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1、4.3 存储空间的组织,一、内存储器的管理技术二、外存储器中文件的组织结构,一、内存储器的管理技术,1.存储器的层次,2.存储器管理的功能,3.虚拟存储的概念,4.存储器有关概念,5.存储管理基本技术,1.存储器的层次,2.存储器管理的功能,(1)内存空间的分配与回收,(2)地址变换,(3)存储共享与保护,(4)存储器扩充,(1)内存空间的分配与回收,(2)地址变换,为了保证CPU执行程序指令时能正确访问存储单元，需要将用户程序中的逻辑地址转换为运行时可由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址变换或地址重定位。,任何进程要在CPU上执行，都必须首先装入内存，需要一定数量的存储单元用以存放程序
2、和数据。因此，操作系统应能记住内存空间的使用情况；实施内存的分配，回收系统或用户释放的内存空间。,2.存储器管理的功能,(3)存储共享与保护,(4)存储器扩充,2.存储器管理的功能,由于多道程序共享内存，使内存资源更为紧张，可以在硬件支持下，将外存作为主存的扩充部分供用户程序使用，这就是内存扩充。即要求操作系统根据个时刻用户程序允许的情况确保当前需要的程序和数据在内存，而其余部分可以暂时放在外存，等需要时再调入内存。,由于各用户程序与操作系统同在内存，因此，一方面允许各用户程序能够共享系统或用户的程序和数据，另一方面又要求各程序之间互不干扰或破坏对方。,3.虚拟存储的概念,根据程序的时间局部性
3、和空间局部性，不必将程序全部读入内存，而只需将当前用到的信息进入内存，其他当前未用的信息留在外存；而当作业进一步运行需要用到外存中的信息时，再把已经用过但暂时还不会用得的信息换到外存，把当前需要的信息换到已空出的内存空间中。,从效果上看，这样的计算机系统好像为用户提供了一个存储容量比实际内存大得多的存储器，这个存储器称为虚拟存储器。虚拟存储器的大小受外存容量的限制。,1）逻辑地址：用户程序经编译之后的每个目标模块都以0为基地址顺序编址。2）物理地址：内存中各物理单元的地址是从统一的基地址顺序编址。,4.存储器有关概念,3）重定位：把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程。4）碎片：内存中容量太小、
4、无法被利用的小分区。5）静态重定位：是在目标程序装入内存时，由装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址都改成实际的内存地址。重定位在程序装入时一次完成,6）动态重定位：在程序执行期间，每次访问内存之前进行重定位，这种变换是靠硬件地址变换机构实现的。,5.存储管理基本技术,1)固定分区：分区的个数、分区的大小固定不变；每个分区只能放一道作业。优点：管理方式简单。缺点：内存空间利用率低。2)动态分区法：分区大小和个数依作业情况而定；作业进入内存时才建分区。优点：按需分配内存 缺点：产生大量碎片。,(1)界地址存储管理,(2)分页存储管理,1.分页的概念 1)逻辑空间等分为
5、页；2)物理空间等分为块，与页面大小相同；3)逻辑地址表示：（如，页面大小为1K）,4)内存分配原则：以块为单位，逻辑上相邻的页可以分配在不相邻的内存块中。,P,W,页号,页内偏移量,例，设程序的逻辑地址空间划分为1024字节大小的若干页，一个程序作业占用3页，由管理程序将其分别分配给主存空间的第2、第3和第8块。程序作业的具体任务是从逻辑地址为2500处取得一个数据。图给出了该例逻辑地址与物理地址的对应关系。,(3)分段存储管理,在页式存储管理方案中，为作业分配的主存空间地址可以是不连续的，但作业的逻辑空间地址仍然要求是连续的。而在实际中，一个用户的程序往往是由若干功能相对独立的模块组成的，
6、如主程序模块、子程序模块、数据块等。我们把各种相对独立的程序和数据模块称为段。每个段都具有完整的逻辑意义。段式存储管理就是以段作为基本单位的主存管理方法。,在段式存储管理下，每个用户程序可由若干段组成，每段可以对应于一个过程、一个程序模块或一个数据集合，段间的地址可以是不连续的，但每一段内的地址是连续的。将一个用户程序的所有逻辑段从0开始编号，称为段号，每一段内的所有单元从0开始编址，称为段内地址。用户程序地址空间的每一个单元都用二维地址表示，即逻辑地址由段号和段内地址两部分组成：,分段管理基本原理,(4)段页式存储管理,前面所介绍的页式和段式存储管理方式都各有其优缺点。页式系统能有效地提高内
