分區式存儲管理中硬體提供的支持
Ⅰ 在基本段式存儲管理系統中，邏輯地址由什麼構成
存儲管理的基本原理內存管理方法
內存管理主要包括內存分配和回收、地址變換、內存擴充、內存共享和保護等功能。
下面主要介紹連續分配存儲管理、覆蓋與交換技術以及頁式與段式存儲管理等基本概念和原理。
1． 連續分配存儲管理方式
連續分配是指為一個用戶程序分配連續的內存空間。連續分配有單一連續存儲管理和分區式儲管理兩種方式。
(1)單一連續存儲管理
在這種管理方式中，內存被分為兩個區域：系統區和用戶區。應用程序裝入到用戶區，可使用用戶區全部空間。其特點是，最簡單，適用於單用戶、單任務的操作系統。CP／M和dos 2．0以下就是採用此種方式。這種方式的最大優點就是易於管理。但也存在著一些問題和不足之處，例如對要求內存空間少的程序，造成內存浪費；程序全部裝入，使得很少使用的程序部分也佔用—定數量的內存。
(2)分區式存儲管理
為了支持多道程序系統和分時系統，支持多個程序並發執行，引入了分區式存儲管理。分區式存儲管理是把內存分為一些大小相等或不等的分區，操作系統佔用其中一個分區，其餘的分區由應用程序使用，每個應用程序佔用一個或幾個分區。分區式存儲管理雖然可以支持並發，但難以進行內存分區的共享。
分區式存儲管理引人了兩個新的問題：內碎片和外碎片。前者是佔用分區內未被利用的空間，後者是佔用分區之間難以利用的空閑分區(通常是小空閑分區)。為實現分區式存儲管理，操作系統應維護的數據結構為分區表或分區鏈表。表中各表項一般包括每個分區的起始地址、大小及狀態(是否已分配)。
分區式存儲管理常採用的一項技術就是內存緊縮(compaction)：將各個佔用分區向內存一端移動，然後將各個空閑分區合並成為一個空閑分區。這種技術在提供了某種程度上的靈活性的同時，也存在著一些弊端，例如：對佔用分區進行內存數據搬移佔用cpu~t寸間；如果對佔用分區中的程序進行「浮動」，則其重定位需要硬體支持。
1)固定分區(nxedpartitioning)。
固定式分區的特點是把內存劃分為若干個固定大小的連續分區。分區大小可以相等：這種作法只適合於多個相同程序的並發執行(處理多個類型相同的對象)。分區大小也可以不等：有多個小分區、適量的中等分區以及少量的大分區。根據程序的大小，分配當前空閑的、適當大小的分區。這種技術的優點在於，易於實現，開銷小。缺點主要有兩個：內碎片造成浪費；分區總數固定，限制了並發執行的程序數目。
2)動態分區(dynamic partitioning)。
動態分區的特點是動態創建分區：在裝入程序時按其初始要求分配，或在其執行過程中通過系統調用進行分配或改變分區大小。與固定分區相比較其優點是：沒有內碎片。但它卻引入了另一種碎片——外碎片。動態分區的分區分配就是尋找某個空閑分區，其大小需大於或等於程序的要求。若是大於要求，則將該分區分割成兩個分區，其中一個分區為要求的大小並標記為「佔用」，而另一個分區為餘下部分並標記為「空閑」。分區分配的先後次序通常是從內存低端到高端。動態分區的分區釋放過程中有一個要注意的問題是，將相鄰的空閑分區合並成一個大的空閑分區。
下面列出了幾種常用的分區分配演算法：
首先適配法(nrst-fit)：按分區在內存的先後次序從頭查找，找到符合要求的第一個分區進行分配。該演算法的分配和釋放的時間性能較好，較大的空閑分區可以被保留在內存高端。但隨著低端分區不斷劃分會產生較多小分區，每次分配時查找時間開銷便會增大。
下次適配法(next-fit)：按分區在內存的先後次序，從上次分配的分區起查找(到最後{區時再從頭開始}，找到符合要求的第一個分區進行分配。該演算法的分配和釋放的時間性能較好，使空閑分區分布得更均勻，但較大空閑分區不易保留。
最佳適配法(best-fit)：按分區在內存的先後次序從頭查找，找到其大小與要求相差最小的空閑分區進行分配。從個別來看，外碎片較小；但從整體來看，會形成較多外碎片優點是較大的空閑分區可以被保留。
最壞適配法(worst- fit)：按分區在內存的先後次序從頭查找，找到最大的空閑分區進行分配。基本不留下小空閑分區，不易形成外碎片。但由於較大的空閑分區不被保留，當對內存需求較大的進程需要運行時，其要求不易被滿足。
2．覆蓋和交換技術
引入覆蓋(overlay)技術的目標是在較小的可用內存中運行較大的程序。這種技術常用於多道程序系統之中，與分區式存儲管理配合使用。覆蓋技術的原理很簡單，一個程序的幾個代碼段或數據段，按照時間先後來佔用公共的內存空間。將程序必要部分(常用功能)的代碼和數據常駐內存；可選部分(不常用功能)平時存放在外存(覆蓋文件)中，在需要時才裝入內存。不存在調用關系的模塊不必同時裝入到內存，從而可以相互覆蓋。覆蓋技術的缺點是編程時必須劃分程序模塊和確定程序模塊之間的覆蓋關系，增加編程復雜度；從外存裝入覆蓋文件，以時間延長換取空間節省。覆蓋的實現方式有兩種：以函數庫方式實現或操作系統支持。
交換(swapping)技術在多個程序並發執行時，可以將暫時不能執行的程序送到外存中，從而獲得空閑內存空間來裝入新程序，或讀人保存在外存中而處於就緒狀態的程序。交換單位為整個進程的地址空間。交換技術常用於多道程序系統或小型分時系統中，與分區式存儲管理配合使用又稱作「對換」或「滾進／滾出」(roll-in／roll-out)。其優點之一是增加並發運行的程序數目，並給用戶提供適當的響應時間；與覆蓋技術相比交換技術另一個顯著的優點是不影響程序結構。交換技術本身也存在著不足，例如：對換人和換出的控制增加處理器開銷；程序整個地址空間都進行對換，沒有考慮執行過程中地址訪問的統計特性。
3．頁式和段式存儲管理
在前面的幾種存儲管理方法中，為進程分配的空間是連續的，使用的地址都是物理地址。如果允許將一個進程分散到許多不連續的空間，就可以避免內存緊縮，減少碎片。基於這一思想，通過引入進程的邏輯地址，把進程地址空間與實際存儲空間分離，增加存儲管理的靈活性。地址空間和存儲空間兩個基本概念的定義如下：
地址空間：將源程序經過編譯後得到的目標程序，存在於它所限定的地址范圍內，這個范圍稱為地址空間。地址空間是邏輯地址的集合。
存儲空間：指主存中一系列存儲信息的物理單元的集合，這些單元的編號稱為物理地址存儲空間是物理地址的集合。
根據分配時所採用的基本單位不同，可將離散分配的管理方式分為以下三種
段式存儲管理和段頁式存儲管理。其中段頁式存儲管理是前兩種結合的產物。
(1)頁式存儲管理
1)基本原理。將程序的邏輯地址空間劃分為固定大小的頁(page)，而物理內存劃分為同樣大小的頁框(pageframe)。程序載入時，可將任意一頁放人內存中任意一個頁框，這些頁框不必連續，從而實現了離散分配。該方法需要cpu的硬體支持，來實現邏輯地址和物理地址之間的映射。在頁式存儲管理方式中地址結構由兩部構成，前一部分是頁號，後一部分為頁內地址，如圖4-2所示。
這種管理方式的優點是，沒有外碎片，每個內碎片不超過頁大比前面所討論的幾種管理方式的最大進步是，一個程序不必連續存放。這樣就便於改變程序佔用空間的大小(主要指隨著程序運行，動態生成的數據增多，所要求的地址空間相應增長)。缺點是仍舊要求程序全部裝入內存，沒有足夠的內存，程序就不能執行。
2)頁式管理的數據結構。在頁式系統中進程建立時，操作系統為進程中所有的頁分配頁框。當進程撤銷時收回所有分配給它的頁框。在程序的運行期間，如果允許進程動態地申請空間，操作系統還要為進程申請的空間分配物理頁框。操作系統為了完成這些功能，必須記錄系統內存中
實際的頁框使用情況。操作系統還要在進程切換時，正確地切換兩個不同的進程地址空間到物理內存空間的映射。這就要求操作系統要記錄每個進程頁表的相關信息。為了完成上述的功能，—個頁式系統中，一般要採用如下的數據結構。
進程頁表：完成邏輯頁號(本進程的地址空間)到物理頁面號(實際內存空間)的映射。
每個進程有一個頁表，描述該進程佔用的物理頁面及邏輯排列順序。
物理頁面表：整個系統有一個物理頁面表，描述物理內存空間的分配使用狀況，其數據結構可採用位示圖和空閑頁鏈表。
請求表：整個系統有一個請求表，描述系統內各個進程頁表的位置和大小，用於地址轉換也可以結合到各進程的pcb(進程式控制制塊)里。
3）頁式管理地址變換
