存儲(chǔ)管理

存儲(chǔ)管理的對(duì)象時(shí)主存（內(nèi)存）苛白。存儲(chǔ)管理的主要功能包括回收主存空間、提高主存利用率退客、擴(kuò)充主存骏融、對(duì)主存信息實(shí)施有效保護(hù)。

1. 基本概念

1.1 存儲(chǔ)器的機(jī)構(gòu)

一般存儲(chǔ)器的機(jī)構(gòu)有“寄存器-主存-外存”結(jié)構(gòu)和“寄存器-緩存-主存-外存”結(jié)構(gòu)萌狂。如下圖所示档玻，存儲(chǔ)組織的功能時(shí)在存儲(chǔ)技術(shù)和CPU尋址技術(shù)允許的范圍內(nèi)組織合理的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，使得各個(gè)層次的存儲(chǔ)器都處于均衡的繁忙狀態(tài)茫藏。

在這里插入圖片描述

1.2 地址重定位

地址重定位是把邏輯地址變?yōu)橹鞔嫖锢淼刂返倪^程烘豹。在可執(zhí)行文件裝入時(shí)瓜贾，需要解決可執(zhí)行文件地址（指令和數(shù)據(jù)）與主存地址的對(duì)于關(guān)系诺祸，這個(gè)個(gè)由操作系統(tǒng)的loader和地址重定位機(jī)構(gòu)來完成。地址重定位分為靜態(tài)地址重定位和動(dòng)態(tài)地址重定位祭芦。
（一）靜態(tài)地址重定位筷笨。程序裝入主存時(shí)完成邏輯地址到物理地址的變換，在程序執(zhí)行期間將不會(huì)再變化。無需硬件的支持胃夏，早期操作系統(tǒng)都用這種重定位方案轴或。缺點(diǎn)是必須給作業(yè)分配一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)空間，作業(yè)執(zhí)行期間不能擴(kuò)充空間仰禀，不能在主存中移動(dòng)照雁，多個(gè)作業(yè)難以共享主存中的同一程序的副本和數(shù)據(jù)。
（二）動(dòng)態(tài)地址重定位答恶。在程序允許期間完成邏輯地址到物理地址的變換饺蚊。依賴硬件地址變換機(jī)構(gòu)來完成，如基地址寄存器BR悬嗓。優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)執(zhí)行期間程序和數(shù)據(jù)可以換入和換出主存污呼，解決主存空間不足問題；可在主存中移動(dòng)包竹，把主存中的碎片集中起來燕酷，可以充分利用空間；不必連續(xù)的主存空間周瞎，可利用小的主存塊苗缩；可以實(shí)現(xiàn)多作業(yè)數(shù)據(jù)共享。

2. 存儲(chǔ)管理方案

存儲(chǔ)管理方法是解決多用使用主存的問題声诸。

2.1 分區(qū)存儲(chǔ)管理

分區(qū)存儲(chǔ)管理是早期的存儲(chǔ)管理方案挤渐，把主存的用戶區(qū)劃分為若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分配給一個(gè)作業(yè)使用双絮，并限定它們只能在自己的區(qū)域中運(yùn)行浴麻。根據(jù)分區(qū)的劃分方式不同，可分為固定分區(qū)囤攀、可變分區(qū)和可重定位分區(qū)软免。

（一）固定分區(qū)膏萧。是一種靜態(tài)分區(qū)方式。在操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)就已經(jīng)將主存劃分為若干個(gè)分區(qū)蝌衔，每個(gè)分區(qū)大小可不等榛泛。作業(yè)使用的空間不小不一定剛好等于分區(qū)的大小，造成了一定的浪費(fèi)噩斟。
（二）可變分區(qū)曹锨。是一種動(dòng)態(tài)分區(qū)方式√暝剩可變分區(qū) 存儲(chǔ)管理 不是預(yù)先把內(nèi)存中的用戶區(qū)域劃分成若干固定分區(qū)沛简，而是在作業(yè)要求裝入內(nèi)存時(shí)齐鲤，根據(jù)用戶作業(yè)的大小和當(dāng)時(shí)內(nèi)存空間使用情況決定是否為該作業(yè)分配一個(gè)分區(qū)。因此分區(qū)大小不是預(yù)先固定的椒楣，而是按作業(yè)需求量來劃分的给郊；分區(qū)的個(gè)數(shù)和位置也不是預(yù)先確定的。它有效地克服了固定分區(qū)方式中捧灰，由于分區(qū)內(nèi)部剩余內(nèi)存空置造成浪費(fèi)的問題淆九。

