存儲(chǔ)器的分區(qū)內(nèi)存管理與分區(qū)存儲(chǔ)管理

分區(qū)內(nèi)存管理

單一區(qū)存儲(chǔ)管理

定義：用戶區(qū)不分區(qū)，完全被一個(gè)程序占用。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的硬件支持

缺點(diǎn)：內(nèi)存浪費(fèi)，利用率低

分區(qū)存儲(chǔ)管理

定義：把用戶區(qū)劃分為若干大小不等的分區(qū)，共不同程序使用。適用單用戶單任務(wù)系統(tǒng)。

①固定分區(qū)

把內(nèi)存固定地劃分為若干個(gè)大小不等的分區(qū)供各個(gè)程序使用，每個(gè)分區(qū)的大小和位置都固定，系統(tǒng)運(yùn)行期間不再重新劃分。

分區(qū)表：為了方便內(nèi)存分配，通常將分區(qū)按大小排好序，并建議一張對(duì)應(yīng)的分區(qū)表，該表包括每個(gè)分區(qū)的起始地址，大小及狀態(tài)。當(dāng)用戶程序裝入內(nèi)存的時(shí)候，依據(jù)用戶程序大小檢索分區(qū)表，從中找出一個(gè)滿足要求的、尚未分配的分區(qū)，將之分配給該程序，并將表中該分區(qū)的狀態(tài)改為已分配，若未找到大小滿足的分區(qū)，則拒絕分配。

使用特點(diǎn)：在程序裝入前，內(nèi)存已被分區(qū)，不再改變。每個(gè)分區(qū)大小不同，適應(yīng)大小不同的程序，系統(tǒng)要維護(hù)分區(qū)表，適應(yīng)具有固定任務(wù)數(shù)的多道程序系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：浪費(fèi)內(nèi)存，程序比所在分區(qū)小；另外大程序可能無法運(yùn)行。

建議：根據(jù)分區(qū)表安排程序裝入順序，使每個(gè)程序都能找到合適的分區(qū)運(yùn)行。

在通用操作系統(tǒng)中，程序的數(shù)量大小都是不確定的，顯然固定分區(qū)不太適合

②動(dòng)態(tài)分區(qū)

定義：在程序裝入的時(shí)候創(chuàng)建分區(qū)，使分區(qū)大小與程序的大小相等。

特點(diǎn)：分區(qū)動(dòng)態(tài)建立。會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

需要解決的問題：分區(qū)的分配？分區(qū)的選擇？分區(qū)的回收？解決內(nèi)存碎片問題？

分區(qū)的分配

空閑區(qū)表：描述內(nèi)存空閑區(qū)的位置和大小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

分配過程（假定用戶要求的空間是s）

（1）從空閑區(qū)表的第一個(gè)區(qū)開始，尋找大于等于s的空閑區(qū)

（2）找到后從分區(qū)分割出大小為s的部分給用戶使用

（2）分割后的剩余部分作為空閑區(qū)仍登記在空閑區(qū)表中

注意：分割空閑區(qū)時(shí)一般從底部分割，這樣基址不變，容易更新

空閑區(qū)表如何排序——放置策略（空閑區(qū)表排序原則）

（1）按空閑區(qū)位置（首址）遞增排序：首次適應(yīng)算法

（2）按空閑區(qū)位置（首址）遞減排序：沒有用

（3）按分區(qū)大小遞增排序：最佳適應(yīng)算法

（4）按分區(qū)大小遞減排序：最壞適應(yīng)算法

分區(qū)的回收

功能：回收程序釋放分區(qū)（釋放區(qū)），登記到空閑區(qū)表中，以便再分配。

回收算法：要考慮釋放區(qū)與現(xiàn)有空閑區(qū)是否相鄰？若相鄰，則合并后更新表，若不相鄰，直接插入表中。

內(nèi)存覆蓋技術(shù) （覆蓋overlay）（物理內(nèi)存管理范疇）

目的：在較小的內(nèi)存空間中運(yùn)行較大的程序。

內(nèi)存分區(qū)：

①常駐區(qū)：被某段單獨(dú)且固定地占用，可劃分多個(gè)

②覆蓋區(qū)：能被多段共用（覆蓋），可劃分多個(gè)

缺點(diǎn)：編程復(fù)雜，程序員劃分程序模塊并確定覆蓋關(guān)系；程序執(zhí)行時(shí)間長，從外存裝入到內(nèi)存很耗時(shí)。

內(nèi)存交換技術(shù)（Swapping）（物理內(nèi)存管理范疇）

原理：內(nèi)存不夠時(shí)把進(jìn)程寫道磁盤（換出/Swap out），當(dāng)進(jìn)程要運(yùn)行時(shí)重新寫回內(nèi)存（換入/Swap 嘔吐）

優(yōu)點(diǎn)：增加進(jìn)程并發(fā)數(shù)，不考慮程序結(jié)構(gòu)

缺點(diǎn)：換入和換出增加CPU開銷，交換單元太大（整個(gè)進(jìn)程）

需要考慮的問題：減少交換傳送的信息量（模塊/段）；

①外存交換空間的管理方法；

②程序換入時(shí)的地址重定位。

③換出換入的地址重定位：

放到什么位置？

①原來位置（容易引起地址沖突）

②任一空的位置（地址要重定位）

內(nèi)存碎片

動(dòng)態(tài)分區(qū)的缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生內(nèi)碎片。

碎片問題的解決方法：

①規(guī)定門限值

分割空閑區(qū)時(shí)，若剩余部分小于門限值，則此空閑區(qū)不進(jìn)行分割，而是全部分配給用戶。

②內(nèi)存拼接技術(shù)

將所有空閑區(qū)集中構(gòu)成一個(gè)大的空閑區(qū)。

拼接的時(shí)機(jī)：

釋放區(qū)回收的時(shí)候（拼接頻率過大，系統(tǒng)開銷大）；

系統(tǒng)找不到足夠大的空閑區(qū)的時(shí)候（空閑區(qū)管理復(fù)雜）；

定期（空閑區(qū)管理復(fù)雜）

缺點(diǎn)：消耗系統(tǒng)資源；離線拼接（系統(tǒng)需要暫停下來進(jìn)行整理）；重新定義作業(yè)。

③解除程序占用連續(xù)內(nèi)存才能運(yùn)行的限制（分頁和分段就是借鑒了這種思想）

把程序分拆為多個(gè)部分裝入到不同分區(qū)，充分利用碎片