在頁式系統中，指令所給出的地址分為兩部分：邏輯頁號和頁內地址。cpu中的內存管理單元(mmu)按邏輯頁號通過查進程頁表得到物理頁框號，將物理頁框號與頁內地址相加形成物理地址(見圖4-3)。上述過程通常由處理器的硬體直接完成，不需要軟體參與。通常，操作系統只需在進程切換時，把進程頁表的首地址裝入處理器特定的寄存器中即可。一般來說，頁表存儲在主存之中。這樣處理器每訪問一個在內存中的操作數，就要訪問兩次內存。第一次用來查找頁表將操作數的邏輯地址變換為物理地址；第二次完成真正的讀寫操作。這樣做時間上耗費嚴重。為縮短查找時間，可以將頁表從內存裝入cpu內部的關聯存儲器(例如，快表)中，實現按內容查找。此時的地址變換過程是：在cpu給出有效地址後，由地址變換機構自動將頁號送人快表，並將此頁號與快表中的所有頁號進行比較，而且這種比較是同時進行的。若其中有與此相匹配的頁號，表示要訪問的頁的頁表項在快表中。於是可直接讀出該頁所對應的物理頁號，這樣就無需訪問內存中的頁表。由於關聯存儲器的訪問速度比內存的訪問速度快得多。
(2)段式存儲管理
1)基本原理。
在段式存儲管理中，將程序的地址空間劃分為若干個段(segment)，這樣每個進程有一個二維的地址空間。在前面所介紹的動態分區分配方式中，系統為整個進程分配一個連續的內存空間。而在段式存儲管理系統中，則為每個段分配一個連續的分區，而進程中的各個段可以不連續地存放在內存的不同分區中。程序載入時，操作系統為所有段分配其所需內存，這些段不必連續，物理內存的管理採用動態分區的管理方法。在為某個段分配物理內存時，可以採用首先適配法、下次適配法、最佳適配法等方法。在回收某個段所佔用的空間時，要注意將收回的空間與其相鄰的空間合並。段式存儲管理也需要硬體支持，實現邏輯地址到物理地址的映射。程序通過分段劃分為多個模塊，如代碼段、數據段、共享段。這樣做的優點是：可以分別編寫和編譯源程序的一個文件，並且可以針對不同類型的段採取不同的保護，也可以按段為單位來進行共享。總的來說，段式存儲管理的優點是：沒有內碎片，外碎片可以通過內存緊縮來消除；便於實現內存共享。缺點與頁式存儲管理的缺點相同，進程必須全部裝入內存。
2)段式管理的數據結構。
為了實現段式管理，操作系統需要如下的數據結構來實現進程的地址空間到物理內存空間的映射，並跟蹤物理內存的使用情況，以便在裝入新的段的時候，合理地分配內存空間。
·進程段表：描述組成進程地址空間的各段，可以是指向系統段表中表項的索引。每段有段基址(baseaddress)。
·系統段表：系統所有佔用段。
·空閑段表：內存中所有空閑段，可以結合到系統段表中。
3)段式管理的地址變換。
在段式管理系統中，整個進程的地址空間是二維的，即其邏輯地址由段號和段內地址兩部分組成。為了完成進程邏輯地址到物理地址的映射，處理器會查找內存中的段表，由段號得到段的首地址，加上段內地址，得到實際的物理地址(見圖4—4)。這個過程也是由處理器的硬體直接完成的，操作系統只需在進程切換時，將進程段表的首地址裝入處理器的特定寄存器當中。這個寄存器一般被稱作段表地址寄存器。
4．頁式和段式系統的區別
頁式和段式系統有許多相似之處。比如，兩者都採用離散分配方式，且都通過地址映射機構來實現地址變換。但概念上兩者也有很多區別，主要表現在：
·頁是信息的物理單位，分頁是為了實現離散分配方式，以減少內存的外零頭，提高內存的利用率。或者說，分頁僅僅是由於系統管理的需要，而不是用戶的需要。段是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對完整的信息。分段的目的是為了更好地滿足用戶的需要。
·頁的大小固定且由系統決定，把邏輯地址劃分為頁號和頁內地址兩部分，是由機器硬體實現的。段的長度不固定，且決定於用戶所編寫的程序，通常由編譯系統在對源程序進行編譯時根據信息的性質來劃分。
·頁式系統地址空間是一維的，即單一的線性地址空間，程序員只需利用一個標識符，即可表示一個地址。分段的作業地址空間是二維的，程序員在標識一個地址時，既需給出段名，又需給出段內地址。
原理作業10. 頁式存儲管理和段式存儲管理的工作原理特點、特點
及優劣。
答：頁式管理的基本思想是：為了更好地利用分區存儲管理中
所產生的"零頭"問題，允許把一個作業存放在不連續的內存塊中，
又可以連續運行，它允許只調入用戶作業中常用部分，不常用部分
不長期駐留內存，有效提高了內存的利用率。
頁式存儲管理的工作原理：
A、劃分實頁：將物理內存劃分成位置固定、大小相同的"塊"（實頁
面）。
B、劃分虛頁：將用戶邏輯地址空間也分成同樣大小的頁面，成為虛
擬空間的虛頁面。
C、建立頁表：有時稱為頁面表或頁面映射表（pmt）。每個作業一
張，按虛頁號進行登記，其基本的內容有特徵位（表示該頁是否
在內存、實頁號以及對應外存的地址。
D、地址變換：將虛頁面的邏輯地址轉化為實頁面的物理地址，在程
序執行時改變為物理地址，屬於作業的動態重定位，一般由地址
轉換機構（硬體）完成。
特點：
允許一個作業存放在不連續的內存塊中而又能保證作業連續得以運行
，既不需要移動內存中的信息，又可較好地解決零頭。
優點：
a、不要求作業存放在連續的內存塊中，有效地解決零頭。
b、允許用戶作業不是一次集中裝入內存而是根據需要調入，作業中
不常用部分不長期駐留內存，而本次運行的不用部分根本就不裝
入內存。
c、提供了虛存，使用戶作業地址空間不再受內存可用空間大小的限
制。
Ⅱ 在頁式系統中,用戶程序中的頁面大小可以不同是對的嗎
存儲管理的基本原理內存管理方法 內存管理主要包括內存分配和回收、地址變換、內存擴充、內存共享和保護等功能。 下面主要介紹連續分配存儲管理、覆蓋與交換技術以及頁式與段式存儲管理等基本概念和原理。 1. 連續分配存儲管理方式 連續分配是指為一個用戶程序分配連續的內存空間。連續分配有單一連續存儲管理和分區式儲管理兩種方式。 (1)單一連續存儲管理 在這種管理方式中，內存被分為兩個區域:系統區和用戶區。應用程序裝入到用戶區，可使用用戶區全部空間。其特點是，最簡單，適用於單用戶、單任務的操作系統。CP/M和DOS 2.0以下就是採用此種方式。這種方式的最大優點就是易於管理。但也存在著一些問題和不足之處，例如對要求內存空間少的程序，造成內存浪費;程序全部裝入，使得很少使用的程序部分也佔用-定數量的內存。 (2)分區式存儲管理 為了支持多道程序系統和分時系統，支持多個程序並發執行，引入了分區式存儲管理。分區式存儲管理是把內存分為一些大小相等或不等的分區，操作系統佔用其中一個分區，其餘的分區由應用程序使用，每個應用程序佔用一個或幾個分區。分區式存儲管理雖然可以支持並發，但難以進行內存分區的共享。 分區式存儲管理引人了兩個新的問題:內碎片和外碎片。前者是佔用分區內未被利用的空間，後者是佔用分區之間難以利用的空閑分區(通常是小空閑分區)。為實現分區式存儲管理，操作系統應維護的數據結構為分區表或分區鏈表。表中各表項一般包括每個分區的起始地址、大小及狀態(是否已分配)。 分區式存儲管理常採用的一項技術就是內存緊縮(compaction):將各個佔用分區向內存一端移動，然後將各個空閑分區合並成為一個空閑分區。這種技術在提供了某種程度上的靈活性的同時，也存在著一些弊端，例如:對佔用分區進行內存數據搬移佔用CPU~t寸間;如果對佔用分區中的程序進行「浮動」，則其重定位需要硬體支持。 1)固定分區(nxedpartitioning)。 固定式分區的特點是把內存劃分為若干個固定大小的連續分區。分區大小可以相等:這種作法只適合於多個相同程序的並發執行(處理多個類型相同的對象)。分區大小也可以不等:有多個小分區、適量的中等分區以及少量的大分區。根據程序的大小，分配當前空閑的、適當大小的分區。這種技術的優點在於，易於實現，開銷小。缺點主要有兩個:內碎片造成浪費;分區總數固定，限制了並發執行的程序數目。 2)動態分區(dynamic partitioning)。 動態分區的特點是動態創建分區:在裝入程序時按其初始要求分配，或在其執行過程中通過系統調用進行分配或改變分區大小。與固定分區相比較其優點是:沒有內碎片。但它卻引入了另一種碎片--外碎片。動態分區的分區分配就是尋找某個空閑分區，其大小需大於或等於程序的要求。若是大於要求，則將該分區分割成兩個分區，其中一個分區為要求的大小並標記為「佔用」，而另一個分區為餘下部分並標記為「空閑」。分區分配的先後次序通常是從內存低端到高端。動態分區的分區釋放過程中有一個要注意的問題是，將相鄰的空閑分區合並成一個大的空閑分區。 下面列出了幾種常用的分區分配演算法: 首先適配法(nrst-fit):按分區在內存的先後次序從頭查找，找到符合要求的第一個分區進行分配。該演算法的分配和釋放的時間性能較好，較大的空閑分區可以被保留在內存高端。但隨著低端分區不斷劃分會產生較多小分區，每次分配時查找時間開銷便會增大。 