四、存儲管理
　　
　　1.引言

　　現代計算機系統中的存儲系統常是多級存儲體系，至少有主存（內存）和輔存（外存）兩級。有的系統有更多級。主存是由系統實際提供的存儲單元（常指字節）組成的一個連續地址空間，處理器可直接存取。輔存是指軟盤、硬盤、光盤和磁帶等一些外部存儲部件，常用來存放暫不執行的程序和數據，處理器不能直接訪問，需通過啟動I/O設備，才能進行內存、外存交換。其訪問速度慢，但價格便宜，常用作主存的后援設備。主存大小由系統硬件決定，是實實在在的存儲，它的存儲容量受到實際存儲單元的限制。虛擬存儲（簡稱虛存）不考慮實際主存的大小和數據存取的實際地址，只考慮相互有關的數據之間的相對位置，其容量由計算機的地址的位數決定。系統中主存的使用一般分成兩部分，一部分為系統空間，存放操作系統本身及相關的系統數據，另一部分為用戶空間，存放用戶的程序和數據。

　　（1）地址重定位用戶程序需調入主存運行，即從輔存把用戶已經編譯鏈接的目標程序（有時稱為可執行程序）裝入主存。由于用戶作業的存儲空間是運行時確定的，所以程序中的操作地址都采用相對地址（邏輯地址）的形式。把相對地址空間的程序轉換成在絕對地址（物理地址）空間上能夠執行的過程稱為地址重定位，也稱為地址映射或地址映像。地址重定位有兩種:靜態重定位和動態重定位。靜態重定位是指在程序裝入時完成，一般由軟件實現;動態重定位是指在程序執行時實現地址轉換，它通常由一個基本地址寄存器和一個加法器組成的動態重定位機制實現。

　�。�2）存儲管理的功能早期的單用戶操作系統，一次只允許一個用戶程序駐留，它擁有用戶地址空間的全部訪問權限，存儲管理的任務是存儲空間的分配與回收。在多道程序系統，多個程序同時駐留內存，如何有效地利用主存，如何讓需要較大運行空間的作業運行，如何保護與共享主存等，都是存儲管理應解決的問題。存儲管理應提高存儲資源的利用效率，又方便用戶使用，存儲管理的任務應具有如下功能:①分配與回收:主存分配方法有兩種:靜態分配與和動態分配。靜態分配是指在目標模塊裝入主存時即取得所需空間，直至完成不再變動;動態分配則允許進程在運行過程中繼續申請主存空間。采用動態分配方法的系統中，常配合使用合并自由區的方法，使一個連續的空區盡可能地大。②存儲擴充:提供虛擬存儲器，使計算機系統似乎有一個比實際主存儲器容量大的主存空間。需考慮放置策略。③共享與保護:共享指共享在主存中的程序或數據，如多個用戶共享編輯程序成編譯程序等。由于多道程序共享主存，每個程序都應有它單獨的主存區域，各自運行，互不干擾。

　　2.實存管理

　�。�1）單一連續分配在單道程序系統中，主存區域的用戶空間全部為一個作業或進程占用，單一連續分配方法主要用于早期單道批處理系統以及80年代個人計算機系統，單一連續分配方法主要采用靜態分配方法，為降低成本和減少復雜度，常不對主存進行保護，會引起沖突而使系統癱瘓。

　�。�2）固定分區分配固定分區分配法是把主存空間固定地劃分為若干個大小不等的區域，劃分的原則由系統決定。系統使用分區表描述分區情況。

　�。�3）可變分區分配可變分區分配方法是將主存空間按用戶要求動態地劃分若干個分區。這樣就消除了固定分區分配方法中的小作業占據大分區造成的浪費（這種浪費稱為內碎片）�？勺兎謪^分配系統中初始時只有一個分區。隨后，分配程序將這個區依次分給作業或進程。繼續考察連續分配方案:一個作業必須占據相鄰接的存儲單元。在可變分區分配系統中，并不作出作業有多長的的假定（除了它們不能大于計算機內可利用主存的尺寸之外。當作業到達時，如果調度機構決定它們開始運行，它們就能獲得必要的存儲區，一點浪費也沒有———存儲區的分區與作業的長度相符。）但是，每種存儲組織方案都包含一定程度的浪費。在可變分區分配系統中，主存中的作業在開始裝入和歸還自由區之前，主存浪費并不明顯，這些自由區可以被其分作業使用。即使如此，剩余的自由區域可能變得很小。因此在可變分區分配系統中，確實會出現存儲器浪費，這種現象稱為外部碎片。①合并自由區在可變分區分配系統中，當一個作業完成時，能夠檢測到被釋放的存儲區是否與其他自由存儲區域（自由區）相鄰接。如果與其他自由存儲區鄰接，可以在自由存儲區表記錄上新增加一個自由區，或新的自由區與相鄰接的現存自由區合并的單一自由區。合并相鄰接的自由區以形成單個更大的自由區的過程叫做合并。用合并自由區的方法，我們重新獲得最大可能連續的存儲塊。②存儲拼接即使合并了自由區，經常發現分布在主存各處的破碎的自由區在主存中占據了相當數量的空間。有時，當一個作業申請一定數量的主存，而此時卻沒有單個的自由區大到足夠裝下這個作業，雖然自由區的總和大于新作業所要的存儲區。存儲拼接或存儲緊湊也稱碎片收集，移動存儲器中所有被占用的區域到主存的某一端。這樣留下單獨的大的存儲自由區，取代在可變分區多道程序設計中常見的許多小自由區。當所有可利用的自由存儲區連續時，一個正等待著的作業能夠調入運行，因為它的存儲需求能被拼接形成的單個自由滿足。③存儲分配算法存儲分配算法用來決定輸入的程序和數據放到主存中的什么地方。

　　常用3種算法是:

　　最佳適應算法:選擇最小的足夠裝入的可利用的自由區。對許多人來說，最佳適應看起來是最直觀的，吸引人的算法。

　　首次適應算法:從主存低地址開始選擇第一個足夠裝入的可利用的自由區。首次適應也具有直觀吸引力，此算法可以快速做出分配決定。
　　
　　最差適應算法:最差適應說的是，總是將一個程序放入主存中最大的自由區。這種方法吸引人的原因很簡單:在大自由區中放入程序后，剩下的自由區經常也很大，于是也能裝下一個較大的新程序。

　�。�4）交換上述3種方法都把用戶作業完全地連續存放在一個存儲區區域中，為了能在較小的主存空間中運行較大的作業，常采用交換技術。交換技術是指將作業不需要或暫時不需要的部分（進程）移到輔存，讓出主存空間以調入需要的部分，交換到輔存的部分也可以再次被調入。實際上這是有輔存作緩沖，讓用戶程序在較小的存儲空間中，通過不斷地換出作業或進程而運行較大的作業。

希望與更多計算機等級考試的網友交流，請進入計算機等級考試論壇

更多信息請訪問：考試吧計算機等級考試欄目