[操作系统]5-存储管理、6-文件系统

第五章 存储管理

分页技术

分页存储管理的基本概念

• 页、块的概念
  • 逻辑空间分页：一个进程的逻辑地址空间分成等大小的部分，叫做页。
  • 内存空间分块：内存(物理存储空间)分为等大小的部分，叫做块。
• 页表、块表的作用
  • 页表：页表的作用是实现页号到物理块号的地址映射。（页表放在cache中叫快表，页表放在内存中叫慢表。）
  • 块表：整个操作系统有一个内存块表。每个内存块在内存块表占一项，表明当前块是空闲还是已经分出去了；如果已分出去，是分给哪个进程的哪个页面了。
• 内存分配原则
  • 当一个进程装入内存时，首先检查它有多少页，若有n页，若内存中空闲块满足>=n，则分配n个空闲块，将进程装入内存，且在该进程的页表中记下一页号和块号的对应关系。（即系统以块为单位把内存分配给进程）
• 逻辑地址结构
  • （高位）页号p+（低位）页内地址d ；如果地址字长是m位，而页面大小是2^n字节，那么页号占m-n位(高位)，低n位表示页内地址。
  • 给定逻辑地址A，页面大小L，则
    • 页号p=(int)A/L
    • 页内地址d=A %L
  • 逻辑地址(页号+页内地址)=>物理地址(块号+页内地址)

特点

• 分页技术存在内部碎片，不存在外部碎片。
• 页面设计越小，
  • 优点
    可以减少内部碎片。
  • 缺点
    同一进程，需要的页面更多。所以：1:需要更大的页表，页表寄存器装入的时间更长。2.页面传送的次数更多，而传送大页面和小页面的时间大致相同，从而增加了总的传送时间。

页表的构造(todo 继续看书)

• 问题：
  由于每个进程的页表要连续的较大的内存，也不现实。
• 解决方法：
  • 1.多级页表
    把页表本身也分页，离散地存储在内存中，并且只将当前需要部分的表项掉入内存，其余的表项根据与需要动态地掉入内存。
    例如两级页表：
    地址结构：外层页号+内层页号+页内地址
    外层页项每一项是相应内层页表的起始地址，内层页项每一项是相应页面在内存中的物理块号。
  • 2.散列页表
    散列表每一项是一个散列值对应的链表，链表节点是页号、页号对应的块号、以及连着下一个节点的指针。
  • 3.成簇页表
    64位大地址往往采用这种方式。【与散列表相似，差别是：散列页表中的每一项不是仅对应一页，而是涉及若干页构成的簇。这样一个页表项就可以保存多个物理块的映像。】？

分段技术

分页技术中提供给用户的逻辑地址空间是一维的线性空间，这与内存的物理组织基本相同，但用户所写的程序的逻辑结构却不是这样的。
我们希望程序的地址空间按照程序自身的逻辑关系划分成若干段，例如每个函数一个段，各段单独占用一片内存空间。

分页和分段的区别

• 页：页的大小是系统决定的，由机器硬件把逻辑地址划分成页号和页内地址两部分，在一个系统中只能有一种页的大小。
  段：一个程序各段的长度可以各不相同，取决于用户编写的程序。
• 页：分页的进程，地址空间是一维的，地址编号从0递增，一直排到末尾。
  段：分段的的进程，地址空间是二维的，标识一个地址时，除给出段内地址外，还必须给出段名。
• 页：分页系统很难实现过程和数据的分离
  段：分段系统可以很容易实现。

段页式(todo 继续看书)

分页存储管理：有效地提供内存利用率；分段存储管理：很好的满足用户需要。段页式将二者结合。

基本原理

1. 等分内存。内从块从0开始依次编号。
2. 进程的地址空间采用分段方式。把进程的程序和数据划分成若干段，每段有一个段名。
3. 段内分页，页面大小与内存块相同。每段内的各个页面都分别从0开始依次编号。
4. 逻辑地址结构：段号+段内页号+页内地址
5. 内存分配的单位是内存块。
6. 段表、页表、段表地址寄存器。
   系统有一个段表地址寄存器，指出每个进程的段表长度和段表起始地址。
   系统为每个进程建一个段表(记录页表长度和页表地址)。
   系统还为每个进程的段表中的每个段建立页表。

第6章 文件系统

磁盘空闲存储空间管理

1 空闲空间表法
2 空闲块链接法
3 位示图法(BitMap)法
用一串二进制值反应磁盘空间的分配情况，位示图大小由盘块总数决定。每个盘块对应一个二进制位，表示空闲/已分配。
优点：寻找第一个空闲块或几个连续的空闲块时相对简单有效(利用位操作)。
4 空闲块成组链接法