下次適配法(next-fit):按分區在內存的先後次序，從上次分配的分區起查找(到最後{區時再從頭開始}，找到符合要求的第一個分區進行分配。該演算法的分配和釋放的時間性能較好，使空閑分區分布得更均勻，但較大空閑分區不易保留。 最佳適配法(best-fit):按分區在內存的先後次序從頭查找，找到其大小與要求相差最小的空閑分區進行分配。從個別來看，外碎片較小;但從整體來看，會形成較多外碎片優點是較大的空閑分區可以被保留。 最壞適配法(worst- fit):按分區在內存的先後次序從頭查找，找到最大的空閑分區進行分配。基本不留下小空閑分區，不易形成外碎片。但由於較大的空閑分區不被保留，當對內存需求較大的進程需要運行時，其要求不易被滿足。 2.覆蓋和交換技術 引入覆蓋(overlay)技術的目標是在較小的可用內存中運行較大的程序。這種技術常用於多道程序系統之中，與分區式存儲管理配合使用。覆蓋技術的原理很簡單，一個程序的幾個代碼段或數據段，按照時間先後來佔用公共的內存空間。將程序必要部分(常用功能)的代碼和數據常駐內存;可選部分(不常用功能)平時存放在外存(覆蓋文件)中，在需要時才裝入內存。不存在調用關系的模塊不必同時裝入到內存，從而可以相互覆蓋。覆蓋技術的缺點是編程時必須劃分程序模塊和確定程序模塊之間的覆蓋關系，增加編程復雜度;從外存裝入覆蓋文件，以時間延長換取空間節省。覆蓋的實現方式有兩種:以函數庫方式實現或操作系統支持。 交換(swapping)技術在多個程序並發執行時，可以將暫時不能執行的程序送到外存中，從而獲得空閑內存空間來裝入新程序，或讀人保存在外存中而處於就緒狀態的程序。交換單位為整個進程的地址空間。交換技術常用於多道程序系統或小型分時系統中，與分區式存儲管理配合使用又稱作「對換」或「滾進/滾出」(roll-in/roll-out)。其優點之一是增加並發運行的程序數目，並給用戶提供適當的響應時間;與覆蓋技術相比交換技術另一個顯著的優點是不影響程序結構。交換技術本身也存在著不足，例如:對換人和換出的控制增加處理器開銷;程序整個地址空間都進行對換，沒有考慮執行過程中地址訪問的統計特性。 3.頁式和段式存儲管理 在前面的幾種存儲管理方法中，為進程分配的空間是連續的，使用的地址都是物理地址。如果允許將一個進程分散到許多不連續的空間，就可以避免內存緊縮，減少碎片。基於這一思想，通過引入進程的邏輯地址，把進程地址空間與實際存儲空間分離，增加存儲管理的靈活性。地址空間和存儲空間兩個基本概念的定義如下: 地址空間:將源程序經過編譯後得到的目標程序，存在於它所限定的地址范圍內，這個范圍稱為地址空間。地址空間是邏輯地址的集合。 存儲空間:指主存中一系列存儲信息的物理單元的集合，這些單元的編號稱為物理地址存儲空間是物理地址的集合。 根據分配時所採用的基本單位不同，可將離散分配的管理方式分為以下三種 段式存儲管理和段頁式存儲管理。其中段頁式存儲管理是前兩種結合的產物。 (1)頁式存儲管理 1)基本原理。將程序的邏輯地址空間劃分為固定大小的頁(page)，而物理內存劃分為同樣大小的頁框(pageframe)。程序載入時，可將任意一頁放人內存中任意一個頁框，這些頁框不必連續，從而實現了離散分配。該方法需要CPU的硬體支持，來實現邏輯地址和物理地址之間的映射。在頁式存儲管理方式中地址結構由兩部構成，前一部分是頁號，後一部分為頁內地址，如圖4-2所示。 這種管理方式的優點是，沒有外碎片，每個內碎片不超過頁大比前面所討論的幾種管理方式的最大進步是，一個程序不必連續存放。這樣就便於改變程序佔用空間的大小(主要指隨著程序運行，動態生成的數據增多，所要求的地址空間相應增長)。缺點是仍舊要求程序全部裝入內存，沒有足夠的內存，程序就不能執行。 2)頁式管理的數據結構。在頁式系統中進程建立時，操作系統為進程中所有的頁分配頁框。當進程撤銷時收回所有分配給它的頁框。在程序的運行期間，如果允許進程動態地申請空間，操作系統還要為進程申請的空間分配物理頁框。操作系統為了完成這些功能，必須記錄系統內存中 實際的頁框使用情況。操作系統還要在進程切換時，正確地切換兩個不同的進程地址空間到物理內存空間的映射。這就要求操作系統要記錄每個進程頁表的相關信息。為了完成上述的功能，-個頁式系統中，一般要採用如下的數據結構。 進程頁表:完成邏輯頁號(本進程的地址空間)到物理頁面號(實際內存空間)的映射。 每個進程有一個頁表，描述該進程佔用的物理頁面及邏輯排列順序。 物理頁面表:整個系統有一個物理頁面表，描述物理內存空間的分配使用狀況，其數據結構可採用位示圖和空閑頁鏈表。 請求表:整個系統有一個請求表，描述系統內各個進程頁表的位置和大小，用於地址轉換也可以結合到各進程的PCB(進程式控制制塊)里。 3)頁式管理地址變換 在頁式系統中，指令所給出的地址分為兩部分:邏輯頁號和頁內地址。CPU中的內存管理單元(MMU)按邏輯頁號通過查進程頁表得到物理頁框號，將物理頁框號與頁內地址相加形成物理地址(見圖4-3)。上述過程通常由處理器的硬體直接完成，不需要軟體參與。通常，操作系統只需在進程切換時，把進程頁表的首地址裝入處理器特定的寄存器中即可。一般來說，頁表存儲在主存之中。這樣處理器每訪問一個在內存中的操作數，就要訪問兩次內存。第一次用來查找頁表將操作數的邏輯地址變換為物理地址;第二次完成真正的讀寫操作。這樣做時間上耗費嚴重。為縮短查找時間，可以將頁表從內存裝入CPU內部的關聯存儲器(例如，快表)中，實現按內容查找。此時的地址變換過程是:在CPU給出有效地址後，由地址變換機構自動將頁號送人快表，並將此頁號與快表中的所有頁號進行比較，而且這種比較是同時進行的。若其中有與此相匹配的頁號，表示要訪問的頁的頁表項在快表中。於是可直接讀出該頁所對應的物理頁號，這樣就無需訪問內存中的頁表。由於關聯存儲器的訪問速度比內存的訪問速度快得多。 (2)段式存儲管理 1)基本原理。 在段式存儲管理中，將程序的地址空間劃分為若干個段(segment)，這樣每個進程有一個二維的地址空間。在前面所介紹的動態分區分配方式中，系統為整個進程分配一個連續的內存空間。而在段式存儲管理系統中，則為每個段分配一個連續的分區，而進程中的各個段可以不連續地存放在內存的不同分區中。程序載入時，操作系統為所有段分配其所需內存，這些段不必連續，物理內存的管理採用動態分區的管理方法。在為某個段分配物理內存時，可以採用首先適配法、下次適配法、最佳適配法等方法。在回收某個段所佔用的空間時，要注意將收回的空間與其相鄰的空間合並。段式存儲管理也需要硬體支持，實現邏輯地址到物理地址的映射。程序通過分段劃分為多個模塊，如代碼段、數據段、共享段。這樣做的優點是:可以分別編寫和編譯源程序的一個文件，並且可以針對不同類型的段採取不同的保護，也可以按段為單位來進行共享。總的來說，段式存儲管理的優點是:沒有內碎片，外碎片可以通過內存緊縮來消除;便於實現內存共享。缺點與頁式存儲管理的缺點相同，進程必須全部裝入內存。 2)段式管理的數據結構。 為了實現段式管理，操作系統需要如下的數據結構來實現進程的地址空間到物理內存空間的映射，並跟蹤物理內存的使用情況，以便在裝入新的段的時候，合理地分配內存空間。 ·進程段表:描述組成進程地址空間的各段，可以是指向系統段表中表項的索引。每段有段基址(baseaddress)。 ·系統段表:系統所有佔用段。 ·空閑段表:內存中所有空閑段，可以結合到系統段表中。 3)段式管理的地址變換。 在段式管理系統中，整個進程的地址空間是二維的，即其邏輯地址由段號和段內地址兩部分組成。為了完成進程邏輯地址到物理地址的映射，處理器會查找內存中的段表，由段號得到段的首地址，加上段內地址，得到實際的物理地址(見圖4-4)。這個過程也是由處理器的硬體直接完成的，操作系統只需在進程切換時，將進程段表的首地址裝入處理器的特定寄存器當中。這個寄存器一般被稱作段表地址寄存器。 4.頁式和段式系統的區別 頁式和段式系統有許多相似之處。比如，兩者都採用離散分配方式，且都通過地址映射機構來實現地址變換。但概念上兩者也有很多區別，主要表現在: ·頁是信息的物理單位，分頁是為了實現離散分配方式，以減少內存的外零頭，提高內存的利用率。或者說，分頁僅僅是由於系統管理的需要，而不是用戶的需要。段是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對完整的信息。分段的目的是為了更好地滿足用戶的需要。 ·頁的大小固定且由系統決定，把邏輯地址劃分為頁號和頁內地址兩部分，是由機器硬體實現的。段的長度不固定，且決定於用戶所編寫的程序，通常由編譯系統在對源程序進行編譯時根據信息的性質來劃分。 ·頁式系統地址空間是一維的，即單一的線性地址空間，程序員只需利用一個標識符，即可表示一個地址。分段的作業地址空間是二維的，程序員在標識一個地址時，既需給出段名，又需給出段內地址。 原理作業10. 頁式存儲管理和段式存儲管理的工作原理特點、特點 及優劣。 答:頁式管理的基本思想是:為了更好地利用分區存儲管理中 所產生的"零頭"問題，允許把一個作業存放在不連續的內存塊中， 又可以連續運行，它允許只調入用戶作業中常用部分，不常用部分 不長期駐留內存，有效提高了內存的利用率。 頁式存儲管理的工作原理: A、劃分實頁:將物理內存劃分成位置固定、大小相同的"塊"(實頁 面)。 B、劃分虛頁:將用戶邏輯地址空間也分成同樣大小的頁面，成為虛 擬空間的虛頁面。 C、建立頁表:有時稱為頁面表或頁面映射表(PMT)。每個作業一 張，按虛頁號進行登記，其基本的內容有特徵位(表示該頁是否 在內存、實頁號以及對應外存的地址。 D、地址變換:將虛頁面的邏輯地址轉化為實頁面的物理地址，在程 序執行時改變為物理地址，屬於作業的動態重定位，一般由地址 轉換機構(硬體)完成。 特點: 允許一個作業存放在不連續的內存塊中而又能保證作業連續得以運行 ，既不需要移動內存中的信息，又可較好地解決零頭。 優點: a、不要求作業存放在連續的內存塊中，有效地解決零頭。 b、允許用戶作業不是一次集中裝入內存而是根據需要調入，作業中 不常用部分不長期駐留內存，而本次運行的不用部分根本就不裝 入內存。 c、提供了虛存，使用戶作業地址空間不再受內存可用空間大小的限 制。 缺點: a、頁式管理在內存的共享和保護方面還欠完善。 b、頁面大小相同，位置不能動態增加。 c、往往需要多次缺頁中斷才能把所需的信息完整地調入內存。 段式存儲管理的基本思想是:把程序按內容或過程(函數)關系 分成段，每段有自己的名字。一個用戶作業或進程所包含的段對應於 一個二維線性虛擬空間，也就是一個二維虛擬存儲器。段式管理程序 以段為單位分配內存，然後通過地址映射機構把段式虛擬存儲地址轉 化為內存中的實際地址。和頁式管理一樣，段式管理也採用只把那些 經常訪問的段駐留內存，而把那些在將來一段時間內不被訪問的段放 在外存，待需要時自動調入內存的方法實現二維虛擬存儲器。按照作 業的邏輯單位--段，來分配內存，適合程序的邏輯結構，方便用戶設 計程序。 段式存儲管理的工作原理: A、採用二維地址空間，如段號(S)、頁號(P)和頁內單元號(D); B、系統建兩張表格每一作業一張段表，每一段建立一張頁表，段表 指出該段的頁表在內存中的位置; C、地址變換機構類似頁式機制，只是前面增加一項段號。 特點: a、每一段分成若干頁，再按頁式管理，頁間不要求連續; b、用分段方法分配管理作業，用分頁方法分配管理內存; 優點: 便於段的共享和保護、段的動態增長以及動態連接。 缺點: 為了消除零頭和允許段的動態增長，需要花費CPU的大量時間在內存 中移動作業的分段，而且段的大小也給外存管理帶來困難。
Ⅲ 操作系統頁式存儲管理的問題
存儲管理的基本原理內存管理方法 內存管理主要包括內存分配和回收、地址變換、內存擴充、內存共享和保護等功能。 下面主要介紹連續分配存儲管理、覆蓋與交換技術以及頁式與段式存儲管理等基本概念和原理。 1． 連續分配存儲管理方式 連續分配是操作系統頁式存儲管理的問題
Ⅳ *操作系統的存儲管理的主要內容是什麼
這是我收集的你看全嗎問題一：⑴ 存儲管理的實質是什麼？(對內存的管理，主要對內存中用戶區進行管理)⑵ 多道程序中，為方便用戶和充分利用內存以提高內存利用率，內存管理的任務是什麼？(內存空間的分配和回收、內存空間的共享、存儲保護、地址映射、內存擴充)。⑶ 如何實現存儲保護？
答：在多道程序系統中，內存中既有操作系統，又有許多用戶程序。為使系統正常運行，避免內存中各程序相互干擾，必須對內存中的程序和數據進行保護。
1、防止地址越界
對進程所產生的地址必須加以檢查，發生越界時產生中斷，由操作系統進行相應處理。
2、防止操作越權
對屬於自己區域的信息，可讀可寫；
對公共區域中允許共享的信息或獲得授權可使用的信息，可讀而不可修改；
對未獲授權使用的信息，不可讀、不可寫。
存儲保護一般以硬體保護機制為主，軟體為輔，因為完全用軟體實現系統開銷太大，速度成倍降低。當發生越界或非法操作時，硬體產生中斷，進入操作系統處理(4) 物理存儲器分幾類？(內存、外存、緩存)⑸ 虛存儲器的含義是什麼？(兩層含義)
答：虛存儲器有兩層含義，一是指用戶程序的邏輯地址構成的地址空間；二是指當內存容量不滿足用戶要求時，採用一種將內存空間與外存空間有機地結合在一起，利用內外存自動調度的方法構成一個大的存儲器，從而給用戶程序提供更大的訪問空間。⑹ 什麼叫物理地址？什麼叫邏輯地址？什麼叫地址映射？地址映射分哪幾類？(靜態、動態)
答：物理地址是內存中各存儲單元的編號，即存儲單元的真實地址，它是可識別、可定址並實際存在的。
用戶程序經過編譯或匯編形成的目標代碼，通常採用相對地址形式，其首地址為零，其餘指令中的地址都是相對首地址而定。這個相對地址就稱為邏輯地址或虛擬地址。邏輯地址不是內存中的物理地址，不能根據邏輯地址到內存中存取信息。
為了保證CPU執行程序指令時能正確訪問存儲單元，需要將用戶程序中的邏輯地址轉運行時可由機器直接定址的物理地址，這一過程稱為地址映射或地址重定位。
地址映射可分為兩類：
1、靜態地址映射2、動態地址映射問題二：⑴ 怎樣對內存進行分區？(靜態、動態；等長、不等長)
答：對內存空間的劃分是可以靜態的，也可以動態的；可以是等長的，也可以不等長。
靜態劃分是指系統運行之前就將內存空間劃分成若干區域，通常，分配給進程的內存可能比進程實際所需的區域長。
動態劃分是在系統運行過程中才劃分內存空間。這樣，系統可按進程所需要的存儲空間大小為其分配恰好滿足要求的一個或多個區域。
等長分區是將存儲空間劃分為若干個長度相同的區域。
不等長分區則是將存儲空間劃分若干個長度不同的區域。⑵ 根據分區情況，從如何實現進程的內存分配？
答：1、靜態等長分區的分配
2、動態異長分區的分配⑶ 什麼叫碎片？(零散的小空閑區) 怎樣解決碎片問題？(緊湊技術)
答：所謂碎片是指內存中出現的一些零散的小空閑區域。
解決碎片的方法是移動所有佔用區域，使所有的空閑區合並成一片連續區域。這一過程稱為緊湊，這一技術就是緊湊技術。。問題三：⑴ 存儲管理方案有哪些？(分區管理、頁式管理、段式管理、段頁式管理、虛擬存儲管理)⑵ 分區管理的基本思想是什麼？主要缺點是什麼？
基本思想：將內存劃分成若干連續的區域，稱為分區，每個分區裝入一個運行作業。
主要缺點：不能充分利用內存，也不能實現對內存的擴充。⑶ 什麼是固定分區？什麼是可變分區？各有什麼優缺點？
答：固定分區：系統將內存劃分為若干固定的分區，當作業申請內存時，系統為其選擇一個適當的分區，並裝入內存運行。由於分區大小是事先固定的，因而可容納作業的大小受到限制，而且當用戶作業的地址空間小於分區的存儲空間時，浪費了一些存儲空間。
可變分區：是指在作業裝入內存時建立分區，使分區的大小正好與作業要求的存儲空間相等。引入可變分區方法，使內存分配有較大的靈活性，也提高了內存利用率。但是可變分區會引起碎片的產生。⑷ 分區管理可以採用的內存分配策略是什麼？
首先適應演算法、最佳適應演算法、最壞適應演算法。⑸ 為實現地址映射和存儲保護，系統為用戶程序提供了哪些寄存器？
基址寄存器、限長寄存器；上界寄存器、下界寄存器。問題四：⑴ 試述頁式存儲管理的基本原理
① 內存劃分。
② 邏輯地址空間劃分。
③ 頁面大小。
④ 內存分配。⑵ 試述頁式存儲管理的實現方法
① 建立頁表。② 建立空閑頁面表。
③ 硬體支持。④ 地址映射過程。⑶ 為了提高存取速度，可以使用快表技術。試述這一技術是如何實現的？
答：快表技術是在地址映射機構中增加一個小容量的聯想寄存器（相聯存儲器），它由高速寄存器組成，成為一張快表，快表用來存放當前訪問最頻繁的少數活動頁的頁號。
在快表中，除了邏輯頁號、物理頁號對應外，還增加了幾位。特徵位表示該行是否為空，用0表示空，用1表示有內容；訪問位表示該頁是否被訪問過，用0表示未訪問，1表示已訪問，這是為了淘汰那些用得很少甚至不用的頁面而設置的。
快表只存放當前進程最活躍的少數幾頁，隨著進程的推進，快表內容動態更新。當用戶程序需要存取數據時，根據該數據所在邏輯頁號在快表中找出對應的物理頁號，然後拼接頁內地址，以形成物理地址；如果在快表中沒有相應的邏輯頁號，則地址映射仍然通過內存中的頁表進行，得到物理頁號後須將該物理頁號填到快表的空閑單元中。有無空閑單元，則根據淘汰演算法淘汰某一行，再填入新得到的頁號。實際上查找快表和查找內存頁表是並行進行的，一旦發現快表中有與所查頁號一致的邏輯頁號就停止查找內存頁表。問題五：⑴ 試述段頁式存儲管理的基本思想
