连续分配存储管理方式
连续分配存储管理方式
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固定分区分配示例
某系统的内存容量为256K，操作系统占用低地址的20K，其 余空间划分成4个固定大小的分区。如下图：
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固定分区分配
例：在某系统中，采用固定分区分配管理方式，内存分区（单位字节） 情况如图所示，现有大小为1K、9K、33K、121K的多个作业要求进入内 存，试画出它们进入内存后的空间分配情况，并说明主存浪费多大？
适用于控制多个相同对象的场合 缺乏灵活性，小程序浪费空间，大程序无法装入 2. 分区大小不等 为了解决灵活性问题，将内存分为多个大小不等
的分区：小分区(较多)，中等分区(适量)，大分 区(少量)
4
固定分区分配
每个用户作业占用一个连续分区，作业的程序和数据一旦装 入分区后就不能再移动，通常采用静态地址重定位。
收。在可变式分区中，应该检查回收区与内存中前后空 闲区是否相邻，若相邻，则应进行合并，形成一个较大 的空闲区，并对相应的链表指针进行修改；若不相邻， 应将空闲区插入到空闲区链表的适当位置。
回收时的几种情况：
（1）上邻空闲区：合并，改大小 （2）下邻空闲区：合并，改大小、首地址。 （3）上、下邻空闲区：合并，改大小，取消下邻空闲区
5
固定分区分配
分区号 1 2 3 4
分区说明表示例
大小(KB) 始址
8
20
32
28
64
60
132
124
状态 已分配 已分配 已分配 未分配
6
固定分区分配
缺点： 分区数量是固定的，每个分区只能装入一道作业， 限制了系统能容纳的作业数。 分区大小是固定的，每个分区只能装入一道作业， 剩余空间无法再利用，造成浪费。
4.3 连续分配方式
计算机操作系统 第四版 汤小丹 梁红兵 哲凤屏_第4章(20162017)
4.3.4 基于顺序搜索的动态分区分配算法
2. 循环首次适应(next fit ,NF)算法
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。 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。
的适当位置。
0
1000 L O A D 1 ,2 5 0 0
2500 365
10000
1 1 0 0 0 L O A D 1 ,2 5 0 0
12500
365
5000 作业地址空间
15000
内存空间
把在装入时对目标程 序中指令和数据地址的 修改过程称为重定位。
地址变换通常在进程装入 时依次完成的，以后不再改 变，静态重定位。
4.2 程序的装入和链接
将一个用户源程序变为内存中的一个可执行程序，通常 有以下几个步骤：
编译，由编译程序(Compiler)将用户源代码编译成若干 个目标模块(Object Module)；
链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标模 块，以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完 整的装入模块(Load Module)；
4.1.2 主存储器与寄存器
1．主存储器
简称内存或主存，用于保存进程运行时的程序和数据。
CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数 据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者 从寄存器存入到主存储器。 CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址 空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的 速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器 和高速缓存。
计算机操作系统第四章-存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。
但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。
2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。
(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。
