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连续分配 分页管理动态重定位分区分配算法-Read
连续分配+分页管理
(2) 进程的换入。 系统应定时地查看所有进程的状态，从中找出“就绪” 状态但已换出的进程，将其中换出时间(换出到磁盘上)最久的 进程作为换入进程，将之换入，直至已无可换入的进程或无 可换出的进程为止。
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4.3 基本分页存储管理方式
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4.2.3 动态分区分配
连续分配+分页管理
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1. 分区分配中的数据结构
(1) 空闲分区表。 (2) 空闲分区链。
前 向 指 针 N ＋ 2 0
N个字节可用
后 向 指 针 N ＋ 2 0
图 4-5 空闲链结构
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2. 分区分配算法 (1) 首次适应算法FF。 (2) 循环首次适应算法，该算法是由首次适应算法演变而成的。 (3) 最佳适应算法。
之间的关系。
对于 64位的计算机，如果要求它能支持 2 ６４ (=1844744 TB)规模的物理存储空间，则即使是采用三级页表结构也是 难以办到的；而在当前的实际应用中也无此必要。
连续分配+分页管理
练习：
有一基本分页存储管理系统，假定页面大小为1024字节，页
表采用离散方式放在内存中。每个页表项占用4个字节。在 忽略页表及系统区等占用空间的条件下， 若采用一级页表，系统能支持的逻辑空间最多为多少？ 若采用二级页表，系统能支持的逻辑空间最多为多少？ 在二级页表中，现有逻辑地址为542783，求该地址对应的 外层页号，外层页内地址和页内地址？
求是连续的。 可以采用这样两个方法来解决这一问题：① 采
用离散分配方式来解决难以找到一块连续的大内存空间的问 题：② 只将当前需要的部分页表项调入内存， 其余的页表项 仍驻留在磁盘上，需要时再调入。
操作系统原理第5章 存储管理
• ⑶最佳适应算法
• 最佳适应算法的空闲链是按空闲区从小到大顺序排 列。为进程选择分区时总是寻找其大小最接近进程 所要求的存储区域。所谓“最佳”是指每次为进程 分配内存时，总是把能满足要求、又是最小的空闲 分区分配给进程，避免“大材小用”。
• 因为每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的， 这样将加速碎片的形成。
• ①如果被回收空闲分区没有空闲伙伴分区，那么保留该分区为一 个独立的空闲分区，否则执行②；
• ②合并回收分区及其伙伴分区，从而得到一个尺寸（2I+1）更大的 回收空闲分区，转移到①；
一个伙伴系统内存分配与回收的例子
• 伙伴系统克服了固定分区和动态分区存储管理技术的缺陷。但是伙伴 系统存在一个问题，即内存空间需要不断地进行分裂和合并，频繁的 伙伴分区合并操作会浪费很多时间。
• ③内存分配原则，以页帧为单位来分配内存，将进程若干个逻辑上连续的 页面装入若干个离散的页帧中，由页表提供进程的页号到存储空间帧号的 映射。
5.2.4伙伴系统
• 其实现原理如下： • 一个伙伴系统内存的用户可用空间为2U。进程申请存储空间时，
系统总是为其分配大小为2I的一个空闲分区。其中S≤I≤U，2S是系 统允许的最小分区尺寸。在实际操作系统中，最小分区尺寸一般 为212。 • 如果进程申请的存储空间大小为K，且2I-1<K≤2I，则将整个2I大小的 分区分配给该进程；否则，该分区被分割成两个大小相等的伙伴 分区，大小为2I-1；再判断K是否满足条件：2I-2<K≤2I-1，若满足条件， 则将两个伙伴中的任何一个分配给该进程。否则，将其中一个伙 伴又分成两个大小相等的伙伴分区；此过程一直继续进行，直到 产生的分区满足条件I-J≥S并2I-J-1<K≤2I-J，将2I-J大小的分区分配给该 进程；当I-J-1<S时，系统不再分割成两个大小相等的伙伴分区，将 2S大小的分区分配给该进程。 • 当进程执行完毕，释放一个尺寸为2I的分区时，系统用下面的算法 回收该分区。
第十一讲存储器管理之连续分配方式
第十一讲存储器管理之连续分配方式所谓连续分配方式：是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间。
