动态分区分配算法动态分区分配算法
动态分区分配算法描述
动态分区分配算法描述一、引入动态分区分配算法：在动态分区分配方式中，当很多个空闲分区都能满足需求时，应该选择哪个分区进行分配？二、首次适应算法（First Fit）算法思想：每次都从低地址开始查找，找到第一个能满足大小的空闲分区。
如何实现：空闲分区以地址递增的次序排列。
每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表），找到大小能满足要求的第一个空闲分区。
三、最佳适应算法（Best Fit）算法思想：由于动态分区分配是一种连续分配方式，为各进程分配的空间必须是连续的一整片区域。
因此为了保证当“大进程”到来时能有连续的大片空间，可以尽可能多地留下大片的空闲区，即优先使用更小的空闲区。
如何实现：空闲分区按容量递增次序链接。
每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表），找到大小能满足要求的第一个空闲分区。
缺点：每次都选最小的分区进行分配，会留下越来越多的、很小的、难以利用的内存块。
因此这种方法会产生很多的外部碎片。
四、最坏适应算法(Worst Fit)又称最大适应算法（Largest Fit）算法思想：为了解决最佳适应算法的问题——即留下太多难以利用的小碎片，可以在每次分配时优先使用最大的连续空闲区，这样分配后剩余的空闲区就不会太小，更方便使用。
如何实现：空闲分区按容量递减次序链接。
每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表），找到大小能满足要求的第一个空闲分区。
重新排序：空闲分区按容量递减次序链接缺点：每次都选最大的分区进行分配，虽然可以让分配后留下的空闲区更大，更可用，但是这种方式会导致较大的连续空闲区被迅速用完。
如果之后有“大进程”到达，就没有内存分区可用了。
五、邻近适应算法（Next Fit）算法思想：首次适应算法每次都从链头开始查找的。
这可能会导致低地址部分出现很多小的空闲分区，而每次分配查找时，都要经过这些分区，因此也增加了查找的开销。
如果每次都从上次查找结束的位置开始检索，就能解决上述问题。
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汇报人：
算法性能评估
时间复杂度：O(n)
空间复杂度：O(1)
稳定性：稳定
适用场景：适用于动态分 区分配问题
模拟结果总结与反思
模拟结果：动态分区分配算法的性能表现 优点：提高了内存利用率，减少了内存碎片 缺点：增加了内存管理开销，可能导致内存碎片 改进方向：优化内存管理算法，提高内存利用率和性能
05 课程设计总结与展望优化目标Leabharlann 提高 算法的执行效率 和内存利用率
优化策略：采用 动态调整分区大 小、优化内存分 配策略等方法
优化效果：通过 优化，可以提高 算法的执行效率 和内存利用率， 降低内存碎片率， 提高系统的稳定 性和可靠性。
04 模拟结果分析
内存分配情况统计
内存分配次数：统 计模拟过程中内存 分配的次数
确定分区大小和数量
确定分区大小：根据需求确定分区大小，如1KB、2KB等 确定分区数量：根据需求确定分区数量，如10个、20个等 分区分配策略：采用最佳适应算法、最坏适应算法、首次适应算法等 分区合并策略：采用分区合并算法，如合并空闲分区、合并相邻空闲分区等
实现分区分配算法
初始化：设置分区表，记录每个分区的状态和位置 分配：根据请求大小，查找合适的分区 合并：将相邻的空闲分区合并为一个大分区 分割：将大分区分割为多个小分区 回收：释放不再使用的分区，将其加入空闲分区列表 维护：定期整理分区表，保持分区信息的准确性
实现内存回收函数
内存回收函数的作用：释放不再使用的内存空间，提高内存利用率 内存回收函数的实现：通过遍历内存块链表，找到空闲内存块，将其添加到空闲链表中 内存回收函数的调用：在程序运行过程中，当需要释放内存时，调用内存回收函数 内存回收函数的优化：通过改进算法，提高内存回收的效率和准确性
操作系统-动态分区分配算法实验报告
实验题目：存储器内存分配设计思路：1.既然是要对内存进行操作，首先对和内存相关的内容进行设置我使用的是用自定义的数据结构struct来存放内存中一个内存块的内容包括：始地址、大小、状态（f:空闲u:使用e:结束）之后采用数组来存放自定义的数据类型，这样前期的准备工作就完成了2.有了要加工的数据，接下来定义并实现了存放自定义数据类型的数组的初始化函数和显示函数，需要显示的是每个内存块的块号、始地址、大小、状态3.接着依此定义三种动态分区分配算法首次适应算法、最佳适应算法和最差适应算法4.对定义的三种算法逐一进行实现①首次适应算法：通过遍历存放自定义数据类型的数组，找到遍历过程中第一个满足分配大小的内存块块号i，找到之后停止对数组的遍历，将i之后的块号逐个向后移动一个，然后将满足分配大小的内存块i分为两块，分别是第i块和第i+1块，将两块的始地址、大小、状态分别更新，这样便实现了首次适应算法②最佳适应算法：和首次适应算法一样，首先遍历存放自定义数据类型的数组，找到满足分配大小的内存块后，对内存块的大小进行缓存，因为最佳适应是要找到最接近要分配内存块大小的块，所以需要遍历整个数组，进而找到满足分配大小要求的而且碎片最小的块i，之后的操作和首次遍历算法相同③最差适应算法：和最佳适应算法一样，区别在于，最佳适应是找到最接近要分配内存块大小的块，而最差适应是要找到在数组中，内存最大的块i，找到之后的操作和最佳适应算法相同，因此不在这里赘述。
