第四章 記憶體空間管理 連續

2021-09-01 05:57:59 字數 4225 閱讀 1880

第4章 儲存器管理

1 程式的裝入和鏈結

2 連續分配儲存管理方式

3 分頁儲存管理方式

4 分段儲存管理方式

5 虛擬儲存器、請求分頁/分段、頁面置換演算法

2、連續分配方式

為乙個使用者程式分配乙個連續的記憶體空間

20世紀

六、七十年代的os中,分類:

單一連續分配

固定分割槽分配

動態分割槽分配

動態重定位分割槽分配

其他(1)單一連續分配

記憶體分為系統區和使用者區兩部分:

系統區:僅提供給os使用,通常放在記憶體低址部分

使用者區:除系統區以外的全部記憶體空間,提供給使用者使用。

最簡單的一種儲存管理方式,只能用於單使用者、單任務的作業系統中。

優點:易於管理。

缺點:對要求記憶體空間少的程式,造成記憶體浪費;程式全部裝入,很少使用的程式部分也占用記憶體。

(2)固定分割槽分配

把記憶體分為一些大小相等或不等的分割槽(partition),每個應用程序占用乙個分割槽。作業系統占用其中乙個分割槽。

提高:支援多個程式併發執行,適用於多道程式系統和分時系統。最早的多道程式儲存管理方式。

劃分為幾個分割槽,便只允許幾道作業併發

具體實現:

1)如何劃分分割槽大小

2)需要的資料結構

3)分配**操作

1)如何劃分分割槽大小:

分割槽大小相等:只適合於多個相同程式的併發執行(處理多個型別相同的物件)。缺乏靈活性。

分割槽大小不等:多個小分割槽、適量的中等分割槽、少量的大分割槽。根據程式的大小,分配當前空閒的、適當大小的分割槽。

2)需要的資料結構

建立一記錄相關資訊的分割槽表(或分割槽鍊錶),表項有:

| 起始位置 | 大小 | 狀態 |

分割槽表中,表項值隨著記憶體的分配和釋放而動態改變

3)程式分配記憶體的過程:

也可將分割槽表分為兩個**:空閒分割槽表/占用分割槽表。從而減小每個**長度。

檢索演算法:空閒分割槽表可能按不同分配演算法採用不同方式對表項排序(將分割槽按大小排隊或按分割槽位址高低排序)。

過程:檢索空閒分割槽表;找出乙個滿足要求且尚未分配的分割槽,分配給請求程式;若未找到大小足夠的分割槽,則拒絕為該使用者程式分配記憶體。

固定分配的不足:

內碎片(乙個分區內的剩餘空間)造成浪費

分割槽總數固定,限制併發執行的程式數目。

(3)動態分割槽分配

分割槽的大小不固定:在裝入程式時根據程序實際需要,動態分配記憶體空間,即——需要多少劃分多少。

空閒分割槽表項:從1項到n項:

記憶體會從初始的乙個大分割槽不斷被劃分、**從而形成記憶體中的多個分割槽。

動態分割槽分配

優點:併發程序數沒有固定數的限制,不產生內碎片。

缺點:有外碎片(分區間無法利用的空間)

具體實現:

1)分割槽分配中的資料結構

2)分割槽分配演算法

3)分割槽分配操作

1)資料結構

1.空閒分割槽表:

記錄每個空閒分割槽的情況。

每個空閒分割槽對應乙個表目,包括分割槽序號、分割槽始址及分割槽的大小等資料項。

2.空閒分割槽鏈:

每個分割槽的起始部分,設定用於控制分割槽分配的資訊,及用於鏈結各分割槽的前向指標;

分割槽尾部則設定一后向指標,在分割槽末尾重複設定狀態位和分割槽大小表目方便檢索。

2)分割槽分配演算法

動態分割槽方式,分割槽多、大小差異各不相同,此時把乙個新作業裝入記憶體,更需選擇乙個合適的分配演算法,從空閒分割槽表/鏈中選出一合適分割槽

首次適應演算法ff

迴圈首次適應演算法

最佳適應演算法

最差適應演算法

快速適應演算法

①首次適應演算法ff(first-fit)

空閒分割槽排序:以位址遞增的次序鏈結。

檢索:分配記憶體時,從鏈首開始順序查詢直至找到乙個大小能滿足要求的空閒分割槽;

分配:從該分割槽中劃出一塊作業要求大小的記憶體空間分配給請求者,餘下的空閒分割槽大小改變仍留在空閒鏈中。

若從頭到尾檢索不到滿足要求的分割槽則分配失敗

優點:優先利用記憶體低址部分,保留了高位址部分的大空閒區;

缺點:但低址部分不斷劃分,會產生較多小碎片;而且每次查詢從低址部分開始,會逐漸增加查詢開銷。

②迴圈首次適應演算法 (next-fit)