又可把连续分配方式分为：单一连续分配，固定分区分配，动态分区分配，动态重定位分区分配，四种方式。
1 单一连续分配（单独分区分配）最简单的一种存储管理方式，但只能用于单用户、单任务的OS中。
概念：单一连续分配就是整个主存区域的用户空间均归一个用户作业使用。
存储管理方法：将内存分为系统区（内存低端，分配给OS用）和用户区（内存高端，分配给用户用）。
其中用户区是指除了系统区外的内存空间，提供给用户程序使用。
采用静态分配方式，即作业一旦进入内存，就要等待它运行结束后才能释放内存。
主要特点：管理简单，只需小量的软件和硬件支持，便于用户了解和使用。
但因内存中只装入一道作业运行，内存空间浪费大，各类资源的利用率也不高。
例子：一个容量为256KB的内存，操作系统占用32KB，剩下224KB全部分配给用户作业，如果一个作业仅需64KB，那么就有160KB的存储空间被浪费。
2 固定分区分配分区分配方式是满足多道程序设计需要的一种最简单的存储管理方法。
2.1 思想：将内存分成若干个分区（大小相等/不相等），除OS占一区外，其余的每一个分区容纳一个用户程序。
这样来实现多道并发。
2.2 分区划分方法：分区大小相等，分区大小不等。
但事先必须确定，在运行时不能改变。
即分区大小及边界在运行时不能改变。
2.3 内存分配：首先：要先建立一张分区说明表或使用表，以记录分区号、分区大小、分区的起始地址及状态（已分配或未分配）。
其次：当某个用户程序要装入内存时，由内存分配程序检索分区说明表，从表中找出一个满足要求的尚未分配的分区分配该程序，同时修改说明表中相应分区的状态；若找不到大小足够的分区，则拒绝为该程序分配内存。
第三：当程序执行完毕，释放占用的分区，管理程序将修改说明表中相应分区的状态为未分配，实现内存资源的回收。
2.4 特点主要特点：管理简单，但因作业的大小并不一定与某个分区大小相等，从而使一部分存储空间被浪费。
《操作系统》自编作业手册
《操作系统》自编作业手册翟高寿北京交通大学计算机学院2009年2月编修说明《操作系统》自编作业手册综合根据自制电子课件旧版、汤子瀛教科书旧版、汤子瀛教科书新版、自编《系统程式》、参编《操作系统原理》等完成。
第一章 操作系统引论习题1.1 什么是操作系统？用自己的话谈谈你对操作系统概念的认识与理解。
1.2 设想由你自己负责组织一个项目团队来构建操作系统，你应当要求项目成员事先学习和掌握哪些硬件基础知识？并给出你对相关知识的理解与总结。
1.3 什么是输入输出重定向？什么是管道联接？分别加以举例说明。
1.4 试阐述程序接口与用户交互接口（即命令接口和图形化接口）之间的关系？并给出你对系统调用实现机制及处理过程的完整理解与总结。
1.5 谈谈你对脱机I/O和联机I/O的认识与理解。
1.6 试从多个角度来阐述单道/多道批处理系统与分时系统及实时系统的区别。
1.7 谈谈你对操作系统应当具备的资源管理功能（包括所引入的核心概念）的认识与理解。
为保证资源的有效管理与控制，操作系统于是体现出哪些特征？1.8 操作系统的基本设计原则有哪些？谈谈你对操作系统发展历程中所采用的几种结构的认识与理解。
自选实验1编程和替换Linux命令解释程序ShellI. 自己选取和设计一组联机命令，可通过调用系统内核过程加以实现或仅仅在屏幕上显示命令自身（算是虚化实现），至少一条命令如文件拷贝的处理牵涉到系统调用；II. 设计和构建命令解释程序并替换原Linux命令解释程序Shell启动系统和运行测试；III. 撰写实验报告，阐述实验目的、实验目标、实验步骤、技术难点及解决方案、关键数据结构和算法流程、测试方案与过程及运行效果、结论与体会等。
自选实验2利用C和汇编混合编程实现最简操作系统I. 实现二次装入引导过程；II. 以嵌入式汇编指令实现的C程序内核可非常简单（注意可执行程序格式）；III. 撰写实验报告，阐述实验目的、实验目标、实验步骤、技术难点及解决方案、关键数据结构和算法流程、测试方案与过程及运行效果、结论与体会等。
国家开放大学《操作系统》形考任务(单项选择题)参考答案
国家开放大学《操作系统》形考任务（单项选择题）参考答案（为方便查找，已按字母排序）A1.按文件用途来分，编译程序是（C. 系统文件）。
2.按照所起的作用和需要的运行环境，操作系统属于（B. 系统软件）。
3.按照作业到达的先后次序调度作业，排队等待时间最长的作业被优先调度，这是指（B. 先来先服务法）调度算法。