1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。
物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。
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连续分配是指将存储器中的空间按照一定的方式连续划分给进程使用的一种存储器管理方式。
常见的连续分配方式有三种：单一连续分配方式、固定分区分配方式和动态分区分配方式。
单一连续分配方式是最简单的分配方式，每个进程只有一个连续的存储区域。
操作系统将整个存储器分成两部分，一部分为操作系统占用，另一部分为用户程序占用。
优点是实现简单，缺点是无法有效利用存储器空间和不能同时运行多个程序。
2.固定分区分配方式固定分区分配方式是将存储器划分成若干个固定大小的区域，每个区域对应一个作业或进程。
每个进程的大小必须小于等于所分配的存储区域大小。
操作系统为每个进程分配存储空间时，优先从大小与所需存储空间最接近的空闲分区开始分配。
优点是管理简单，缺点是会导致存储空间的浪费和外部碎片的产生。
3.动态分区分配方式动态分区分配方式是将存储器分为多个大小不等的存储块，每个进程可以根据需要分配不同大小的存储块。
当新的进程需要存储空间时，操作系统从存储器的起始地址开始查找，找到第一个可用空闲块，并将其分配给进程。
优点是存储空间利用率高，可以同时运行多个进程，但缺点是会导致内部碎片的产生。
对于动态分区分配方式，还可以采用三种具体的分区算法：a. 首次适应算法（First Fit）：从前向后遍历所有空闲分区，找到第一个大小大于或等于所需存储空间的空闲分区进行分配。
优点是速度快，但容易产生较多的碎片。
b. 循环首次适应算法（Next Fit）：与首次适应算法类似，但从上一次分配的位置开始查找，减少了空闲分区的时间。
可以避免每次都从头开始，但仍会产生较多的碎片。
c. 最佳适应算法（Best Fit）：从所有空闲分区中找到最小且大于所需存储空间的空闲分区进行分配。
优点是最大限度地避免碎片，但速度相对较慢。
综上所述，连续分配方式是一种常见的存储器管理方式。
根据应用场景和需求不同，可以选择合适的连续分配方式来管理存储器，以实现存储空间的高效利用和进程的有效管理。
连续分配存储管理方式
连续分配存储管理方式什么是连续分配存储管理方式连续分配存储管理方式指的是将内存空间划分为一系列连续的块，并按照一定的规则将这些块分配给进程使用。
这种存储管理方式广泛应用于操作系统中的进程管理和文件系统管理等领域。
连续分配存储管理的常见算法1. 首次适应算法（First Fit）首次适应算法是按照内存空间的地址顺序，从低地址到高地址依次查找可用的空闲块，并将进程分配到第一个满足大小要求的空闲块中。
该算法简单直接，但容易产生碎片。
2. 最佳适应算法（Best Fit）最佳适应算法是在所有可用的空闲块中选择最小且能满足进程大小要求的空闲块进行分配。
该算法能够充分利用内存空间，但是搜索过程较为复杂，效率较低。
3. 最坏适应算法（Worst Fit）最坏适应算法是在所有可用的空闲块中选择最大的空闲块进行分配，这样可以最大程度地保留大块空闲空间。
但是这种策略可能导致产生更多的碎片。
4. 快速适应算法（Next Fit）快速适应算法是首次适应算法的改进版本，在分配空闲块时，从上次分配的位置开始搜索。
这样可以避免每次都从头开始搜索，提高了搜索的效率。
连续分配存储管理的优点和缺点优点1.实现简单：连续分配存储管理算法相对而言比较简单，易于实现和理解。
2.内存利用率高：连续分配存储管理可以充分利用内存空间，减少空闲空间的浪费。
3.顺序访问性好：由于连续分配存储管理方式将内存空间划分为连续的块，所以对于顺序访问的进程来说，访问效率较高。
缺点1.碎片问题：连续分配存储管理容易产生内部碎片和外部碎片。
内部碎片是指分配给进程的内存块比进程所需的内存块大，造成内存空间浪费。
外部碎片是指内存空闲块的分布不连续，无法满足大块连续内存需求，导致内存的浪费。
2.分配效率低：由于需要搜索可用的空闲块，连续分配存储管理的分配效率相对较低。
3.控制粒度难以调整：连续分配存储管理方式中，分配块的大小通常是固定的，难以根据进程的需要进行灵活调整。
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。
实验四 操作系统存储管理实验报告
实验四操作系统存储管理实验报告一、实验目的本次操作系统存储管理实验的主要目的是深入理解操作系统中存储管理的基本原理和方法，通过实际操作和观察，掌握内存分配、回收、地址转换等关键技术，提高对操作系统存储管理机制的认识和应用能力。