答：段頁式存儲管理的基本思想是：
1、用頁式方法來分配和管理內存空間，即把內存劃分成若干大小相等的頁面；
2、用段式方法對用戶程序按照其內在的邏輯關系劃分成若干段；
3、再按照劃分內存頁面的大小，把每一段劃分成若干大小相等的頁面；
4、用戶程序的邏輯地址由三部分組成，形式如下：
段號頁號頁內地址
5、內存是以頁為基本單位分配給每個用戶程序的，在邏輯上相鄰的頁面內存不一定相鄰。⑵ 如何實現段頁式存儲管理
答：1、建立段表2、建立頁表3、建立內存空閑頁面表4、硬體支持5、地址映射過程問題六：⑴ 虛擬存儲技術的基本思想
答：虛擬存儲技術的基本思想是利用大容量的外存來擴充內存，產生一個比有限的實際內存空間大得多的、邏輯的虛擬內存空間，以便能夠有效地支持多道程序系統的實現和大型作業運行的需要，從而增強系統的處理能力。⑵ 虛擬存儲技術的理論基礎(局部性原理)
答：程序局部性原理：虛擬存儲管理的效率與程序局部性程序有很大關系。根據統計，進程運行時，在一段時間內，其程序的執行往往呈現出高度的局限性，包括時間局部性和空間局部性。
1、時間局部性：是指若一條指令被執行，則在不久，它可能再被執行。
2、空間局部性：是指一旦一個存儲單元被訪問，那它附近的單元也將很快被訪問。⑶ 虛擬存儲管理的基本原理
答：虛擬存儲的基本原理是：當進程要求運行時，不是將它的全部信息裝入內存，而將將其一部分先裝入內存，另一部分暫時留在外存。進程在運行過程中，要使用的信息不在內存時，發生中斷，由操作系統將它們調入內存，以保證進程的正常運行。⑷ 虛擬存儲管理的分類
答：虛擬存儲管理分為：虛擬頁式、虛擬段式和虛擬段頁式。⑸ 以虛擬頁式存儲管理為例介紹虛擬存儲管理的實現過程
答：虛擬頁式存儲管理的基本思想是，在進程開始執行之前，不是裝全部頁面，而是只裝一個（甚至0個）頁面，然後根據進程執行的需要，動態地裝入其它頁面。
1、頁表 2、缺頁中斷處理3、頁面淘汰⑹ 在虛存中，頁面在內存與外存中頻繁地調試，系統效率急劇下降，稱為顛簸。試說明產生顛簸的原因。通過什麼方式可以防止顛簸的發生？
答：顛簸是由缺頁率高而引起的。
系統規定缺頁率的上界和下界。當運行進程缺頁率高於上界時，表明所分給它的物理頁面數過少，應當增加；反之，當運行進行缺頁率低於下界時，表明所分給它的物理頁面數過多，可以減少。這樣，根據缺頁率反饋可動態調整物理頁面的分配，以防止顛簸的發生。
Ⅳ 為實現分頁存儲管理 需要哪些硬體支持
分頁式存儲管理的基本原理：採用分頁存儲器允許把一個作業存放到若干不相鄰的分區中，既可免去移動信息的工作，又可盡量減少主存的碎片。分頁式存儲管理的基本原理如下： 1、 頁框：物理地址分成大小相等的許多區，每個區稱為一塊； 2、址分成大小相等的區，區的大小與塊的大小相等，每個稱一個頁面。 3、 邏輯地址形式：與此對應，分頁存儲器的邏輯地址由兩部分組成，頁號和單元號。邏輯地址格式為 頁號 單元號（頁內地址） 採用分頁式存儲管理時，邏輯地址是連續的。所以，用戶在編製程序時仍只須使用順序的地址，而不必考慮如何去分頁。 4、頁表和地址轉換：如何保證程序正確執行呢？採用的辦法是動態重定位技術，讓程序的指令執行時作地址變換，由於程序段以頁為單位，所以，我們給每個頁設立一個重定位寄存器，這些重定位寄存器的集合便稱頁表。頁表是操作系統為每個用戶作業建立的，用來記錄程序頁面和主存對應頁框的對照表，頁表中的每一欄指明了程序中的一個頁面和分得的頁框的對應關系。絕對地址=塊號*塊長+單元號 以上從拓撲結構角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同,實際從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統. 數據塊虛擬存儲方案著重解決數據傳輸過程中的沖突和延時問題.在多交換機組成的大型Fabric結構的SAN中,由於多台主機通過多個交換機埠訪問存儲設備,延時和數據塊沖突問題非常嚴重.數據塊虛擬存儲方案利用虛擬的多埠並行技術,為多台客戶機提供了極高的帶寬,最大限度上減少了延時與沖突的發生,在實際應用中,數據塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬文件系統存儲方案著重解決大規模網路中文件共享的安全機制問題.通過對不同的站點指定不同的訪問許可權,保證網路文件的安全.在實際應用中,虛擬文件系統存儲方案以非對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬存儲技術,實際上是虛擬存儲技術的一個方面,特指以CPU時間和外存空間換取昂貴內存空間的操作系統中的資源轉換技術 基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術 目的:提高內存利用率 管理方式 A 請求式分頁存儲管理 在進程開始運行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個或零個頁面,之後根據進程運行的需要,動態裝入其他頁面;當內存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時,則根據某種演算法淘汰某個頁面,以便裝入新的頁面 B 請求式分段存儲管理 為了能實現虛擬存儲,段式邏輯地址空間中的程序段在運行時並不全部裝入內存,而是如同請求式分頁存儲管理,首先調入一個或若干個程序段運行,在運行過程中調用到哪段時,就根據該段長度在內存分配一個連續的分區給它使用.若內存中沒有足夠大的空閑分區,則考慮進行段的緊湊或將某段或某些段淘汰出去,這種存儲管理技術稱為請求式分段存儲管理
,分頁式存儲管理的基本原理：採用分頁存儲器允許把一個作業存放到若干不相鄰的分區中，既可免去移動信息的工作，又可盡量減少主存的碎片。分頁式存儲管理的基本原理如下： 1、 頁框：物理地址分成大小相等的許多區，每個區稱為一塊； 2、址分成大小相等的區，區的大小與塊的大小相等，每個稱一個頁面。 3、 邏輯地址形式：與此對應，分頁存儲器的邏輯地址由兩部分組成，頁號和單元號。邏輯地址格式為 頁號 單元號（頁內地址） 採用分頁式存儲管理時，邏輯地址是連續的。所以，用戶在編製程序時仍只須使用順序的地址，而不必考慮如何去分頁。 4、頁表和地址轉換：如何保證程序正確執行呢？採用的辦法是動態重定位技術，讓程序的指令執行時作地址變換，由於程序段以頁為單位，所以，我們給每個頁設立一個重定位寄存器，這些重定位寄存器的集合便稱頁表。頁表是操作系統為每個用戶作業建立的，用來記錄程序頁面和主存對應頁框的對照表，頁表中的每一欄指明了程序中的一個頁面和分得的頁框的對應關系。絕對地址=塊號*塊長+單元號 以上從拓撲結構角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同,實際從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統. 數據塊虛擬存儲方案著重解決數據傳輸過程中的沖突和延時問題.在多交換機組成的大型Fabric結構的SAN中,由於多台主機通過多個交換機埠訪問存儲設備,延時和數據塊沖突問題非常嚴重.數據塊虛擬存儲方案利用虛擬的多埠並行技術,為多台客戶機提供了極高的帶寬,最大限度上減少了延時與沖突的發生,在實際應用中,數據塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬文件系統存儲方案著重解決大規模網路中文件共享的安全機制問題.通過對不同的站點指定不同的訪問許可權,保證網路文件的安全.在實際應用中,虛擬文件系統存儲方案以非對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬存儲技術,實際上是虛擬存儲技術的一個方面,特指以CPU時間和外存空間換取昂貴內存空間的操作系統中的資源轉換技術 基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術 目的:提高內存利用率 管理方式 A 請求式分頁存儲管理 在進程開始運行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個或零個頁面,之後根據進程運行的需要,動態裝入其他頁面;當內存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時,則根據某種演算法淘汰某個頁面,以便裝入新的頁面 B 請求式分段存儲管理 為了能實現虛擬存儲,段式邏輯地址空間中的程序段在運行時並不全部裝入內存,而是如同請求式分頁存儲管理,首先調入一個或若干個程序段運行,在運行過程中調用到哪段時,就根據該段長度在內存分配一個連續的分區給它使用.