B1.把逻辑地址转变为内存物理地址的过程称作（D. 重定位）。
C1.CPU处理数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用（C. 缓冲技术）。
2.CPU启动通道后，设备的控制工作由（C. 通道独立执行预先编好的通道程序来控制）。
3.采用SPOOLing技术的目的是（D. 提高独占设备的利用率）。
4.操作系统的基本职能是（D. 控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行）。
5.操作系统对缓冲区的管理属于（A. 设备管理）的功能。
6.操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口是（D. 系统调用）。
7.操作系统是通过（A. 按名存取）来对文件进行编辑、修改、维护和检索。
8.操作系统中必不可少的调度是（B. 进程调度）。
9.从系统的角度出发，希望批处理控制方式下进入输入井的作业（D. 平均周转时间）尽可能小。
10.存储管理中，页面抖动是指（A. 被调出的页面又立刻被调入所形成的频繁调入调出现象）。
D1.当前目录是/usr/meng，其下属文件prog/file.c的绝对路径名是（D. /usr/meng/prog/file.c）。
2.当硬件中断装置发现有事件发生，就会中断正在占用CPU的程序执行，让操作系统的（C. 中断处理程序）占用CPU。
3.动态分区分配按照进程的需求量分配内存分区，所以（A. 分区的长度不是预先固定的，分区的个数是不确定的）。
4.动态重定位是在程序（C. 执行）期间，每次访问内存之前进行重定位。
F1.放在输入井中的作业处于（B. 后备）状态。
2.分区管理要求对每一个进程都分配（D. 地址连续）的内存单元。
分区分配内存管理方式的主要保护措施
分区分配内存管理方式的主要保护措施
分区分配内存管理方式的主要保护措施包括：
1. 内存区域隔离：将系统的内存划分为多个不同的区域或分区，每个区域独立运行，互不干扰。
这样可以有效避免一个区域的程序对其他区域的程序造成的损害。
2. 内存访问权限控制：通过设置权限位来控制程序对分配的内存区域的访问权限。
只有具有相应权限的程序才能读取或修改内存区域中的数据。
这样可以防止非法程序或恶意程序对内存的非法访问。
3. 内存边界检查：在分区分配时，可以设置边界标识，用于标识该分区的边界位置。
当一个程序试图访问超出其分配区域的内存时，系统会检测到并产生异常，从而防止了内存越界访问。
4. 内存重定位机制：为了提高内存利用率，系统会对分配的内存进行动态重定位，即在程序运行时将分配的内存映射到实际的物理内存地址上。
在进行重定位时，系统会检查所分配的内存是否已被占用，防止多个程序分配到同一块内存区域。
5. 内存释放机制：分区分配的主要问题是内存释放，即当一个程序不再需要某个分区时，需要将该内存区域释放出来以供其他程序使用。
内存释放的保护措施包括合理管理内存分配和释放的顺序，避免内存泄漏和内存溢出的问题。
6. 内存状态监控和检测：系统需要定期监控和检测分区分配的
内存状态，包括内存使用情况、内存泄漏和内存溢出等问题。
如果发现异常情况，系统需要及时采取措施，例如重新分配内存或终止程序运行，以防止系统崩溃或数据损坏。
《操作系统》2个教案
《操作系统》2个教案《操作系统》教案章节名称：第四章存储器管理第1节程序的装⼊与链接第2节连续分配⽅式任课教师：（计算机科学系）张雪亚教材：《计算机操作系统》（汤⼦瀛编）（西安电⼦科技⼤学出版社）⼀、教学⽬的和要求1.回忆存储器的相关知识,为后⾯的学习打好基础.2.了解程序装⼊与链接的⼏种不同⽅法.3.熟悉连续的内存分配⽅式4.掌握动态分区分配的实现⽅法⼆、教学重点及难点1. 重点：动态分区分配，可重定位分区分配.2. 难点：重定位的基本概念：①为何引⼊?②如何实现?动态分区分配：①数据结构②分配算法③分配过程三、学时分配第⼀课时:引⾔,程序的装⼊⽅法,程序的连接⽅法.第⼆课时:连续分配的四种⽅式,作业.四、教学⽅法1．课堂讲授。
2．课后实验。
五、教学⼿段课堂讲授为主，如果有投影设备，可以使⽤多媒体课件向学⽣演⽰。
六、教学过程引⾔从这节课开始，我们将进⼊存储器管理的学习。
存储器是计算机系统的重要组成部分，近年来，存储器的容量虽然⼀直在不断的扩⼤，但仍然不能满⾜现代软件发展的需要，因此存储器仍然是⼀种宝贵⼜紧俏的资源。
所以如何对它加以有效的管理不仅直接影响到存储器的利⽤率，还对系统的性能有很⼤影响。
