存储器管理思维导图

计算机操作系统第四章存储器管理，存储器管理的对象是主存，也称内存。它的主要功能包括分配和回收主存空间、提高主存利用率、扩充主存、对主存信息实现有效保护。

存储器管理

• 存储器的层次结构
  • 内存管理的功能： 1.内存分配与回收 2.内存保护 3.地址映射 4.内存扩充（虚拟内存）
  • 多层结构的存储器系统
  • 主存储器与寄存器
  • 高速缓存和磁盘缓存
    • 高速缓存是介于寄存器和存储器之间的存储器，主要用于备份主存中较常用的数据，以减少处理机对于主存储器的访问次数。 目前磁盘的I/O速度远远低于主存的访问速度，为了缓和两者之间速度上的不匹配，设置了磁盘缓存。
• 程序的装入和链接
  • 用户程序在系统中运行，必须先把他装入内存，然后再将其转变为一个可执行的程序，通常经过以下步骤： 1.编译 2.链接 3.装入
  • 程序的装入
    • 绝对装入方式
      • 计算机系统很小，且仅当能运行单道程序时。
    • 可重定位装入方式（静态）
      • 多到程序环境，根据内存的具体情况将装入模块装入到内存的适当位置
    • 动态运行时的装入方式
  • 程序的链接
    • 静态链接方式
    • 装入时动态链接
    • 运行时动态链接
• 连续分配存储管理方式
  • 内存分配方式：连续分配，离散分配
  • 单一连续分配
    • 单道程序环境下，内存分为系统区和用户区
  • 固定分区分配
    • 划分分区的方法
      • 1分区大小相等：指所有的内存分区大小相同，其缺点是缺少灵活性，对于 一台计算机控制多个相同的对象的场合广泛采用。 2分区大小不等
    • 内存分配
      • 为了便于内存分配，将分区按大小进行排序，并为之建立一张分区使用表，表项包括每个分区的起始地址，大小及其状态（是否已分配）
  • 动态分区分配
    • 动态分区分配中的数据结构
      • 管理对象：空闲分区 数据结构：空闲分区表，空闲分区链
    • 动态分区分配算法
    • 分区分配操作
      • 分配内存
      • 回收内存
        • 当进程运行完毕释放内存时，系统根据回收区的首址，从空闲分区链（表）中找到相应的插入点，有以下四种情况之一： 上邻，下邻，上下相邻，上下不相邻
  • 基于顺序搜素的动态分区分配算法
    • 基于空闲分区链实现，适用于不太大的系统
    • 首次适应（FF）算法
    • 循环首次（NF）算法
    • 最佳适应（BF）算法
    • 最坏适应（WF）算法
  • 基于索引搜索的动态分区分配算法
    • 快速适应算法
    • 伙伴系统
    • 哈希算法
  • 动态可重定位分区分配
    • 紧凑
      • 紧凑技术
    • 动态重定位
      • 需要动态重定位技术，设置重定位寄存器
    • 动态重定位分区分配算法
• 对换（Swapping）
  • 对换是改善内存利用率的有效措施，也可以直接提高处理及的利用率和系统吞吐量. 将内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据调出到外存上,腾出足够的内存空间,把已具备运行条件的进程或者进程所需要的程序和数据调入内存.
• 分页存储管理方式
  • 分页存储管理的基本方法
    • 访问两次内存
    • 页面和物理块
      • 页面
      • 页面大小
    • 地址结构
      • 包含两部分内容,前一部分为页号P,后一部分为位(偏)移量W,即页内地址.
    • 页表
      • 在分页系统中,允许将进程中的各个页离散地存储在内存的任一物理块中,为保证进程任然能够正确的运行,即能在内存中找到每个页面所对应的物理块,系统又为每个进程建立了一张页面映射表,简称页表.
  • 地址变化机构
    • 页表寄存器,存放页表在内存的始址和页表的长度
    • 基本的地址变化机构
    • 具有快表的地址变换机构
      • 为了提高地址变换速度,可在地址变换机构中增设一个具有并行查询能力的特殊高速缓冲寄存器
  • 访问内存的有效时间
  • 两级和多级页表
    • 两级页表
    • 多级页表
  • 反置页表
• 分段存储管理方式
  • 分段存储管理方式的引入
    • 主要是为了满足用户(程序员)在编程和使用上多方面的要求
    • 方便编程
    • 信息共享
    • 信息保护
    • 动态增长
    • 动态链接
  • 分段系统的基本原理
    • 需要访问2次内存
    • 分段
      • 分段中的地址为这个结构: 段号+段内地址
    • 段表
      • 进程中的每个段,可以离散的装入不同的分区中,为保证系统能正常运行,就必须能从物理内存中找出每个逻辑段所对应的位置,需要为每个进程建立一张段映射表,简称段表
    • 地址变换机构
    • 分页和分段的主要区别
      • 页是信息的物理单位
      • 页的大小固定且由系统决定
      • 分页的用户程序地址空间是一维的
  • 信息共享
  • 段页式存储管理方式
    • 段表寄存器 需要访问3次内存
    • 基本原理
      • 每个段按分页方式进行管理,每个段都需要一个页表,以页为内存分配单位
    • 地址变换过程
      • 地址结构: 段号S+段内页号P+页内地址W