二、实验环境操作系统：Windows 10开发工具：Visual Studio 2019三、实验原理1、内存分配方式连续分配：分为单一连续分配和分区式分配（固定分区和动态分区）。
离散分配：分页存储管理、分段存储管理、段页式存储管理。
2、内存回收算法首次适应算法：从内存低地址开始查找，找到第一个满足要求的空闲分区进行分配。
最佳适应算法：选择大小最接近作业需求的空闲分区进行分配。
最坏适应算法：选择最大的空闲分区进行分配。
3、地址转换逻辑地址到物理地址的转换：在分页存储管理中，通过页表实现；在分段存储管理中，通过段表实现。
四、实验内容及步骤1、连续内存分配实验设计一个简单的内存分配程序，模拟固定分区和动态分区两种分配方式。
输入作业的大小和请求分配的分区类型，程序输出分配的结果（成功或失败）以及分配后的内存状态。
2、内存回收实验在上述连续内存分配实验的基础上，添加内存回收功能。
输入要回收的作业号，程序执行回收操作，并输出回收后的内存状态。
3、离散内存分配实验实现分页存储管理的地址转换功能。
输入逻辑地址，程序计算并输出对应的物理地址。
4、存储管理算法比较实验分别使用首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法进行内存分配和回收操作。
记录不同算法在不同作业序列下的内存利用率和分配时间，比较它们的性能。
五、实验结果与分析1、连续内存分配实验结果固定分区分配方式：在固定分区大小的情况下，对于作业大小小于或等于分区大小的请求能够成功分配，否则分配失败。
内存状态显示清晰，分区的使用和空闲情况一目了然。
动态分区分配方式：能够根据作业的大小动态地分配内存，但容易产生内存碎片。
2、内存回收实验结果成功回收指定作业占用的内存空间，内存状态得到及时更新，空闲分区得到合并，提高了内存的利用率。
连续分配方式
(2) 分区大小不等。
2. 内存分配
图 4-4 固定分区使用表
1.3 动态分区分配
1. 分区分配中的数据结构 (1) 空闲分区表。
(2) 空闲分区链。
前
后
向
向
指
指
针
针
N
N个 字节 可 用 N
＋
＋
2
2
0
0
图 4-5 空闲链结构
30 KB
用户 程序6
14 KB 用户 程序9
26 KB
(a) 紧凑前
操作 系统 用户 程序1 用户 程序3 用户 程序6 用户 程序9
80 KB
(b) 紧凑后
2. 动态重定位的实现
0 10 0
LOA D1,2 500
25 00 36 5
相对地址 25 00
重定位寄存器 10 00 0
10 00 0 10 10 0 LOA D1,2 500
操作系统
连续分配方式
1.1 单一连续分配 这是最简单的一种存储管理方式，但只能用于单用户、 单任务的操作系统中。采用这种存储管理方式时，可把 内存分为系统区和用户区两部分，系统区仅提供给OS 使用，通常是放在内存的低址部分；用户区是指除系统 区以外的全部内存空间， 提供给用户使用。
1.2 固定分区分配
2. 对换空间的管理
为了能对对换区中的空闲盘块进行管理，在系统中应配 置相应的数据结构，以记录外存的使用情况。其形式与 内存在动态分区分配方式中所用数据结构相似，即同样 可以用空闲分区表或空闲分区链。在空闲分区表中的每 个表目中应包含两项， 即对换区的首址及其大小，它 们的单位是盘块号和盘块数。
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固定分区分配
例：在某系统中，采用固定分区分配管理方式，内存分区（单位字节） 情况如图所示，现有大小为1K、9K、33K、121K的多个作业要求进入内 存，试画出它们进入内存后的空间分配情况，并说明主存浪费多大？
0k 20k 28k 60k
180k
511k
（1）内存分区图
os
1 2 3
4
（2）分区说明表
0
系统区
m
用户区
n
地址： 0<m<n
2
固定分区分配
把内存用户空间划分为若干个固定大小的区域，
每个分区只装入一道作业。
划分的原则由系统操作员或操作系统决定。 分区一旦划分结束，则系统运行期间，每个分
区的长度和内存的总分区个数将保持不变。
3
固定分区分配
划分分区的两种方法： 1. 分区大小相等
适用于控制多个相同对象的场合 缺乏灵活性，小程序浪费空间，大程序无法装入 2. 分区大小不等 为了解决灵活性问题，将内存分为多个大小不等
内存分配的一般过程 内存回收的几种情况
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内存分配流程
从头开始查表
检索完否？ Y
返回
N m.size>u.size?
N 继续检索下一个表项
Y
m.sizeu.size<=size?