存储器的功能结构如下图所⽰，在本章中我们的主要研究对象是内存。
第⼀课时程序的装⼊和链接在多道程序环境下，程序要运⾏必须为之创建进程，⽽创建进程的第⼀件事，就是要将程序和数据装⼊内存。
如何将⼀个⽤户源程序变为⼀个可在内存中执⾏的程序，通常要经过以下⼏步：（1）编译:由编译程序（Compiler ）将⽤户源代码编译成若⼲个⽬标模块（ObjectModule ）。
（2）链接:由链接程序(Linker)将编译后形成的⽬标模块以及它们所需要的库函数，链接在⼀起，形成⼀个装⼊模块（Laod Module ）;（3）装⼊：由装⼊程序（Loader ）将装⼊模块装⼊内存。
⼀、程序的装⼊⽅法为了阐述上的⽅便，我们先介绍⼀个⽆须进⾏链接的单个⽬标模块的装⼊过程。
动态分区分配以及动态重定位分配四种方式
分区号 1 2 3 4
大小 /KB 12 32 64 128
起址 /KB 20 32 64 128
状态 已分配 已分配 已分配 未分配
操作系统 24 KB 32 KB 64 KB 作业 A 作业 B 作业 C 128 KB 256 KB
(a) 分区说明表
(b) 存储空间分配情况
图 4-5
固定分区使用表
(2)空闲分区链。为 了实现对空闲分区的分 配和链接，在每个分区 的起始部分，设置一些 用于控制分区分配的信 息，以及用于链接各分 区所用的前向指针；在 分区尾部则设置一后向 指针，通过前、后向链 接指针，可将所有的空 闲分区链接成一个双向 链。
前 向 指+2
固定分区分配
固定分区式分配是最简单的一种可运行多道程序的 存储管理方式。这是将内存用户空间划分为若干个固定 大小的区域，在每个分区中只装入一道作业，这样，把 用户空间划分为几个分区，便允许有几道作业并发允许。 当有一空闲分区时，便可以再从外存的后备作业队列中 选择一个适当大小的作业装入该分区，当该作业结束时， 又可再从后备作业队列中找出另一作业调入该分区。
56
0
18
32
56 74
106
2)循环首次适应算法(next fit) 该算法是由首次适应算法演变而成的。在为进程分配 内存空间时，不再是每次都从链首开始查找，而是从上 次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直至找 到一个能满足要求的空闲分区，从中划出一块与请求大 小相等的内存空间分配给作业。为实现该算法，应设置 一起始查寻指针，用于指示下一次起始查寻的空闲分区， 并采用循环查找方式，即如果最后一个(链尾)空闲分区 的大小仍不能满足要求，则应返回到第一个空闲分区， 比较其大小是否满足要求。找到后，应调整起始查寻指 针。该算法能使内存中的空闲分区分布得更均匀，从而 减少了查找空闲分区时的开销，但这样会缺乏大的空闲 分区。
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北京交通大学计算机学院 翟高寿
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紧凑（拼接）技术
操作系统 用户程序1
10KB 用户程序3
30KB 用户程序6
14KB 用户程序9
26KB
紧凑后
操作系统 用户程序1 用户程序3 用户程序6 用户程序9
80KB
北京交通大学计算机学院 翟高寿
动态可重定位分区分配 内存管理
北京交通大学 计算机学院
翟高寿
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动态可重定位分区分配方式
紧凑技术 连续分配要求程序装入内存空间的连续性 分区分配产生的零头/碎片问题 通过移动把多个分散拼接成大分区 用户程序内存地址变化及地址修正问题
动态重定位 动态运行时装入方式及重定位寄存器
动态可重定位分区分配内存管理■
北京交通大学计算机学院 翟高寿
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动
开始
态
从头开始查找可变分区分配用数据结构
重
定
位
否
找到不小于
是
u.size的空
分
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
空闲分区总和
闲分区否?
区 分
不小于u.size?
否 是
按动态分区方式
配 进行拼凑形成连续空闲区
进行分配，修改
流
修改分配用数据结构
分配用数据结构
程
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