7、存利用率，而段式系统则能很好地满足用户需求。如果对两种存储管理方式“各取所长”后，则可以形成一种新的存储管理方式。这种新系统既具有分段系统便于实现、分段可共享、易于保护、可动态链接等一系列优点，又能像分页系统那样很好地解决内存的外部碎片问题，以及为各个分段可离散地分配内存等问题。这种结合段式管理及页式管理优点的存储管理方式称为段页式存储管理。,段页式系统的基本原理是段式和页式原理的结合，即先将用户程序分为若干个段，再把每个段划分成若干页；内存空间采用页式方法来分配和管理，即把内存空间划分为若干个与页大小相等的块。内存空间是以页为基本单位分配给每个用户程序的，在逻辑上相邻的页面，在内存中不一定相
8、邻。在段页式系统中，其有效地址结构由段号、段内页号及页内地址三部分组成：,段页管理基本原理,段页式系统的作业地址空间示意图,二、外存储器中文件的组织结构,1.文件、文件系统的概念,2.文件的分类,3.文件的物理结构,4.文件的目录结构,1.文件、文件系统的概念,1文件：是具有符号名字的一组相关元素的有序集合。2文件系统：是操作系统中负责存取和管理文件的软件机构。它实现文件的共享和保护，方便用户“按名存取”。3.文件的命名：文件名=文件名（正名）+扩展名.,2.文件的分类,为便于文件的控制和管理，通常把文件分成若干类型。,文件按其性质和用途可分为：,系统文件有关操作系统及其它系统程序的信息所组成
9、的文件。这类文件对用户不直接开放，只能通过系统调用为用户服务。,(2)库文件由系统提供给用户使用的各种标准过程、函数和应用程序文件。这类文件允许用户调用，但不允许用户修改。,(3)用户文件由用户建立的的文件，如源程序、目标程序、以及由原始数据、计算结果等组成的文件。,(1)只读文件：允许文件所有者或授权用户对文件进行读，但不允许写。,根据文件的保护方式，文件可分为：,2.文件的分类（续）,(2)读写文件：允许文件所有者或授权用户对文件进行读写，但禁止未核准的用户读、写。,(3)执行文件：允许核准用户调用执行，但不允许对它进行读写。,(4)不保护文件：所有用户都可以存取。,按数据形式文件可分为：
10、,2.文件的分类（续）,(1)源文件：指由源程序或数据构成的文件。通常由终端或输入设备的源程序和数据所形成的文件都属于源文件。,(2)目标文件：指由源程序编译以后，但尚未链接的目标代码形成的文件。目标文件属于二进制文件。,(3)可执行文件：编译后的目标代码经链接程序链接后形成的可以允许的文件。,3.文件的物理结构,文件的物理结构是指文件的内部组织形式，亦即文件在物理存储设备上的存放方法。它和文件的存取方法密切相关。文件的物理结构好坏，直接影响到文件系统的性能。因此，只有针对文件或系统的适用范围建立起合适的物理结构，才能既有效地利用存储空间，又便于系统对文件的处理。,文件在逻辑上是连续的，而在文
11、件空间中的存放位置可以有各种形式。根据文件空间中的存放形式，文件可分为连续文件、串连文件和索引文件。,(1)连续文件,把逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块中.,优点是访问速度快，缺点是文件长度增加困难。,(2)链接文件,逻辑上连续的文件分散存放在若干不连续的物理块中，每个物理块设有一个指针，指向其后续的物理块。只要指明文件的第一个块号，就可以按链指针检索整个文件。,优点是：文件可以动态地增长，不必事先提出长度要求。另外，由于不必连续分配，因而不会造成整块空间的浪费。,(3)索引文件,索引文件的组织方式要求为每个文件建立一张索引表，表中的每个项目指出了文件的逻辑块号和与之对应的物理块
12、号。索引表也以文件的形式存在磁盘上，只要给出索引表的地址，通过索引表就可以查找到文件信息的存放位置.,这种结构有利于进行随机存取，并具备串连文件的所有优点。缺点是存储开销大，因为每个文件有一个索引表，而索引表也要占用存储空间。,(3)索引文件（续）,4.文件的目录结构,在一个计算机系统中保存有许多文件，用户在创建和使用文件时只给出文件的名字，由文件系统根据文件名找到指定文件。为了便于对文件进行管理，设置了文件目录，用于检索系统中的所有文件。文件系统的基本功能之一就是负责目录的编排、维护和目录的检索，因此，要求目录的编排便于寻址，并且要防止冲突，目录的检索要迅速方便。,1文件控制块FCB 文件控
13、制块FCB是系统为管理文件而设置的一个数据结构。FCB是文件存在的标志，它记录了系统管理文件所需要的全部信息。FCB通常应包括以下内容：文件名、文件号、用户名、文件的物理位置、文件长度、记录大小、文件类型、文件属性、共享说明、文件逻辑结构、文件物理结构、建立文件的日期和时间、最后访问日期和时间、最后修改日期和时间、口令、保存期限等。,2文件目录结构 文件目录的组织与管理是文件管理中的一个重要方面，目前大多数操作系统都采用多级目录结构，又称树型目录结构.,理 解：存储器管理的功能；存储器有关概念；界地址存储管理、分页存储管理、分段存储管理、段页式存储管理的存储管理基本技术。,熟练掌握：虚拟存储器的概念,了 解：文件系统的概念，文件的分类，文件的目录结构，文件的物理结构。,学习要求,作业：4.12,4.13,