5.定义并实现释放内存的函数通过块号找到要释放的内存块，把要释放的内存块状态设置成为空闲，查看要释放的块的左右两侧块的状态是否为空闲，如果有空闲，则将空闲的块和要释放的块进行合并（通过改变块的始地址、大小、状态的方式）6.定义主函数，用switch来区分用户需要的操作，分别是：①首次适应②最佳适应③最差适应④释放内存⑤显示内存⑥退出系统实验源程序加注释：#include<bits/stdc++.h>#define MI_SIZE 100 //内存大小100typedef struct MemoryInfomation//一个内存块{int start; //始地址int Size; //大小char status; //状态 f:空闲 u:使用 e：结束} MI;MI MList[MI_SIZE];void InitMList() //初始化{int i;MI temp = { 0,0,'e' };for (i = 0; i < MI_SIZE; i++){MList[i] = temp;}MList[0].start = 0; //起始为0MList[0].Size = MI_SIZE;//大小起始最大MList[0].status = 'f'; //状态起始空闲}void Display() //显示{int i, used = 0;printf("\n---------------------------------------------------\n");printf("%5s%15s%15s%15s", "块号", "始地址", "大小", "状态");printf("\n---------------------------------------------------\n");for (i = 0; i < MI_SIZE && MList[i].status != 'e'; i++){if (MList[i].status == 'u'){used += MList[i].Size;}printf("%5d%15d%15d%15s\n", i, MList[i].start, MList[i].Size, MList[i].status == 'u' ? "使用" : "空闲");}printf("\n----------------------------------------------\n");}void FirstFit(){int i, j, flag = 0;int request;printf("最先适应算法：请问你要分配多大的内存\n");scanf("%d", &request);for (i = 0; i < MI_SIZE && MList[i].status != 'e'; i++){if (MList[i].Size >= request && MList[i].status == 'f') {if (MList[i].Size - request <= 0){MList[i].status = 'u';}else{for (j = MI_SIZE - 2; j > i; j--){MList[j + 1] = MList[j];}MList[i + 1].start = MList[i].start + request; MList[i + 1].Size = MList[i].Size - request;MList[i + 1].status = 'f';MList[i].Size = request;MList[i].status = 'u';flag = 1;}break;}}if (flag != 1 || i == MI_SIZE || MList[i].status == 'e'){printf("没有足够大小的空间分配\n");}Display();}void BadFit(){int i, j = 0, k = 0, flag = 0, request;printf("最坏适应算法：请问你要分配多大的内存\n");scanf("%d", &request);for (i = 0;i < MI_SIZE - 1 && MList[i].status != 'e';i++){if (MList[i].Size >= request && MList[i].status == 'f') {flag = 1;if (MList[i].Size > k){k = MList[i].Size;j = i;}}}i = j;if (flag == 0){printf("没有足够大小的空间分配\n");j = i;}else if (MList[i].Size - request <= 0){MList[i].status = 'u';}else{for (j = MI_SIZE - 2;j > i;j--){MList[j + 1] = MList[j];}MList[i + 1].start = MList[i].start + request;MList[i + 1].Size = MList[i].Size - request;MList[i + 1].status = 'f';MList[i].Size = request;MList[i].status = 'u';}Display();}void M_Release() //释放内存{int i, number;printf("\n请问你要释放哪一块内存:\n");scanf("%d", &number);if (MList[number].status == 'u'){MList[number].status = 'f';if (MList[number + 1].status == 'f')//右边空则合并{MList[number].Size += MList[number].Size;for (i = number + 1; i < MI_SIZE - 1 && MList[i].status != 'e'; i++) { //i后面的每一个结点整体后移if (i > 0){MList[i] = MList[i + 1];}}}if (number > 0 && MList[number - 1].status == 'f')//左边空则合并{MList[number - 1].Size += MList[number].Size;for (i = number; i < MI_SIZE - 1 && MList[i].status != 'e'; i++){MList[i] = MList[i + 1];}}}else{printf("该块内存无法正常释放\n");}Display();}void BestFit(){int i, j = 0, t, flag = 0, request;printf("最佳适应算法：请问你要分配多大的内存\n");scanf("%d", &request);t = MI_SIZE;for (i = 0; i < MI_SIZE && MList[i].status != 'e'; i++){if (MList[i].Size >= request && MList[i].status == 'f'){flag = 1;if (MList[i].Size < t){t = MList[i].Size;j = i;}}}i = j;if (flag == 0){printf("没有足够大小的空间分配\n");j = i;}else if (MList[i].Size - request <= 0){MList[i].status = 'u';}else {for (j = MI_SIZE - 2; j > i; j--){MList[j + 1] = MList[j];}MList[i + 1].start = MList[i].start + request;MList[i + 1].Size = MList[i].Size - request;MList[i + 1].status = 'f';MList[i].Size = request;MList[i].status = 'u';}Display();}int main(){int x;InitMList();while (1){printf(" \n"); printf(" 1.首次适应\n");printf(" 2.最佳适应\n");printf(" 3.最差适应\n"); printf(" 4.释放内存\n"); printf(" 5.显示内存\n"); printf(" 6.退出系统\n"); printf("请输入1-6：");scanf("%d", &x);switch (x){case 1:FirstFit();break;case 2:BestFit();break;case 3:BadFit();break;case 4:M_Release();break;case 5:Display();break;case 6:exit(0);}}return 0;}实验测试结果记录：1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：1最先适应算法：请问你要分配多大的内存10---------------------------------------------------块号始地址大小状态---------------------------------------------------0 0 10 使用1 10 90 空闲----------------------------------------------1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：1最先适应算法：请问你要分配多大的内存25---------------------------------------------------块号始地址大小状态---------------------------------------------------0 