代码编织梦想

 我是荔园微风,作为一名在IT界整整25年的老兵,今天总结一下Windows操作系统存储管理——实存管理和虚存管理。

存储器管理的对象是主存(内存)。重点是要知道实存和虚存的管理,而虚存管理重点是逻辑地址和物理地址间的转换。


实存管理

存储管理的任务是存储空间的分配与回收。实际存储管理主要方式是分区存储管理,把内存分为若干区,每个区分配给一个作业使用,并且用户只能使用所分配的区。存储管理按划分方式不同分区,见下:

(1)

分配方式:固定分区

分配类型:静态分配法       

分配特点:将主存划分为若干个分区,分区大小不等

(2)

分配方式:可变分区

分配类型:动态分配法      

分配特点:存储空间划分是在作业装入时进行的,故分区的个数是可变的,分区的大小刚好等于作业的大小

(3)

分配方式:可重定位分区

分配类型:动态分配法       

分配特点:移动所有已分配好的分区,使之成为连续区域

       

在可变分区分配方式中,当有新作业申请分配内存时所采用的存储分配算法有以下4种:

(1)最佳适应法:选择最接近作业需求的内存空白区(自由区)进行分配。该方法可以减少碎片,但同时也可能带来小而无法再用的碎片。

(2)最差适应法:选择整个主存中最大的内存空白区。

(3)首次适应法:从主存低地址开始,寻找第一个能装入新作业的空白区。

(4)循环首次适应算法:首次适应法的变种,也就是不再是每次都从头开始匹配,而是从刚分配的空白区开始向下匹配。

虚存管理

“实存管理”策略比较简单,但毕竟内存大小总有限,如果出现大于物理内存的作业就无法调 入内存运行。解决办法就是虚拟存储系统,即用外存换取内存。虚存管理则是实现虚拟地址和实地址的对应关系。

虚存管理情况下,实际进程对应运行的地址为逻辑地址(虚拟地址),而不对应主存的物理地址(实地址)。这种方式允许部分数据装入和对换,可用较小的内存运行较大的程序。这样就可以 提供大于物理地址的逻辑地址空间。

常见的虚存组织方式有3种,见下。

(1)页式管理

划分方式: 进程地址分为若干大小等长区(定长)。主存空间划分成与页相同大小的若干个物理块,称为块

进程分配主存:进程的若干页分别装入多个不相邻接的块中

地址结构:(页号p,页内偏移d)

实际地址定位:通过页表找到内存物理块起始地址,然后+页内偏移

其他:页表:一张逻辑页到实际物理页映射表。系统借助页表能找到在主存的目标页面对应的物理快。快表:一组高速存储器,保存当前访问频率较高的少数活动页及相关信息。

(2)段式管理

划分方式:作业的地址空间被划分为若干个段(可变长),每段是完整的逻辑信息

进程分配主存:作业每个段整体分配一个连续的内存分区。作业的各个段可以不连续地分配到主存中

地址结构:(段号s,段内偏移d)

实际地址定位:段表内找出内存物理块起始地址,然后+段内偏移

其他:段表:一张逻辑段到物理主存区的映射表。系统借助段表找到目标段起始地址(基址)和段的长度

(3)段页式管理

划分方式:整个主存划分成大小相等的存储块(页框)。再将用户程序按程序的逻辑关系分为若干个段。再将每个段划分成若干页

进程分配主存: 以存储块(页框)为单位离散分配

地址结构: (段号s,段内页号p,页内偏移d)

实际地址定位:先在段表中找到页表的起始地址,然后在页表中找到起始地址,最后+页内偏移

其他:无

举例

某计算机系统页面大小为4K,进程的页面变换见表,逻辑地址为十六进制1D16H。该地址经过变换后,其物理地址应为十六进制的多少呢?

页号     物理块号

0           1

1           3

2           4

3           6

分析

页面大小为4K(4K=2^12),因此该系统逻辑地址低12位为页内地址, 高位对应页号。而逻辑地址为十六进制1D16H,代表逻辑地址有16个二进制位,其中低位D16H(12位)为页内地址,高位1(4位)说明页号为1。 由上表可知,页号1对应的物理块号为3。因此,1D16H的实际地址为3D16H。

另外,还需要知道一个算法:

最近未用淘汰算法——NUR(Not Used Recently) 淘汰算法, 每次都尽量选择最近最久未被写过的页面淘汰。算法按照下列顺序选择被淘汰的页面:

第1淘汰:访问位=0,修改位=0;直接淘汰。

第2淘汰:访问位=0,修改位=1;写回外存后淘汰。

第3淘汰:访问位=1,修改位=0;直接淘汰。

第4淘汰:访问位=1,修改位=1;写回外存后淘汰。

虚存管理

虚拟存储管理包含作业调入内存、放置(放入分区)、置换等工作。

虚拟存储管理内容

(1)

管理动作:调入

具体解释:确定何时将某一页/段的外存的内容调入主存。通常分为:  (1)请求调入:需要使用时调入。 (2)先行调入:预计即将使用的页/段先行调入主存

(2)

管理动作:放置

具体解释:调入后,放在主存的什么位置。方法和主存管理方法一致

(3)

管理动作:置换

具体解释:当内存已满, 需要调出(淘汰) 一些页面给需要使用内存的页面。具体方法与Cache 调入方法一致。 (1) 最优算法(OPT) :淘汰不用的或最远的将来才用的页。理想方法, 难以实现。 (2) 随机算法(RAND) :随机淘汰。开销小, 但性能不稳定。 (3) 先进先出算法(FIFO) :调出最早进入内存的页。 (4) 最近最少使用算法(LRU) :选择一段时间内使用频率最少的页。

作者简介:荔园微风,1981年生,高级工程师,浙大工学硕士,软件工程项目主管,做过程序员、软件设计师、系统架构师,早期的Windows程序员,Visual Studio忠实用户,C/C++使用者,是一位在计算机界学习、拼搏、奋斗了25年的老将,经历了UNIX时代、桌面WIN32时代、Web应用时代、云计算时代、手机安卓时代、大数据时代、ICT时代、AI深度学习时代、智能机器时代,我不知道未来还会有什么时代,只记得这一路走来,充满着艰辛与收获,愿同大家一起走下去,充满希望的走下去。

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