作業系統之儲存

儲存管理

    儲存管理指的是對記憶體儲器的管理，負責對記憶體的分配和回收、記憶體的保護和擴充等，目的是盡量提高記憶體的使用效率。

文章脈絡：

            

分類

    實存：真正的記憶體空間；虛存：外存中的虛擬記憶體

重定位

   重定位是指，裝入程式時，將程式中的邏輯地址轉換為物理地址的過程。安裝方式，可以分為靜態重定位和動態重定位。為什麼要重定位？因為程式的邏輯地址一般從0開始，而記憶體中前面的空間留給系統或其他程式使用，導致了邏輯地址和物理地址不對應的問題，所以進行轉換。

   靜態重定位：虛空間程式執行之前，裝配程式完成的地址轉換工作。如下，程式轉移時，把其中涉及到的邏輯地址全部轉換為物理地址，如下所示：

        

 

   動態重定位：程式裝入記憶體，CPU訪問記憶體之前，進行的地址轉換。如下：

        

   因為動態重定位實在CPU訪問之前才進行地址轉換，所以在記憶體中2500仍為2500，當CPU提取時，才會進行地址轉換。

實存分配

   分為以下幾種方式

        

   單一連續分配：把整個使用者可用記憶體區當做一個塊使用，很明顯，這樣只能執行單使用者單程式模式。

   固定分區分配：把使用者可用記憶體區分成幾個不等的塊，一旦分配即固定不變。

   可變分區分配：分成幾個大小不等的塊，但是可以隨著程式執行完畢對記憶體進行回收和合并。可變分區有四種演算法：

   首次適應法：從主存地址值開始尋找，找到第一塊可用的自由區，並把剩餘的部分進行合并。這種方法的優點是可以快速分配，縮小尋找時間。

   最佳適應法：選擇記憶體中等於或最接近需求大小的記憶體自由區。這種方法的優點是可以減少記憶體片段，但是由於最接近需求所用的記憶體地區，容易剩餘小得無法再用的片段。

   最差適應法：選擇記憶體中最大的自由區使用。

    迴圈首次適應演算法：是首次適應法的變型，它的特點是每次都是向下尋找，而不是從頭開始。

   隨著進程的執行，剩餘的地區變得越來越小，怎麼解決？可以用合并自由地區和儲存拼接技術。合并自由區指的是，將相鄰自由儲存區合并為單一自由區的方法；儲存拼接技術也叫片段收集，包括移動儲存空間等，把所有佔用的地區放到主存的一端，依此來解決片段浪費問題。

   每種演算法都有各自的優缺點，根據實際情況選擇使用。

虛存管理

   為什麼會有虛存？因為虛存可以擴大記憶體的使用範圍，讓原本記憶體不可啟動並執行大程式，經過虛存管理變成可行。虛存管理方式分為以下三種方式：

   頁式儲存群組織

   這種方式是將使用者程式分為若干個大小相等的頁，將記憶體分為若干個段，讓後把這些也和段分別對應起來，盛放對應關係的容器，稱之為頁表，如下所示：

            

   段式儲存群組織

   從使用者的角度出發，何為從使用者的角度出發？即按照意義將程式分段，比如按主程式、子程式、邏輯分段，段的大小不等，且段的大小大於頁的大小。   

            

   段頁式儲存

   結合了頁式儲存群組織和段式儲存群組織的優勢，根據程式模組分段，段內再分頁，記憶體被分為定長的頁，段也是儲存雖然提高了記憶體空間的利用率，但是增加了段表和頁表的開銷：

   

   頁面置換演算法

   如果頁面被頻繁地裝入和調出，成為“抖動”，應盡量減少抖動，常用的演算法有以下幾種：

• 最優演算法：選擇不再使用或很久以後才使用的頁。的確最優，但是難以實現。
• 隨機演算法：隨機播放被淘汰的頁，開銷小，但是可能剛選中就要訪問。
• 先進先出演算法：選擇在記憶體駐留時間最長的頁，但也可能淘汰掉頻繁使用的頁。
• 最近最少使用演算法：選擇離目前時間使用最少的頁。

   還有其它演算法，不管演算法是什麼，都圍繞這一個主題：合理減少頁面的淘汰和調入。

   儲存管理的對象是記憶體，圍繞著記憶體管理、分配、最佳化等中心，讓盡量少的資源完成盡量多的任務，儲存管理先說到這裡。