0 10 使用1 10 25 使用2 35 65 空闲----------------------------------------------1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：1最先适应算法：请问你要分配多大的内存15---------------------------------------------------块号始地址大小状态---------------------------------------------------0 0 10 使用1 10 25 使用2 35 15 使用3 50 50 空闲----------------------------------------------1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：1最先适应算法：请问你要分配多大的内存20---------------------------------------------------块号始地址大小状态---------------------------------------------------0 0 10 使用1 10 25 使用2 35 15 使用3 50 20 使用4 70 30 空闲----------------------------------------------1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：4请问你要释放哪一块内存:---------------------------------------------------块号始地址大小状态---------------------------------------------------0 0 10 空闲1 10 25 使用2 35 15 使用3 50 20 使用4 70 30 空闲----------------------------------------------1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：4请问你要释放哪一块内存:2---------------------------------------------------块号始地址大小状态---------------------------------------------------0 0 10 空闲1 10 25 使用2 35 15 空闲3 50 20 使用4 70 30 空闲----------------------------------------------1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：2最佳适应算法：请问你要分配多大的内存5---------------------------------------------------块号始地址大小状态---------------------------------------------------0 0 5 使用1 5 5 空闲2 10 25 使用3 35 15 空闲4 50 20 使用5 70 30 空闲----------------------------------------------1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：3最坏适应算法：请问你要分配多大的内存25---------------------------------------------------块号始地址大小状态---------------------------------------------------0 0 5 使用1 5 5 空闲2 10 25 使用3 35 15 空闲4 50 20 使用5 70 25 使用6 95 5 空闲----------------------------------------------1.首次适应2.最佳适应3.最差适应4.释放内存5.显示内存6.退出系统请输入1-6：总结与自评：总结：分区存储管理是操作系统进行内存管理的一种方式。
动态分区分配算法
320 K
128 K 96 K
288 K
64 K
5
动态分区分配算法
Operating System
320 K
Process 4 Process 3
128 K 96 K
288 K
64 K
Operating System
Process 2
Process 4
Process 3
224 k 96 K 128 K 96 K
• 对占用分区进行内存数据搬移占用CPU时间 • 需要支持动态重定位的硬件支持 • 紧缩时机：每个分区释放后，如果没有邻接空闲区
但内存中有其他空闲区时，则马上进行拼接；或内 存分配找不到满足条件的空闲分区时，而所有空闲 区总容量却能满足需求量时，再进行拼接