空閒分割槽排序:按位址

檢索:從上次找到的空閒分割槽的下乙個空閒分割槽開始查詢,直到找到乙個能滿足要求的空閒分割槽。為實現演算法,需要:

設定乙個起始查尋指標

採用迴圈查詢方式

分配:分出需要的大小

優點:空閒分割槽分布均勻,減少查詢開銷

缺點:缺乏大的空閒分割槽

③最佳適應演算法 (best-fit)

總是把能滿足要求、又是最小的空閒分割槽分配給作業,避免「大材小用」。

空閒分割槽排序:所有空閒分割槽按容量從小到大排序成空閒分割槽表或鏈。

檢索:從表或鏈的頭開始,找到的第乙個滿足的就分配

分配:分出需要的大小

缺點:每次找到最合適大小的分割槽割下的空閒區也總是最小,會產生許多難以利用的小空閒區(外碎片)

④最差適應演算法/最壞匹配法(worst-fit):基本不留下小空閒分割槽,但會出現缺乏較大的空閒分割槽的情況。

⑤快速適應演算法

根據程序常用空間大小進行劃分,相同大小的串成乙個鏈,需管理多個各種不同大小的分割槽的鍊錶。程序需要時,從最接近大小需求的鏈中摘乙個分割槽。類似的:夥伴演算法

能快速找到合適分割槽,但鍊錶資訊會很多;實際上是空間換時間。

3)分割槽分配操作

分配記憶體

找到滿足需要的合適分割槽,劃出程序需要的空間

if s<=size,將整個分割槽分配給請求者

if s> size,按請求的大小劃出一塊記憶體空間分配出去,餘下部分留在空閒鏈中,將分配區首址返回給呼叫者。

**記憶體

程序執行完畢釋放記憶體時,系統根據**區首址a,在空閒分割槽鏈(表)中找到相應插入點,根據情況修改空閒分割槽資訊,可能會進行空閒分割槽的合併:

ps:空閒分割槽的大小m.size,

使用者需要的大小u.size

s=m.size- u.size

size為系統規定不再切割的分割槽大小

**分割槽

(1)**區(首址a)與乙個分割槽f1末尾(首址b+大小)鄰接:將**區與f1合併,修改f1的表項的分割槽大小

(2)**區(首址a+大小)與乙個分割槽f2的首址b鄰接:將**區與f2合併,修改f2的表項的首址、分割槽大小

(3) (1)(2)兩種情況都有,則將**區與前後兩個分割槽f1、f2鄰接:將三個分割槽合併,使用f1的表項和f1的首址,取消f2的表項,大小為三者之和

(4) **區沒有鄰接的分割槽:為**區單獨建立新表項,填寫**區的首址與大小,根據其首址插到空閒鏈中的適當位置

(4)動態重定位分割槽分配

——有緊湊功能的動態分割槽分配

使用者程式在記憶體中移動,將空閒空間緊湊起來提高空間利用率。但必然需要位址變化,增加「重定位」工作。

 位址變換過程是在程式執行過程期間(相對位址與重定位暫存器中的位址相加),隨著對每條指令的訪問自動進行,稱為動態重定位。

 動態重定位分割槽分配演算法與動態分割槽分配演算法基本相同,差別在於增加了緊湊的功能。

夥伴系統

分割槽大小有規定,且分割槽動態變化

1無論已分配還是空閒分割槽,大小都為2的k此冪。若整個可分配空間大小為2m,則1≤k≤m.

2隨著系統執行,記憶體被不斷劃分,形成若干不連續的空閒分割槽。對每一類具有相同大小的空閒分割槽設定一雙向鍊錶,即會有k個鍊錶,鍊錶中的分割槽大小都是2m。

3程序申請n個大小的空間時,計算n= 2i。則找i對應的鍊錶。若i大小的鍊錶沒有,則找i+1的鍊錶。找到的分割槽對半劃分後,一半用於分配,一半鏈結到較小一級的煉表裡去。

4一次分配和**都可能對應多次的劃分和合併。

(5)記憶體空間管理之對換

當記憶體空間還是滿足不了需求時,引入「對換」思想:

把記憶體中暫時不能執行、或暫時不用的程式和資料調到外存上,以騰出足夠的記憶體;把已具備執行條件的程序和程序所需要的程式和資料,調入記憶體。

按對換單位分類:

整體對換(或程序對換):以整個程序為單位(連續分配)

頁面對換或分段對換:以頁或段為單位(離散分配)

實現程序對換,系統必須具備的功能:

對換空間的管理

程序的換出、換入操作

對換空間的管理

外存上 儲存內容 駐留時間 主要目標 分配方式

檔案區 檔案 較長久

不頻繁 提高檔案儲存空間的利用率 離散

對換區 從記憶體換出的程序 短暫

頻繁 提高程序換入和換出的速度 連續

逆向 第四章 記憶體

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第四章 績效管理

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第四章 使用者管理

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