碎片但不大； 程序不必连续存放；便于改变程序占用空间大小。
4、缺点： 程序仍需要全部装入内存。
5、普通状态下，访问程序数据要两次访问内存；引入联想寄存器（快表），只需要一次访问内存
改进为 请求页式存储管理

页表表项中 有特征位（标识该页是否在内存）
要访问的页面不存在——缺页中断
页面淘汰算法——FIFO、 LRU、最不常使用、最优算法
关于 “抖动”——频繁产生内外存之间的频繁调度， 原因是 页面淘汰算法不合理、分配给进程的物理页面太少

段式存储管理
 1、原理，把内存视为二维空间，与进程逻辑一致。把程序的地址空间分为若干个段（segment），程序加载时，分配存放各个段所需的物理内存，这些段不必连续；物理内存的管理采用动态分区。
2、程序通过分段划分为多个模块：代码段、数据段、共享段
3、优点： 要多大有多大，没有内碎片
4、缺点：进程全部装入内存

比较
1、分页是系统管理需要、分段是处于用户应用的需要（一条指令肯定不会跨越两个段，页有可能）
2、页大小固定，段大小不固定
3、分页是一维（各个模块链接时必须组织成一个地址空间）、分段式二维（各个段组成一个地址空间）
4、段表比页表小，可以缩短查找时间，提高访问速度。

段页式存储管理（三次访问内存）
分配单位： 段、页
逻辑清晰、且不必连续存放