自考工學(xué)類(lèi)2010年“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料(3)

　　本章考核知識(shí)點(diǎn)：1、重定位2、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理3、可變分區(qū)存儲(chǔ)管理4、頁(yè)式存儲(chǔ)管理5、段式存儲(chǔ)管理6、虛擬存儲(chǔ)器

　　自學(xué)要求：明確存儲(chǔ)管理的職能是對(duì)主存儲(chǔ)器中的用戶(hù)區(qū)域進(jìn)行管理；理解在不同的管理方式下如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)、地址轉(zhuǎn)換、以及主存空間的分配和回收；比較各種管理方式的特點(diǎn)；掌握虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)原理和方法。

　　重點(diǎn)是：各種管理方式的特點(diǎn)；可變分區(qū)方式的主存分配算法以及移動(dòng)技術(shù)；分頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)以及頁(yè)面調(diào)度算法；分段式虛擬存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)。

　　操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理如同一個(gè)大地主，管著一個(gè)大莊園，當(dāng)有農(nóng)戶(hù)需要租用田地時(shí)，地主就給分配一塊地讓他種（用戶(hù)區(qū)分配）。等到地里長(zhǎng)出了果實(shí)（結(jié)果出來(lái)后，地主還得來(lái)收回這塊地（去配）。

　　為了管好這片田地，地主還要管好莊園的門(mén)，凡是要進(jìn)去種地的，都得由地主根據(jù)他的需要讓他到位置確定實(shí)際的田地上去干活。（把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址）

　　莊園里還有一些大家共同可以使用的地方，比如地主的花園，工具房等，大家可以進(jìn)去，也可以使用，但是不許改變?nèi)魏维F(xiàn)有的東東，還有，每個(gè)農(nóng)戶(hù)只能在自己的地里刨食吃，如果有人膽敢到別人地里或地主的花園里摘花偷食，可要當(dāng)心他們養(yǎng)的狼狗跳出來(lái)哦。（共享和保護(hù)）

　　當(dāng)然，再大的地也是不夠多的，地主為了多賺些錢(qián)，當(dāng)所有的地都租出去的時(shí)候，他想辦法把有些種田人暫時(shí)不種的那塊地里的東東連地皮一起挖出來(lái)放到倉(cāng)庫(kù)里先堆著。把地騰出來(lái)租給別人種（這一招可夠絕的，不過(guò)地主說(shuō)啦，這就是“虛擬存儲(chǔ)”。）

　　你說(shuō)這個(gè)地主是好是壞？？

　　概述：本章討論的是主存儲(chǔ)器空間的管理。主存儲(chǔ)空間分成系統(tǒng)區(qū)和用戶(hù)區(qū)兩部分。存儲(chǔ)管理的功能包括：主存空間的分配和去配、實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換、主存空間的區(qū)享和保護(hù)和主存空間擴(kuò)充。

　　一、重定位（領(lǐng)會(huì)）

　　1、區(qū)分邏輯地址與絕對(duì)地址。

　　絕對(duì)地址：主存儲(chǔ)器以字節(jié)為編址單位，容量為n的主存儲(chǔ)器中，每個(gè)單元有唯一的編號(hào)，從0到n-1，這個(gè)唯一的編號(hào)就是主存儲(chǔ)器的物理地址。

　　比如我們現(xiàn)在用的128MB內(nèi)存條中就有128×1024×1024=134217728字節(jié)，所以它的內(nèi)存絕對(duì)地址就是從0到134217727　　101到200號(hào)那100塊地就分給你吧，以后你要找哪塊地養(yǎng)鴨養(yǎng)魚(yú)的，就得按我給你編的號(hào)來(lái)找。每個(gè)地址都已經(jīng)加上100了，不會(huì)找錯(cuò)吧。別說(shuō)我沒(méi)講清楚哦。

　　至于動(dòng)態(tài)重定位，莊主笑道：這個(gè)我也能做到，這么實(shí)現(xiàn)的：李四來(lái)租地時(shí)，我也不問(wèn)他，直接把他帶到空閑的一片地方。派人記著這那片地的第一個(gè)地址。比如說(shuō)是100號(hào)吧。李四這個(gè)笨小子干著干著會(huì)叫起來(lái)說(shuō)：“老板，現(xiàn)在我要到32號(hào)地里抓魚(yú)！”旁邊人一聽(tīng)，馬上告訴他“哎呀，你現(xiàn)在已經(jīng)分了地啦，起始地塊是100號(hào)，那你就得到132號(hào)地去才對(duì)！”就這樣，李四每一次要找地方時(shí)，都叫別人給他重新算一下。這樣他才不會(huì)找錯(cuò)位置。這樣也有一個(gè)好處，就是如果有人出價(jià)更好，我可以讓他搬到別處去干活，反正都是叫別人給他重新算位置，所以他就不用記住搬地方后的物理地址啦。