N 从该分区中划出u.size大小的分区
Y 将该分区从链中移出
将该分区分配，并修改相关结构
返回
16
回收内存
当某一个用户作业完成释放所占分区时，系统应进行回
4.3 连续分配方式
连续分配方式：为一个用户程序分配一个连 续的存储空间。
1. 单一连续分配 2. 固定分区分配 3. 动态分区分配 4. 动态重定位分区分配
1
单一连续分配
最简单，只适用于单用 户、单任务系统
内存分为两部分：
系统区 内存的低址部分，
仅供OS使用
用户区 系统区以外的全部
内存空间，供用户 程序使用
区号 1 2 3 4
大小 8k 32k 120k 331k
起址 20k 28k 60k 180k
状态 未分配 未分配 未分配 未分配
9
解：根据分区说明表，将4个分区依次分配给4个作业，同时 修改分区说明表，其内存分配和分区说明表如下所示：
0k 20k 28k
60k
(1)内存分配图
1K
9K2 333K
19
基于顺序搜索的动态分区分配算法
1. 首次适应算法 2. 循环首次适应算法 3. 最佳适应算法 4. 最坏适应算法
20
首次适应算法(first fit, FF)
要求按地址递增的次序组织空闲区表( 链) 。 申请和分配：从低地址找起，直至找到一个能可满足 要求的空闲分区，根据作业大小划出一块给申请者， 剩余空间仍留在空闲链中，成为一个小的空闲分区。 优点：优先使用内存中低址部分的小空闲区， 从而保 留了高址部分的大空闲区，有利于大作业。 缺点： 低址部分不断被划分，形成许多难以利用的小空闲
起始地址和使用状况。
分配过程
➢ 当用户作业要求装入系统时，操作系统查找分区说明表中标 记的空闲区域，根据作业大小，按照一定的分配策略，选择 一个空闲分区分配给该作业，并把分区说明表中该分区标明 已占用。
5
固定分区分配
分区号 1 2 3 4
分区说明表示例
大小(KB) 始址
8
20
32
28
64
60
132
124
状态 已分配 已分配 已分配 未分配
6
固定分区分配
缺点： 分区数量是固定的，每个分区只能装入一道作业， 限制了系统能容纳的作业数。 分区大小是固定的，每个分区只能装入一道作业， 剩余空间无法再利用，造成浪费。
优点：实现简单
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固定分区分配示例
某系统的内存容量为256K，操作系统占用低地址的20K，其 余空间划分成4个固定大小的分区。如下图：
分区(碎片)，造成空间浪费 碎片聚集在低址区域，每循环首次适应算法(next fit)
是FF算法的演变和改进，每次分配不再从空闲分区链 (表)的开始找起，而是从上次找到的空闲分区的下一个 找起，找到一个能满足要求的空闲分区。 需增设一个起始查寻指针，指示下一次查找从那个空 闲分区开始。 优点：使空闲分区分布均匀，减少查找开销 缺点：缺乏大空闲分区，不利于大作业
180k
121K
511k
（2）分区说明表
区号 1 2 3 4
大小 8k 32k 120k 331k
起址 20k 28k 60k 180k
状态 已分配 已分配 已分配 已分配
(3) 主存浪费空间 = (8-1)+(32-9)+(120-33)+(331-121) = 7+23+87+210=327(k)
的分区：小分区( 较多) ，中等分区( 适量) ，大分 区( 少量)
4
固定分区分配
每个用户作业占用一个连续分区，作业的程序和数据一旦装 入分区后就不能再移动，通常采用静态地址重定位。
分区的管理和分配 分区说明表
➢ 用于管理和分配内存的数据结构。 ➢ 每个表项对应一个分区，记载着这个分区的序号、空间大小、
的表项。 4 不邻接，则建立一新表项。
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回收内存
F1 回收区
回收区 F2
F1 回收区
F2
作业1 回收区 作业2
(1)
(2)
(3)
(4)
F1, F2: 空闲区
作业1，2：非空闲区
图4-8 内存回收时的情况
18
动态分区分配大类
基于顺序搜索的动态分区分配算法 基于索引搜索的动态分区分配算法
机制：搜索合适的空闲分区、划分、分配 策略：怎样去搜索？怎样算“合适”？
11
动态分区分配
12
动态分区分配的数据结构
空闲分区表
在系统中设置一张空闲区表，每个表目记录
一个空闲区，主要参数包括分区号、长度和 起始地址。
空闲分区链
利用每个内存空闲区的头几个单元存放分区
分配控制信息，在分区的头、尾设置指针， 从而把所有的空闲区链接起来。
13
动态分区分配
14
动态分区的分配和回收
10
动态分区分配
动态分区法在作业执行前并不建立分区，分区的建立
是在作业的处理过程中进行的，且其大小可随作业或 进程对内存的要求而改变。这就改变了固定分区法中 那种即使是小作业也要占据大分区的浪费现象，从而 提高了内存的利用率。
采用动态分区法，在系统初启时，除了操作系统中常
驻内存部分之外，只有一个空闲分区。随后，分配程 序将该区依次划分给调度选中的作业或进程。
收。在可变式分区中，应该检查回收区与内存中前后空 闲区是否相邻，若相邻，则应进行合并，形成一个较大 的空闲区，并对相应的链表指针进行修改；若不相邻， 应将空闲区插入到空闲区链表的适当位置。
回收时的几种情况：
1 上邻空闲区：合并，改大小 2 下邻空闲区：合并，改大小、首地址。 3 上、下邻空闲区：合并，改大小，取消下邻空闲区