若內存中沒有足夠大的空閑分區,則考慮進行段的緊湊或將某段或某些段淘汰出去,這種存儲管理技術稱為請求式分段存儲管理,,分頁式存儲管理的基本原理：採用分頁存儲器允許把一個作業存放到若干不相鄰的分區中，既可免去移動信息的工作，又可盡量減少主存的碎片。分頁式存儲管理的基本原理如下： 1、 頁框：物理地址分成大小相等的許多區，每個區稱為一塊； 2、址分成大小相等的區，區的大小與塊的大小相等，每個稱一個頁面。 3、 邏輯地址形式：與此對應，分頁存儲器的邏輯地址由兩部分組成，頁號和單元號。邏輯地址格式為 頁號 單元號（頁內地址） 採用分頁式存儲管理時，邏輯地址是連續的。所以，用戶在編製程序時仍只須使用順序的地址，而不必考慮如何去分頁。 4、頁表和地址轉換：如何保證程序正確執行呢？採用的辦法是動態重定位技術，讓程序的指令執行時作地址變換，由於程序段以頁為單位，所以，我們給每個頁設立一個重定位寄存器，這些重定位寄存器的集合便稱頁表。頁表是操作系統為每個用戶作業建立的，用來記錄程序頁面和主存對應頁框的對照表，頁表中的每一欄指明了程序中的一個頁面和分得的頁框的對應關系。絕對地址=塊號*塊長+單元號 以上從拓撲結構角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同,實際從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統. 數據塊虛擬存儲方案著重解決數據傳輸過程中的沖突和延時問題.在多交換機組成的大型Fabric結構的SAN中,由於多台主機通過多個交換機埠訪問存儲設備,延時和數據塊沖突問題非常嚴重.數據塊虛擬存儲方案利用虛擬的多埠並行技術,為多台客戶機提供了極高的帶寬,最大限度上減少了延時與沖突的發生,在實際應用中,數據塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬文件系統存儲方案著重解決大規模網路中文件共享的安全機制問題.通過對不同的站點指定不同的訪問許可權,保證網路文件的安全.在實際應用中,虛擬文件系統存儲方案以非對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬存儲技術,實際上是虛擬存儲技術的一個方面,特指以CPU時間和外存空間換取昂貴內存空間的操作系統中的資源轉換技術 基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術 目的:提高內存利用率 管理方式 A 請求式分頁存儲管理 在進程開始運行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個或零個頁面,之後根據進程運行的需要,動態裝入其他頁面;當內存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時,則根據某種演算法淘汰某個頁面,以便裝入新的頁面 B 請求式分段存儲管理 為了能實現虛擬存儲,段式邏輯地址空間中的程序段在運行時並不全部裝入內存,而是如同請求式分頁存儲管理,首先調入一個或若干個程序段運行,在運行過程中調用到哪段時,就根據該段長度在內存分配一個連續的分區給它使用.若內存中沒有足夠大的空閑分區,則考慮進行段的緊湊或將某段或某些段淘汰出去,這種存儲管理技術稱為請求式分段存儲管理,,分頁式存儲管理的基本原理：採用分頁存儲器允許把一個作業存放到若干不相鄰的分區中，既可免去移動信息的工作，又可盡量減少主存的碎片。分頁式存儲管理的基本原理如下： 1、 頁框：物理地址分成大小相等的許多區，每個區稱為一塊； 2、址分成大小相等的區，區的大小與塊的大小相等，每個稱一個頁面。 3、 邏輯地址形式：與此對應，分頁存儲器的邏輯地址由兩部分組成，頁號和單元號。邏輯地址格式為 頁號 單元號（頁內地址） 採用分頁式存儲管理時，邏輯地址是連續的。所以，用戶在編製程序時仍只須使用順序的地址，而不必考慮如何去分頁。 4、頁表和地址轉換：如何保證程序正確執行呢？採用的辦法是動態重定位技術，讓程序的指令執行時作地址變換，由於程序段以頁為單位，所以，我們給每個頁設立一個重定位寄存器，這些重定位寄存器的集合便稱頁表。頁表是操作系統為每個用戶作業建立的，用來記錄程序頁面和主存對應頁框的對照表，頁表中的每一欄指明了程序中的一個頁面和分得的頁框的對應關系。絕對地址=塊號*塊長+單元號 以上從拓撲結構角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同,實際從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統. 數據塊虛擬存儲方案著重解決數據傳輸過程中的沖突和延時問題.在多交換機組成的大型Fabric結構的SAN中,由於多台主機通過多個交換機埠訪問存儲設備,延時和數據塊沖突問題非常嚴重.數據塊虛擬存儲方案利用虛擬的多埠並行技術,為多台客戶機提供了極高的帶寬,最大限度上減少了延時與沖突的發生,在實際應用中,數據塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬文件系統存儲方案著重解決大規模網路中文件共享的安全機制問題.通過對不同的站點指定不同的訪問許可權,保證網路文件的安全.在實際應用中,虛擬文件系統存儲方案以非對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬存儲技術,實際上是虛擬存儲技術的一個方面,特指以CPU時間和外存空間換取昂貴內存空間的操作系統中的資源轉換技術 基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術 目的:提高內存利用率 管理方式 A 請求式分頁存儲管理 在進程開始運行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個或零個頁面,之後根據進程運行的需要,動態裝入其他頁面;當內存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時,則根據某種演算法淘汰某個頁面,以便裝入新的頁面 B 請求式分段存儲管理 為了能實現虛擬存儲,段式邏輯地址空間中的程序段在運行時並不全部裝入內存,而是如同請求式分頁存儲管理,首先調入一個或若干個程序段運行,在運行過程中調用到哪段時,就根據該段長度在內存分配一個連續的分區給它使用.若內存中沒有足夠大的空閑分區,則考慮進行段的緊湊或將某段或某些段淘汰出去,這種存儲管理技術稱為請求式分段存儲管理,,分頁式存儲管理的基本原理：採用分頁存儲器允許把一個作業存放到若干不相鄰的分區中，既可免去移動信息的工作，又可盡量減少主存的碎片。分頁式存儲管理的基本原理如下： 1、 頁框：物理地址分成大小相等的許多區，每個區稱為一塊； 2、址分成大小相等的區，區的大小與塊的大小相等，每個稱一個頁面。 3、 邏輯地址形式：與此對應，分頁存儲器的邏輯地址由兩部分組成，頁號和單元號。邏輯地址格式為 頁號 單元號（頁內地址） 採用分頁式存儲管理時，邏輯地址是連續的。所以，用戶在編製程序時仍只須使用順序的地址，而不必考慮如何去分頁。 4、頁表和地址轉換：如何保證程序正確執行呢？採用的辦法是動態重定位技術，讓程序的指令執行時作地址變換，由於程序段以頁為單位，所以，我們給每個頁設立一個重定位寄存器，這些重定位寄存器的集合便稱頁表。頁表是操作系統為每個用戶作業建立的，用來記錄程序頁面和主存對應頁框的對照表，頁表中的每一欄指明了程序中的一個頁面和分得的頁框的對應關系。絕對地址=塊號*塊長+單元號 以上從拓撲結構角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同,實際從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統. 數據塊虛擬存儲方案著重解決數據傳輸過程中的沖突和延時問題.