存储管理

段内位移w
段式地址结构
段式地址变换
段号 段内地址
程序 地址
s
w
段表
第s段
长度 基址 l b b+ w
段表
段页式管理作业地址空间和地址结构
0 主程序段
0 4K 8K
子程序段
0 4K 8K 10K 12K
数据段
4K 8K 12K
15K 16K
(a)
段号(s)
段内页号(p) (b)
页内地址(w)
2013/7/12
2013/7/12
分页原理
相对页号P
页内地值D
0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
页号 页内地址
相对页号P
页内地值D
0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
页号 页内地址
页表项区域 PCB 区域
页表项
页号 物理块号
OS
某作业页表
用户区
10 25 17
12 20
16K
32K 64K
20K
36K
已分配
已分配
68K 132K
已分配
未分配
124K
（a） 分区说明表 132K
第4分区 （未分配
（b） 内存分配图
可变分区说明表
序号P
1 2 3 4 5 … 已分配分区说明 大小 起址 8K 32K — 120K — … 20K 28K — 92K — … 空闲分区说明表
可变分区的分配算法
申请分配一个xk 大小的分区 置空闲区号F =1 F=F+1 是 F 已超出最大项号？ 否 是 本次无法分配
F 的状态=空表目？ = 否 否
LocF的起始地址 大于 F的大小 Xk=新空闲块大小 Loc+Xk=新起始地址
否
F的大小 Xk?
等于
置F的状态=空表目
在已分配表中找一个 = 状态=空表目的序号P 置P的大小=Xk 置 置P的始址=Loc 置 置P的=已分配 返回序号P
bp
初始状态
第一次内存申请之后
用户编程中的内存管理实例分析（续）
base
0
free_list
prev
p
通常情况
Malloc.h分析（一）
定义存储分配单位header typedef long Align; union header { struct { union header *next; unsigned int size; } s; Align x; }; typedef union header Header; /* 与长整数边界对齐 */ /* 块首 */ /* 下个空块 */ /* 块大小 */ /* 强制块对齐 */
定义空闲链头，存储块划分的最小单位 定义空闲链查询起始指针free_list
*/ */
/* Malloc: 常用存储区分配函数 */ void* Malloc(unsigned int nbytes) { Header *p, *prev;//检索指针，p 指向最终分配的快首址，prev指向分配位置的前一块。 unsigned int nunits; nunits = (nbytes + sizeof(Header) - 1)/ sizeof(Header) + 1;//计算分配单位，多一个管理块 if ( (prev = free_list) == NULL) { /* 空闲链上无任何空闲区块，定义空闲链 */ base.s.next = free_list = prev = &base; base.s.size = 0; } /* 定义空闲链初始结构 */ for (p = prev->s.next; ; prev = p, p = p->s.next) { if (p->s.size >= nunits) { /* 够大 */ if (p->s.size == nunits) /* 正好 */ prev->s.next = p->s.next; else { /*偏大，切出一部分*/ p->s.size -= nunits; /*计算剩余空块大小，首址不变*/ p += p->s.size; /*指出被分配块起始地址*/ p->s.size = nunits; /*填好被分块的大小*/ } free_list = prev; /*记录上个位置*/ return (void *)(p + 1); /*跳过管理块，指向可用位置地址*/ } if (p == free_list) /* 空块不够大，再次循环去找 */ if ( (p = morecore(nunits)) == NULL) return NULL; /* 内存无空闲区 */ }/* end for 无限循环 */
第4章 存储管理
•引言 •分区式存储管理 •分页式存储管理 •分段存储管理 •段页式存储管理 •用户编程中的内存管理实例分析 •LINUX内存管理概述 •小结
引言
内存管理的需求 内存管理使用的技术
+ + + + + + + + + 分区式管理：固定式、可变式分区、多重分区 页式管理、 段式管理 段页式管理 内存分配 存储保护 地址变换 存储共享 存储扩充
状态
已分配 已分配 空表目 已分配 空表目 …
序号F
1 2 3 4 5 …
大小
32K 300K — — — …
起址
60K 212K — — — …
状态
空闲 空闲 空表目 空表目 空表目 …
可 变 分 区 示 例
可变分区分配和释放算法
分配算法一般有：
①最佳适应（Best Fit）算法，它从全部空闲区中找出能 满足作业需求的容量最小的空闲区分配之，此法的着眼 点是使碎片尽量小。
虚存管理技术：分页式、分段式、段页式存储管理
分区式存储管理
地址重定位 + 静态重定位 + 动态重定位 固定式分区 可变式分区 多重分区 覆盖与交换 可变分区分配和释放算法
程序的名字空间、地址空间及存储空间
符号 源程序
名字空间 汇编 编译 连接
目标 代码
地址空间
地址重定位
可执行 代码
next size
2013/7/12
Malloc.h分析（二）
定义header为自定义类型 定义从os中申请内存的最小量10个header #define NALLOC 10 /* 请求的最小单位数 */
说明三个函数 static Header* morecore(unsigned int nu);//从内存管理中申请。 void* Malloc(unsigned int nbytes); //从用户区申请。 void Free(void *ap);//将空区链入用户空区管理链中。
建立空区链
free_list base
0 prev
2013/7/12
Malloc函数分析（二）
检索空闲区链表 利用指针p和prev检索。p为检索指针，prev是紧跟其后的指针。 1、找到空块 p 大小正好，则返回可用区地址（p+1) 空块大于申请量 (p+1) p free_list prev p
限长寄存器2
作业1
覆盖技术举例
RAM A 20K
A 20K
覆盖区0
B 50K
C B
C 30K
50K
覆盖区1 F 30K D 20K E 40K
F
40K
D E
分页式存储管理
实存管理
+ 分页原理 + 页表 + 地址变换机构
虚存管理
+ + + + + 页表的扩充 缺页中断处理 页面淘汰算法 快表 页面共享
Malloc.h分析（三）
#include <stdlib.h> typedef long Align; /* for alignment to long boundary */ union header { /* block header: */ struct { union header *next; /* next block if on Free list */ unsigned int size; /* size of this block */ } s; Align x; /* force alignment of blocks */ }; typedef union header Header; #define NALLOC 10 #units to request */ static Header* morecore(unsigned int nu); void* Malloc(unsigned int nbytes); void Free(void *ap); /* minimum
分区R与F1邻接？
在空闲分区表中 找一个空闲表目
置新空闲分区的 大小=Size 始址=Loc 状态=空闲
在空闲分区表中置F2为空闲表目 F1 置空闲分区F2的大小 =Size+ F1的大小 置空闲分区F2的 = 大小=Size 始址=Loc
返回
多重分区
OS
基址寄存器1
限长寄存器1
作业1
基址寄存器2
0
0
1 1
1
0 1
淘 汰 优 先 级
Linux页表项定义
缺 页 中 断 处 理
页面淘汰算法
先进先出(FIFO) 最近最久未使用淘汰算法(LRU) 最近不频繁使用淘汰算法(LFU) 最优算法(OPT)
以上几种淘汰算法中，FIFO算法最简单，但效率不高，有 异常现象。LRU的近似算法和LFU是较为实用的算法，效果 较好，实现也不难。OPT算法是一种最佳算法，但并不实 用，因为要跟踪各页面方可预测未来。而这种预测往往是很 困难的。