1. 采用地址動(dòng)態(tài)重定位技術(shù)，使程序能在內(nèi)存中移動(dòng)毛俏，為空閑區(qū)合并提供保證吩屹。
2. 記住各分區(qū)的使用情況，當(dāng)一個(gè)分區(qū)被釋放時(shí)拧抖，要能判定它的前煤搜、后分區(qū)是否為空閑區(qū)。若是空閑區(qū)唧席，就進(jìn)行合并擦盾，形成一個(gè)大的空閑區(qū)
3. 給出分區(qū)分配算法，在有多個(gè)空閑區(qū)都滿足作業(yè)的存儲(chǔ)請(qǐng)求時(shí)淌哟，決定分配哪一個(gè)

（三）可重定位分區(qū)迹卢。解決碎片化問題的有效方法⊥讲郑基本思想是移動(dòng)已經(jīng)分配好的分區(qū)腐碱，使之成為一個(gè)連續(xù)區(qū)域。移動(dòng)的時(shí)機(jī)可以是申請(qǐng)分區(qū)得不到滿足時(shí)或作業(yè)執(zhí)行完畢時(shí)掉弛，移動(dòng)分區(qū)的代價(jià)很大症见，一般時(shí)申請(qǐng)分區(qū)無法滿足時(shí)才進(jìn)行。

分區(qū)保護(hù)

分區(qū)保護(hù)的目的是防止未經(jīng)允許的用戶訪問分區(qū)殃饿，常用如下兩種方式谋作。

1. 采用上界/下界寄存器保護(hù)。上界寄存器存放作業(yè)的裝入地址乎芳，下界寄存器存放作業(yè)的結(jié)束地址遵蚜，形成的物理地址滿足如下條件：
   <div align="center" > 上界寄存器 <= 物理地址 <= 下界寄存器</div>

2. 采用基址/限長寄存器保護(hù)∧位螅基址寄存器存放作業(yè)的裝入地址吭净，限長寄存器存放作業(yè)的長度，形成的物理地址滿足如下條件：
   <div align="center" > 基址寄存器 <= 物理地址 <= 基址寄存器+限長寄存器</div>

2.2 分頁存儲(chǔ)管理

在上面的分區(qū)存儲(chǔ)管理可以解決多道程序共享主存的問題肴甸，但是該方案的用戶程序必須裝入連續(xù)的一段空間寂殉，當(dāng)空間不足時(shí)需要進(jìn)行分區(qū)靠攏操作，而分區(qū)靠攏時(shí)非常耗費(fèi)系統(tǒng)時(shí)間的雷滋。下面引入分頁存儲(chǔ)方案不撑。
（一）分頁原理文兢。將一個(gè)進(jìn)程的地址空間劃分為若干個(gè)大小相等的區(qū)域晤斩，稱為頁焕檬。相應(yīng)的，在主存空間中劃分出相同大小的若干個(gè)物理塊澳泵，成為塊或頁框实愚。為進(jìn)程分配主存時(shí)，將進(jìn)程的若干也分別裝入多個(gè)不相鄰的塊中兔辅。
（二）地址結(jié)構(gòu)腊敲。分頁系統(tǒng)的地址結(jié)構(gòu)由頁號(hào)和偏移量（頁內(nèi)地址）兩部份組成。地址總共32位维苔，0-11位為頁內(nèi)地址（每頁大小為4KB）碰辅，12-31位為頁號(hào)，得出一個(gè)進(jìn)程最多可以分配1MB個(gè)頁介时。

在這里插入圖片描述

（三）頁表