　　（1）靜態(tài)重定位

　　在裝入一個(gè)作業(yè)時(shí)，把作業(yè)中的指令地址和數(shù)據(jù)地址全部轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。這種轉(zhuǎn)換工作是在作業(yè)開(kāi)始前集中完成的，在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中無(wú)需再進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。所以稱(chēng)為“靜態(tài)重定位”。

　?。?）動(dòng)態(tài)重定位

　　在裝入一個(gè)作業(yè)時(shí)，不進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，而是直接把作業(yè)裝到分配的主區(qū)域中。在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中，每當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)都由硬件的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。這種方式的地址轉(zhuǎn)換是在作業(yè)執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)完成的，所以稱(chēng)為動(dòng)態(tài)重定位。

　　動(dòng)態(tài)重定位由軟件（操作系統(tǒng)）和硬件（地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)）相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)重定位的系統(tǒng)支持“程序浮動(dòng)”，而靜態(tài)重定位則不能。

　　二、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理（領(lǐng)會(huì)）

　　分區(qū)存儲(chǔ)管理是把存儲(chǔ)器中的用戶(hù)區(qū)作為一個(gè)連續(xù)區(qū)或分成若干連續(xù)區(qū)進(jìn)行管理。早先使用一個(gè)分區(qū)的存儲(chǔ)管理，后發(fā)展成多分區(qū)的存儲(chǔ)管理。多個(gè)分區(qū)的管理可采用固定分區(qū)方式和可變分區(qū)方式。

　　1、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理的原理

　　固定分區(qū)的意思就是指主存空間劃分成若干連續(xù)區(qū)后，這些分區(qū)的大小和個(gè)數(shù)就固定不變。

　　固定分區(qū)管理利用一張“主存分配表”說(shuō)明各分區(qū)的情況。裝入和結(jié)束作業(yè)均通過(guò)這個(gè)分區(qū)表來(lái)記錄分區(qū)使用的變化情況。

　　2、如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)

　　固定分區(qū)管理可采用靜態(tài)重定位的方式裝入作業(yè)。裝入程序把作業(yè)中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址。并檢查絕對(duì)地址是否在指定（裝入）的分區(qū)內(nèi)，如果是，就裝入這個(gè)作業(yè)。否則就不能裝入。如果裝入主存分區(qū)的作業(yè)占用處理器時(shí)（注意，是運(yùn)行時(shí)），進(jìn)程調(diào)度程序（不是裝入程序了）必須把作業(yè)所在分區(qū)的上下限地址存入“下限寄存器”和“上限寄存器”中，這樣可以在指令執(zhí)行中判斷其所用到的絕對(duì)地址是否越界，達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù)的目的。

　　3、怎樣提高主存空間的利用率這里有幾種辦法：

　?。?）分區(qū)按大小順序排列，這樣可以使作業(yè)總是先使用滿(mǎn)足要求的最小分區(qū)。

　?。?）根據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)的作業(yè)大小和頻率劃分分區(qū)。

　　（3）按作業(yè)的對(duì)主存空間的需求量排成多個(gè)隊(duì)列，規(guī)定隊(duì)列與分區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是說(shuō)多大的作業(yè)只能放在多大的分區(qū)里，就算有更大的分區(qū)空著，也不許他進(jìn)入。

　　三、可變分區(qū)的管理（領(lǐng)會(huì)）

　　可變就是指分區(qū)的大小和位置不是固定的，而是根據(jù)作業(yè)要求的主存量來(lái)分配分區(qū)的大小。

　　1、主存的分配和去配（回收）

　　在系統(tǒng)初始化時(shí)，主存除了操作系統(tǒng)所占部分外，整個(gè)用戶(hù)區(qū)是　　大的空閑區(qū)，可以按作業(yè)需要的空間大小順序分配空閑區(qū)直到不夠時(shí)為止。

　　當(dāng)作業(yè)結(jié)束時(shí)，它的占用分區(qū)被收回。這個(gè)空閑區(qū)又可以根據(jù)新作業(yè)的大小重新用于分配，所以主存中的已占分區(qū)和空閑區(qū)的數(shù)目和大小都是在變化的?？梢杂脙蓮埍怼耙逊峙鋮^(qū)表”和“空閑區(qū)表”來(lái)記錄和管理。

　　2、常用的分配算法

　　最先適應(yīng)分配算法：簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在分區(qū)表中順序查找，找到夠大的空閑區(qū)就分配。但是這樣的分配算法可能形成許多不連續(xù)的空閑區(qū)，造成許多“碎片”，使主存空間利用率降低。