11
分区管理的优缺点
• 优点
– 简单
• 缺点
– 紧凑技术：通过在内存移动程序，将所有小的 空闲区域合并为大的空闲区域
9
动态分区的问题
• 紧凑技术
OS process1
10KB process3
30KB
process6 pr1o4cKesBs9 process9
26KB
80KB
10
分区管理的基本原理
• 解决碎片的主要思路——内存紧缩
– 将各个占用分区向内存一端移动。使各个空闲 分区聚集在另一端，然后将各个空闲分区合并 成为一个空闲分区
被保留
3
动态分区分配算法
Operating 128K System 896 K
Operating System
Process 1
320 K
576 K
Operating System
动态分区管理方式及动态分区算法
动态分区管理方式及动态分区算法一、动态分区概述在操作系统中，内存管理是一个非常重要的部分。
在实际的应用中，程序的内存需求是会发生变化的，因此需要一种灵活的内存管理方式来满足不同程序的内存需求。
动态分区管理方式应运而生，它可以根据程序的需求，灵活地分配和回收内存空间，是一种高效的内存管理方式。
二、动态分区管理方式动态分区管理方式是指将内存划分为多个大小不等的分区，每个分区都可以被分配给进程使用，当进程终止时，分区将被回收。
动态分区管理方式通常通过动态分区算法来实现，下面将介绍几种常见的动态分区算法。
三、首次适应算法首次适应算法是最简单和最直观的动态分区分配算法。
它的基本思想是在空闲分区链表中按照位置区域顺序查找第一个能够满足进程大小需求的空闲分区，并将其分配给进程。
首次适应算法的优点是实现简单，分区利用率较高，但缺点是会产生大量的不连续碎片。
四、最佳适应算法最佳适应算法是在空闲分区链表中查找满足进程大小需求的最小空闲分区，并将其分配给进程。
最佳适应算法的优点是可以减少外部碎片，缺点是查找适合的空闲分区会花费较长的时间。
五、最坏适应算法最坏适应算法是在空闲分区链表中查找满足进程大小需求的最大空闲分区，并将其分配给进程。
最坏适应算法的优点是能够产生较小的碎片，但缺点是会导致剩余分区较多，影响分区利用率。
六、动态分区管理方式的优缺点动态分区管理方式相比于静态分区管理方式有很多优点，比如可以灵活地满足不同程序的内存需求，可以动态地合并和分割分区，提高了内存的利用率等。
但是动态分区管理方式也有一些缺点，比如会产生碎片，分配和回收内存的开销较大等。
七、结语动态分区管理方式及其算法在实际应用中有着广泛的应用，通过合理选择动态分区算法，可以提高内存的利用率，改善系统性能。
也需要注意动态分区管理方式可能产生的碎片问题，可以通过内存紧缩等手段来解决。
希望本文对读者有所帮助。
动态分区管理方式及动态分区算法八、碎片问题与解决方法在动态分区管理方式中，经常会出现碎片问题，包括内部碎片和外部碎片。
动态分区分配以及动态重定位分配四种方式
5)快速适应算法(quick fit) 该算法又称为分类搜索法，是将空闲分区根据其容量 大小进行分类，对于每一类具有相同容量的所有空闲分 区，单独设立一个空闲分区链表，这样，系统中存在多 个空闲分区链表，同时在内存中设立一张管理索引表， 该表的每一个表项对应了一种空闲分区类型，并记录了 该类型空闲分区链表表头的指针。空闲分区的分类是根 据进程常用的空间大小进行划分，如2 KB、4 KB、8 KB 等，对于其它大小的分区，如7 KB这样的空闲区，既可 以放在8 KB的链表中，也可以放在一个特殊的空闲区链 表中。
4)最坏适应算法(worst fit) 最坏适应分配算法要扫描整个空闲分区表或链表，总 是挑选一个最大的空闲区分割给作业使用，其优点是可 使剩下的空闲区不至于太小，产生碎片的几率最小，对 中、小作业有利，同时最坏适应分配算法查找效率很高。 该算法要求将所有的空闲分区按其容量以从大到小的顺 序形成一空闲分区链，查找时只要看第一个分区能否满 足作业要求。但是该算法的缺点也是明显的，它会使存 储器中缺乏大的空闲分区。最坏适应算法与前面所述的 首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法一起， 也称为顺序搜索法。
(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 针
N+2
N个字节可用
后 向 指 针
N+2
可重定位分区分配
动态重定位的引入 在连续分配方式中，必须把一个系统或用户程序装入 一连续的内存空间。如果在系统中只有若干个小的分区， 即使它们容量的总和大于要装入的程序，但由于这些分 区不相邻接，也无法把该程序装入内存。例如，图4-9(a) 中示出了在内存中现有四个互不邻接的小分区，它们的 容量分别为10 KB、30 KB、14 KB和26 KB，其总容量是 80 KB。但如果现在有一作业到达，要求获得40 KB的内 存空间，由于必须为它分配一连续空间，故此作业无法 装入。这种不能被利用的小分区称为“零头”或“碎 片”。
实验五动态分区分配算法的模拟
实验五动态分区分配算法的模拟为了更好地理解动态分区分配算法的工作原理，我们可以进行一次模拟实验。