在多交換機組成的大型Fabric結構的SAN中,由於多台主機通過多個交換機埠訪問存儲設備,延時和數據塊沖突問題非常嚴重.數據塊虛擬存儲方案利用虛擬的多埠並行技術,為多台客戶機提供了極高的帶寬,最大限度上減少了延時與沖突的發生,在實際應用中,數據塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬文件系統存儲方案著重解決大規模網路中文件共享的安全機制問題.通過對不同的站點指定不同的訪問許可權,保證網路文件的安全.在實際應用中,虛擬文件系統存儲方案以非對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬存儲技術,實際上是虛擬存儲技術的一個方面,特指以CPU時間和外存空間換取昂貴內存空間的操作系統中的資源轉換技術 基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術 目的:提高內存利用率 管理方式 A 請求式分頁存儲管理 在進程開始運行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個或零個頁面,之後根據進程運行的需要,動態裝入其他頁面;當內存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時,則根據某種演算法淘汰某個頁面,以便裝入新的頁面 B 請求式分段存儲管理 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基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術 目的:提高內存利用率 管理方式 A 請求式分頁存儲管理 在進程開始運行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個或零個頁面,之後根據進程運行的需要,動態裝入其他頁面;當內存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時,則根據某種演算法淘汰某個頁面,以便裝入新的頁面 B 請求式分段存儲管理 為了能實現虛擬存儲,段式邏輯地址空間中的程序段在運行時並不全部裝入內存,而是如同請求式分頁存儲管理,首先調入一個或若干個程序段運行,在運行過程中調用到哪段時,就根據該段長度在內存分配一個連續的分區給它使用.若內存中沒有足夠大的空閑分區,則考慮進行段的緊湊或將某段或某些段淘汰出去,這種存儲管理技術稱為請求式分段存儲管理,,分頁式存儲管理的基本原理：採用分頁存儲器允許把一個作業存放到若干不相鄰的分區中，既可免去移動信息的工作，又可盡量減少主存的碎片。分頁式存儲管理的基本原理如下： 1、 頁框：物理地址分成大小相等的許多區，每個區稱為一塊； 2、址分成大小相等的區，區的大小與塊的大小相等，每個稱一個頁面。 3、 邏輯地址形式：與此對應，分頁存儲器的邏輯地址由兩部分組成，頁號和單元號。邏輯地址格式為 頁號 單元號（頁內地址） 採用分頁式存儲管理時，邏輯地址是連續的。所以，用戶在編製程序時仍只須使用順序的地址，而不必考慮如何去分頁。 4、頁表和地址轉換：如何保證程序正確執行呢？採用的辦法是動態重定位技術，讓程序的指令執行時作地址變換，由於程序段以頁為單位，所以，我們給每個頁設立一個重定位寄存器，這些重定位寄存器的集合便稱頁表。頁表是操作系統為每個用戶作業建立的，用來記錄程序頁面和主存對應頁框的對照表，頁表中的每一欄指明了程序中的一個頁面和分得的頁框的對應關系。絕對地址=塊號*塊長+單元號 以上從拓撲結構角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同,實際從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統. 數據塊虛擬存儲方案著重解決數據傳輸過程中的沖突和延時問題.在多交換機組成的大型Fabric結構的SAN中,由於多台主機通過多個交換機埠訪問存儲設備,延時和數據塊沖突問題非常嚴重.數據塊虛擬存儲方案利用虛擬的多埠並行技術,為多台客戶機提供了極高的帶寬,最大限度上減少了延時與沖突的發生,在實際應用中,數據塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬文件系統存儲方案著重解決大規模網路中文件共享的安全機制問題.通過對不同的站點指定不同的訪問許可權,保證網路文件的安全.在實際應用中,虛擬文件系統存儲方案以非對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬存儲技術,實際上是虛擬存儲技術的一個方面,特指以CPU時間和外存空間換取昂貴內存空間的操作系統中的資源轉換技術 基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術 目的:提高內存利用率 管理方式 A 請求式分頁存儲管理 在進程開始運行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個或零個頁面,之後根據進程運行的需要,動態裝入其他頁面;當內存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時,則根據某種演算法淘汰某個頁面,以便裝入新的頁面 B 請求式分段存儲管理 為了能實現虛擬存儲,段式邏輯地址空間中的程序段在運行時並不全部裝入內存,而是如同請求式分頁存儲管理,首先調入一個或若干個程序段運行,在運行過程中調用到哪段時,就根據該段長度在內存分配一個連續的分區給它使用.若內存中沒有足夠大的空閑分區,則考慮進行段的緊湊或將某段或某些段淘汰出去,這種存儲管理技術稱為請求式分段存儲管理,,分頁式存儲管理的基本原理：採用分頁存儲器允許把一個作業存放到若干不相鄰的分區中，既可免去移動信息的工作，又可盡量減少主存的碎片。分頁式存儲管理的基本原理如下： 1、 頁框：物理地址分成大小相等的許多區，每個區稱為一塊； 2、址分成大小相等的區，區的大小與塊的大小相等，每個稱一個頁面。 3、 邏輯地址形式：與此對應，分頁存儲器的邏輯地址由兩部分組成，頁號和單元號。邏輯地址格式為 頁號 單元號（頁內地址） 採用分頁式存儲管理時，邏輯地址是連續的。所以，用戶在編製程序時仍只須使用順序的地址，而不必考慮如何去分頁。 4、頁表和地址轉換：如何保證程序正確執行呢？採用的辦法是動態重定位技術，讓程序的指令執行時作地址變換，由於程序段以頁為單位，所以，我們給每個頁設立一個重定位寄存器，這些重定位寄存器的集合便稱頁表。頁表是操作系統為每個用戶作業建立的，用來記錄程序頁面和主存對應頁框的對照表，頁表中的每一欄指明了程序中的一個頁面和分得的頁框的對應關系。絕對地址=塊號*塊長+單元號 以上從拓撲結構角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同,實際從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統. 數據塊虛擬存儲方案著重解決數據傳輸過程中的沖突和延時問題.在多交換機組成的大型Fabric結構的SAN中,由於多台主機通過多個交換機埠訪問存儲設備,延時和數據塊沖突問題非常嚴重.數據塊虛擬存儲方案利用虛擬的多埠並行技術,為多台客戶機提供了極高的帶寬,最大限度上減少了延時與沖突的發生,在實際應用中,數據塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬文件系統存儲方案著重解決大規模網路中文件共享的安全機制問題.通過對不同的站點指定不同的訪問許可權,保證網路文件的安全.在實際應用中,虛擬文件系統存儲方案以非對稱式拓撲結構為表現形式. 虛擬存儲技術,實際上是虛擬存儲技術的一個方面,特指以CPU時間和外存空間換取昂貴內存空間的操作系統中的資源轉換技術 基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術 目的:提高內存利用率 管理方式 A 請求式分頁存儲管理 在進程開始運行
Ⅵ 分頁存儲管理需要哪些硬體支持
分頁式存儲管理的基本原理：採用分頁存儲器允許把一個作業存放到若干不相鄰的分區中，既可免去移動信息的工作，又可盡量減少主存的碎片。分頁式存儲管理的基本原理如下： 1、 頁框：物理地址分成大小相等的許多區，每個區稱為一塊； 2、址分成大...