　　最優(yōu)適應(yīng)分配算法：這種算法總是挑選一個(gè)能滿(mǎn)足作業(yè)要求的最小空閑區(qū)。但是這種算法可能形成一些極小的空閑區(qū)，以致無(wú)法使用，這也會(huì)影響主存利用率。

　　最壞適應(yīng)分配算法：這種算法和上面的正好相反，它總是挑一個(gè)最大的空閑區(qū)分給作業(yè)使用，使剩下的空間不至于太小。

　　3、地址轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)保護(hù)

　　采用可變分區(qū)方式管理時(shí)，一般均采用動(dòng)態(tài)重定位方式裝入作業(yè)。也就是每讀一條指令，都要變換一次地址。變換要靠硬件支持，主要是兩個(gè)寄存器：基址寄存器和限長(zhǎng)寄存器，限長(zhǎng)寄存器存放作業(yè)所占分區(qū)的長(zhǎng)度，基址寄存器則存放作業(yè)所占分區(qū)的起始地址，這兩個(gè)值確定了一個(gè)分區(qū)的位置和大小。

　　轉(zhuǎn)換時(shí)根據(jù)邏輯地址與限長(zhǎng)值比較，如果不有超過(guò)這個(gè)值，表示訪問(wèn)地址合法，再加上基址寄存器中的值就得到了絕對(duì)地址了，否則形成“地址越界”中斷。達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù)的目的。

　　對(duì)于共享程序，則硬件提供兩組限長(zhǎng)寄存器和基址寄存器。訪問(wèn)時(shí)對(duì)訪問(wèn)區(qū)享區(qū)和作業(yè)區(qū)的地址分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　4、移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

　　移動(dòng)技術(shù)要“移動(dòng)”的東東就是主存空間中的作業(yè)。把某個(gè)作業(yè)移到另一處主存空間去（在磁盤(pán)整理中我們應(yīng)用的也是類(lèi)似的移動(dòng)技術(shù)），這樣的最大好處就是可以合并一些空閑區(qū)。

　　但是移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用也要注意以下問(wèn)題。

　　移動(dòng)會(huì)增加系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。所以要盡量減少移動(dòng)。

　　移動(dòng)是有條件的，如果作業(yè)在執(zhí)行過(guò)程中正等待與外圍設(shè)備傳輸信息，就不能移動(dòng)。因此在移動(dòng)時(shí)首先要判定該作業(yè)是否與外設(shè)交換信息。

　　四、頁(yè)式存儲(chǔ)管理（領(lǐng)會(huì)）

　　1、如何分頁(yè)和分塊

　　頁(yè)式存儲(chǔ)管理中有兩個(gè)名詞：“頁(yè)”和“塊”，其中的“塊”是針對(duì)硬件來(lái)說(shuō)的，就是把存儲(chǔ)器分成若干相等大小的區(qū)，每個(gè)區(qū)就稱(chēng)為一個(gè)塊。對(duì)應(yīng)的，在程序中，邏輯地址進(jìn)行“分頁(yè)”，其大小和每個(gè)塊相一致。

　　事實(shí)上，頁(yè)面的大小是由塊的大小自然決定的。對(duì)于程序來(lái)說(shuō)，其邏輯地址還是和原來(lái)一樣采用連續(xù)的地址。只是按照塊的位數(shù)取其前面數(shù)位做為頁(yè)號(hào)。

　　分配空間時(shí)，根據(jù)作業(yè)長(zhǎng)度可以確定它的頁(yè)面數(shù)，根據(jù)這個(gè)頁(yè)面數(shù)在主存中分配相應(yīng)的塊數(shù)，只要是空閑塊就可以放入，即使不是相鄰的。并把分配情況記在“頁(yè)表”中，根據(jù)頁(yè)表可以找到相對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)與塊號(hào)，就得出絕對(duì)地址了。

　　2、采用頁(yè)式管理，使主存空間充分利用，頁(yè)不必為了得到連續(xù)空間而進(jìn)行移動(dòng)?？梢蕴岣呦到y(tǒng)效率。

　　3、頁(yè)表的構(gòu)造與作用

　　每個(gè)被裝入主存的作業(yè)都有一張頁(yè)表，指出該作業(yè)邏輯地址中的頁(yè)號(hào)與所占用的主存塊號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。頁(yè)表的長(zhǎng)度由作頁(yè)擁有的頁(yè)面數(shù)決定，行號(hào)對(duì)應(yīng)為頁(yè)號(hào)，行中記錄的是主存中的塊號(hào)。

　　頁(yè)表是硬件進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換的依據(jù)，每執(zhí)行一條指令　　時(shí)按邏輯地址中的頁(yè)號(hào)查找頁(yè)表并轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。

　　在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，進(jìn)入主存的每個(gè)作業(yè)都有一張頁(yè)表，由一個(gè)硬件“頁(yè)表控制寄存器”來(lái)記錄每個(gè)作業(yè)