在实验中，我们将模拟一个内存分区，并使用动态分区分配算法来管理这些分区。
首先，让我们定义一个内存大小为1000字节的分区。
我们假设这个内存中包含几个已分配的分区和几个空闲的分区。
我们使用首次适应算法来进行分区的首次适应分配。
首先，我们将整个内存空间标记为空闲状态，并创建一个初始的空闲链表。
我们假设初始时只有一个空闲分区，大小为1000字节，起始地址为0。
现在，假设有一个进程请求分配一个250字节大小的内存空间。
我们首先检查空闲链表，找到一个大小大于等于250字节的空闲分区。
在这种情况下，我们发现第一个空闲分区的大小是1000字节，所以我们将它拆分成250字节的已分配分区和750字节的空闲分区。
我们在已分配分区上标记一个进程编号，并将空闲分区加入空闲链表。
接下来，假设我们的进程需要申请500字节的内存空间。
在这种情况下，我们需要查找一个大小大于等于500字节的空闲分区。
我们发现第一个可用的空闲分区大小是750字节，我们将它拆分为已分配的500字节和剩余的250字节的空闲分区。
然后，我们假设有进程释放了先前分配的250字节的内存空间。
当一个进程释放分配的内存空间时，我们需要合并相邻的空闲分区。
在这种情况下，释放的分区位于地址0，大小为250字节，并且其下一个分区是地址500，大小为500字节的空闲分区。
因此，我们将这两个分区合并为一个大小为750字节的空闲分区。
接下来，我们假设另一个进程将请求600字节的内存空间。
根据首次适应算法，我们将在第一个满足条件的空闲分区进行分配。
在这种情况下，我们将分配200字节的空闲分区和分配400字节的空闲分区拆分为600字节的已分配分区和空闲分区。
最后，假设一个进程请求200字节的内存空间。
根据首次适应算法，我们在第一个满足条件的空闲分区进行分配。
在这种情况下，我们将250字节的空闲分区拆分为200字节的已分配分区和50字节的空闲分区。
动态分区分配方式首次适应算法
动态分区分配方式首次适应算法首次适应算法的思想是，当进程请求分配内存时，从空闲内存中找到第一个大小足够的空闲分区来满足进程需求。
因此，首次适应算法的时间复杂度与空闲分区的数量有关，但是分配成功的速度相对较快。
首先，我们需要建立一个空闲分区链表，其中记录了每个空闲分区的起始地址和大小。
初始状态下，整个内存空间是一个空闲分区。
当进程请求分配内存时，首次适应算法按照分区链表的顺序遍历空闲分区，找到第一个大小满足进程需求的分区。
具体操作如下：1.遍历空闲分区链表，找到第一个空闲分区大小大于等于进程请求大小的分区。
如果找到了满足条件的分区，则进行下一步；如果遍历完成仍未找到满足条件的分区，则进行内存紧缩或置换策略，为进程分配内存。
2.将找到的空闲分区进行分割，分为已分配给进程的部分和剩余的空闲部分。
已分配给进程的部分可以是与进程请求大小相等的分区，也可以是稍大的分区，以便于使用剩余空间。
3.更新空闲分区链表。
将已分配给进程的部分从链表中删除，将剩余的空闲分区插入链表中的适当位置。
4.返回已分配给进程的内存起始地址。
当进程释放内存时，可以通过合并相邻的空闲分区来优化内存空间的利用率。
1.遍历空闲分区链表，找到与释放的内存分区相邻的空闲分区。
2.将相邻的空闲分区进行合并，得到一个更大的空闲分区。
3.更新空闲分区链表。
首次适应算法的优点是简单有效，适用于动态内存分配的场景。
但是它也存在一些缺点，比如可能会造成内存碎片，不够高效地利用内存空间。
此外，首次适应算法相对于其他分配算法，如最佳适应算法和最坏适应算法，可能需要更多的时间来适合的空闲分区。
总结来说，首次适应算法是动态分区分配中常用的算法之一，其主要思想是按照分区链表的顺序第一个大小满足进程需求的空闲分区来分配内存。
虽然存在一些缺点，但在实际应用中，首次适应算法被广泛使用。
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第四章 存 储 器 管 理
1、绝对装入方式(Absolute Loading Mode)
绝对地址
1024
JUMP 1424
内存地址
1024
1424
LOAD 2224
装入程序
1424
2224
2224
绝对装入模块
第四章 存 储 器 管 理
2、可重定位装入方式(Relocation Loading Mode)
– 为什么引入快表可加快分页系统存取指令和数据的速度？
第四章 存 储 器 管 理
本章要点（4/4）
• 分页和分段存储管理方式
– 由分页发展为分段，并进一步发展为段页式存储 管理方式的主要推动力是什么？
– 分段和段页式系统是如何管理作业的地址空间和 内存空间的，它们的地址变换是如何完成的？ – 试将分页系统与分段系统加以比较。
第四章 存 储 器 管 理
4.1.1 多层结构的存储器系统
• 理想存储器
– 速度快，能跟上处理机的速度 – 容量大 – 价格便宜
1、存储器的多层结构
寄存器 存 图 CPU寄存器 储 4 高速缓存 层 1 主存储器 次 主存 示计 磁盘缓存 意算 机 固定磁盘 系 辅存 可移动存储介质 统 可执行 存储器 速度 价格
– 为什么分段系统比分页系统更容易实现信息的共 享和保护？