Ⅶ 在內存管理系統中為什麼讓連續分配方式訪問速度快，而
連續分配存儲管理方式
連續分配是指為一個用戶程序分配連續的內存空間。連續分配有單一連續存儲管理和分區式儲管理兩種方式。
1、單一連續存儲管理在這種管理方式中，內存被分為兩個區域：系統區和用戶區。應用程序裝入到用戶區，可使用用戶區全部空間。其特點是，最簡單，適用於單用戶、單任務的操作系統。CP／M和DOS 2．0以下就是採用此種方式。
這種方式的最大優點就是易於管理。但也存在著一些問題和不足之處，例如對要求內存空間少的程序，造成內存浪費；程序全部裝入，使得很少使用的程序部分也佔用—定數量的內存。
2、分區式存儲管理為了支持多道程序系統和分時系統，支持多個程序並發執行，引入了分區式存儲管理。分區式存儲管理是把內存分為一些大小相等或不等的分區，操作系統佔用其中一個分區，其餘的分區由應用程序使用，每個應用程序佔用一個或幾個分區。分區式存儲管理雖然可以支持並發，但難以進行內存分區的共享。
內存操作系統（RAM
OS）是一種啟動後不依賴硬碟的操作系統，其啟動後會將所有文件載入到內存運行，運行速度快，絕對不會中毒，還能更好保護系統的核心文件不受破壞。
內存操作系統早在win98時代就已出現，由於硬碟速度的限制和內存條價格的降低，內存操作系統現在已完全突破硬體的限制，在啟動後可以將硬碟斷電，完全不依賴硬碟運行。但目前其應用范圍還較窄，主要應用有學校教學機房等。
Ⅷ 分區存儲管理中常用哪些分配策略
1、固定分區存儲管理
其基本思想是將內存劃分成若干固定大小的分區，每個分區中最多隻能裝入一個作業。當作業申請內存時，系統按一定的演算法為其選擇一個適當的分區，並裝入內存運行。由於分區大小是事先固定的，因而可容納作業的大小受到限制，而且當用戶作業的地址空間小於分區的存儲空間時，造成存儲空間浪費。
一、空間的分配與回收
系統設置一張「分區分配表」來描述各分區的使用情況，登記的內容應包括：分區號、起始地址、長度和佔用標志。其中佔用標志為「0」時，表示目前該分區空閑；否則登記佔用作業名（或作業號）。有了「分區分配表」，空間分配與回收工作是比較簡單的。
二、地址轉換和存儲保護
固定分區管理可以採用靜態重定位方式進行地址映射。
為了實現存儲保護，處理器設置了一對「下限寄存器」和「上限寄存器」。當一個已經被裝入主存儲器的作業能夠得到處理器運行時，進程調度應記錄當前運行作業所在的分區號，且把該分區的下限地址和上限地址分別送入下限寄存器和上限寄存器中。處理器執行該作業的指令時必須核對其要訪問的絕對地址是否越界。
三、多作業隊列的固定分區管理
為避免小作業被分配到大的分區中造成空間的浪費，可採用多作業隊列的方法。即系統按分區數設置多個作業隊列，將作業按其大小排到不同的隊列中，一個隊列對應某一個分區，以提高內存利用率。
2、可變分區存儲管理
可變分區存儲管理不是預先將內存劃分分區，而是在作業裝入內存時建立分區，使分區的大小正好與作業要求的存儲空間相等。這種處理方式使內存分配有較大的靈活性，也提高了內存利用率。但是隨著對內存不斷地分配、釋放操作會引起存儲碎片的產生。
一、空間的分配與回收
採用可變分區存儲管理，系統中的分區個數與分區的大小都在不斷地變化，系統利用「空閑區表」來管理內存中的空閑分區，其中登記空閑區的起始地址、長度和狀態。當有作業要進入內存時，在「空閑區表」中查找狀態為「未分配」且長度大於或等於作業的空閑分區分配給作業，並做適當調整；當一個作業運行完成時，應將該作業佔用的空間作為空閑區歸還給系統。
可以採用首先適應演算法、最佳（優）適應演算法和最壞適應演算法三種分配策略之一進行內存分配。
二、地址轉換和存儲保護
可變分區存儲管理一般採用動態重定位的方式，為實現地址重定位和存儲保護，系統設置相應的硬體：基址/限長寄存器（或上界/下界寄存器）、加法器、比較線路等。
基址寄存器用來存放程序在內存的起始地址，限長寄存器用來存放程序的長度。處理機在執行時，用程序中的相對地址加上基址寄存器中的基地址，形成一個絕對地址，並將相對地址與限長寄存器進行計算比較，檢查是否發生地址越界。
三、存儲碎片與程序的移動
所謂碎片是指內存中出現的一些零散的小空閑區域。由於碎片都很小，無法再利用。如果內存中碎片很多，將會造成嚴重的存儲資源浪費。解決碎片的方法是移動所有的佔用區域，使所有的空閑區合並成一片連續區域，這一技術稱為移動技術（緊湊技術）。移動技術除了可解決碎片問題還使內存中的作業進行擴充。顯然，移動帶來系統開銷加大，並且當一個作業如果正與外設進行I/O時，該作業是無法移動的。
3、頁式存儲管理
基本原理
1．等分內存
頁式存儲管理將內存空間劃分成等長的若干區域，每個區域的大小一般取2的整數冪，稱為一個物理頁面有時稱為塊。內存的所有物理頁面從0開始編號，稱作物理頁號。
2．邏輯地址
系統將程序的邏輯空間按照同樣大小也劃分成若干頁面，稱為邏輯頁面也稱為頁。程序的各個邏輯頁面從0開始依次編號，稱作邏輯頁號或相對頁號。每個頁面內從0開始編址，稱為頁內地址。程序中的邏輯地址由兩部分組成：
邏輯地址
頁號p
頁內地址 d
3．內存分配
系統可用一張「位示圖」來登記內存中各塊的分配情況，存儲分配時以頁面（塊）為單位，並按程序的頁數多少進行分配。相鄰的頁面在內存中不一定相鄰，即分配給程序的內存塊之間不一定連續。
對程序地址空間的分頁是系統自動進行的，即對用戶是透明的。由於頁面尺寸為2的整數次冪，故相對地址中的高位部分即為頁號，低位部分為頁內地址。
3.5.2實現原理
1．頁表
系統為每個進程建立一張頁表，用於記錄進程邏輯頁面與內存物理頁面之間的對應關系。地址空間有多少頁，該頁表裡就登記多少行，且按邏輯頁的順序排列，形如：
邏輯頁號
主存塊號
0
B0
1
B1
2
B2
3
B3
2．地址映射過程
頁式存儲管理採用動態重定位，即在程序的執行過程中完成地址轉換。處理器每執行一條指令，就將指令中的邏輯地址（p,d）取來從中得到邏輯頁號(p)，硬體機構按此頁號查頁表，得到內存的塊號B』，便形成絕對地址（B』,d）,處理器即按此地址訪問主存。
3．頁面的共享與保護
當多個不同進程中需要有相同頁面信息時，可以在主存中只保留一個副本，只要讓這些進程各自的有關項中指向內存同一塊號即可。同時在頁表中設置相應的「存取許可權」，對不同進程的訪問許可權進行各種必要的限制。
4、段式存儲管理
基本原理
1．邏輯地址空間
程序按邏輯上有完整意義的段來劃分，稱為邏輯段。例如主程序、子程序、數據等都可各成一段。將一個程序的所有邏輯段從0開始編號，稱為段號。每一個邏輯段都是從0開始編址，稱為段內地址。
2．邏輯地址
程序中的邏輯地址由段號和段內地址（s,d）兩部分組成。
3．內存分配
系統不進行預先劃分，而是以段為單位進行內存分配，為每一個邏輯段分配一個連續的內存區（物理段）。邏輯上連續的段在內存不一定連續存放。
3．6．2實現方法
1．段表
系統為每個進程建立一張段表，用於記錄進程的邏輯段與內存物理段之間的對應關系，至少應包括邏輯段號、物理段首地址和該段長度三項內容。
2．建立空閑區表
系統中設立一張內存空閑區表，記錄內存中空閑區域情況，用於段的分配和回收內存。
3．地址映射過程
段式存儲管理採用動態重定位，處理器每執行一條指令，就將指令中的邏輯地址（s,d）取來從中得到邏輯段號(s)，硬體機構按此段號查段表，得到該段在內存的首地址S』， 該段在內存的首地址S』加上段內地址d，便形成絕對地址（S』+d），處理器即按此地址訪問主存。
5、段頁式存儲管理
頁式存儲管理的特徵是等分內存，解決了碎片問題；段式存儲管理的特徵是邏輯分段，便於實現共享。為了保持頁式和段式上的優點，結合兩種存儲管理方案，形成了段頁式存儲管理。
段頁式存儲管理的基本思想是：把內存劃分為大小相等的頁面；將程序按其邏輯關系劃分為若干段；再按照頁面的大小，把每一段劃分成若干頁面。程序的邏輯地址由三部分組成，形式如下：
邏輯地址
段號s
頁號p
頁內地址d
內存是以頁為基本單位分配給每個程序的，在邏輯上相鄰的頁面內存不一定相鄰。
系統為每個進程建立一張段表，為進程的每一段各建立一張頁表。地址轉換過程，要經過查段表、頁表後才能得到最終的物理地址。