第四章 存 储 器 管 理
本章内容
4.1 存储器的层次结构 4.2 程序的装入和链接 4.3 连续分配存储管理方式 4.4 对换（Swapping） 4.5 分页存储管理方式 4.6 分段存储管理方式
第四章 存 储 器 管 理
4.1 存储器的层次结构
第四章 存 储 器 管 理
4.1.3 高速缓存和磁盘缓存
1、高速缓存
• 高速缓存：
– 容量大于寄存器，但比内存小，访问速度快于主存储器 – 根据程序执行局部性原理，将主存中一些经常访问的信 息存放在高速缓存中，减少访问主存储器的次数，提高 程序执行速度。
2、磁盘缓存
• 磁盘缓存
– 存放外部存储器中频繁使用的一部分磁盘数据和信息
• 由装入程序根据内存当时的实际使用情况，将装入模块装 入到内存的适当地方。 • 重定位：在装入时对目标程序中的指令和数据地址的修改 过程。 • 静态重定位：地址变换只是在装入时一次完成，以后不再 改变。 • 缺点：一个程序通常需要占用连续的内存空间，程序装入 内存后不能移动。不易实现共享。
第四章 存 储 器 管 理
1、绝对装入方式(Absolute Loading Mode)
• 在可执行文件中记录内存地址，装入时不再作地址重 定位，直接定位在上述(即文件中记录的地址)内存地址。 • 绝对地址的产生： （1）由编译器完成； （2）由程序员编程完成。 • 对编译器而言，编程用符号地址，在编译或汇编时再 将符号地址转换为绝对地址。 • 优点：装入过程简单。 • 缺点：过于依赖于硬件结构，不适于多道程序系统
图4-2 对用户程序的处理步骤
第四章 存 储 器 管 理
4.2.1 程序的装入
• 在可执行文件装入时需要解决可执行文件中地 址（指令和数据）和内存地址的对应。由操作 系统中的装入程序loader来完成。 • 装入模块的三种装入方式：
– 绝对装入方式
– 可重定位装入方式
– 动态运行时装入方式
第四章 存 储 器 管 理
2、可重定位装入方式(Relocation Loading Mode)
0 10000 1000 LOAD 1,2500 11000 LOAD 1,12500 2500 365 12500 365
5000 作业地址空间
15000
内存空间
图 4-3 作业装入内存时的情况
第四章 存 储 器 管 理
3、动态运行时装入方式(Dynamic Run-time Loading)
第四章 存 储 器 管 理
本章要点（3/4）
• 分页和分段存储管理方式
– 是在什么推动力的作用下，使内存管理由动态分区分配 方式发展为分页存储管理方式？ – 分页系统是如何将地址空间中的作业划分为若干个页， 它又是如何进行内存分配的？
– 掌握分页系统逻辑地址的结构。
– 为了进行逻辑地址到物理地址的转换，分页系统必须为 每个作业配置什么样的数据结构并提供哪些硬件支持？
– 利用主存中的存储空间，来暂存从磁盘中读出的信息
第四章 存 储 器 管 理
4.2 程序的装入和链接
第四章 存 储 器 管 理
• 程序在成为进程前的准备工作
编辑→编译→链接→装入→运行
库 编译程 序产生 的目标 模块 内存
链接 程序
装入 模块
装入 程序
编译 Compiler
链接 Linker
装入 Loder
存储容量
第四章 存 储 器 管 理
2、可执行存储器
第四章 存 储 器 管 理
4.1.2 主存储器与寄存器
1、主存储器
• 主存储器：也称内存、主存或可执行存储器
– CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据； – CPU与外围设备交换的信息一般依托于主存储器地址空 间。
2、寄存器
• 寄存器
– 访问速度最快，完全能与CPU协调工作； – 容量小、价格昂贵； – 寄存器的长度一般以字（word）为单位。
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第四章
存储器管理
第四章 存 储 器 管 理
本章要点（1/4）
• 目标：了解简单存储器的管理方式和它们的 实现方法。 • 重定位的基本概念
– – – – – 重定位的实质是什么，如何实现重定位？ 为什么要引入重定位？ 静态重定位适用于何种场合，它有何优缺点？ 动态重定位是为了解决什么问题而引入的？ 在连续分配方式、分页系统和分段系统中，分 别是如何实现动态重定位的？
第四章 存 储 器 管 理
本章要点（2/4）
• 动态分区分配方式
– 什么是动态内存分配？ – 在动态内存分配中如何提高内存利用率？
– 造成动态分区分配方式内存浪费的主要原因是什么，它 可以通过什么办法加以解决？
– 动态分区分配算法可采用哪两种数据结构来描述分区的 情况？可采用哪些算法来进行内存的分配和回收？ – 在采用不同的分配算法时，系统是如何组织空闲分区表 或空闲分区链的，它们又是如何进行分区的分配和回收 的。
• 在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的逻辑 地址转换为物理地址，而是把这种地址转换工作推迟到程 序真正执行时才进行。因此，装入内存后的所有地址都是 逻辑地址。