存儲管理的對象是主存存儲器簡稱主存或內(nèi)存。
存儲管理的主要功能包括主存空間的分配和回收、提高主存的利用率、擴(kuò)充主存、對主存信息實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)。
（一）基本概念
1.存儲器的結(jié)構(gòu)
常用的存儲器的結(jié)構(gòu)有“寄存器-主存-外存”結(jié)構(gòu)和“寄存器-緩存-主存-存儲組織的功能外存”結(jié)構(gòu)。
- 虛擬地址，從
0號單元開始編址，并順序分配所有符號名所對應(yīng)的地址單元，所以它不是主存中的真實(shí)地址。 - 地址空間，源程序經(jīng)過匯編或編譯后再經(jīng)過鏈接編輯程序加工形成程序的裝配模塊，即轉(zhuǎn)換為相對地址編址的模塊，它是以
0為基址順序進(jìn)行編址的。把程序中由相對地址組成的空間稱為邏輯地址空間，相對地址空間通過地址再定位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換到絕對地址空間。 - 存儲空間，邏輯地址空間（簡稱地址空間）是邏輯地址的集合，物理地址空間（簡稱存儲空間）是物理地址的合集。
2.地址重定位
定義： 是指將邏輯地址變換成主存物理地址的過程。
地址重定位分為：
- 靜態(tài)重定位，是指在程序裝入主存時已經(jīng)完成了邏輯地址到物理地址的變換，在程序的執(zhí)行期間將不再會發(fā)生變化。
- 優(yōu)點(diǎn)：無須硬件地址變換機(jī)構(gòu)的支持，它只要求程序本身是可重定位的，只對那些要修改的地址部分具有某種標(biāo)識，由專門設(shè)計(jì)的程序完成。
- 缺點(diǎn)：必須給作業(yè)分配一個連續(xù)的存儲區(qū)域，在作業(yè)的執(zhí)行期間不能擴(kuò)充存儲空間，也不能在主存中移動，多個作業(yè)也難以共享主存中的同一程序副本和數(shù)據(jù)。
- 動態(tài)重定位，是指在程序運(yùn)行期間完成邏輯地址到物理地址的變換。
- 優(yōu)點(diǎn)：程序在執(zhí)行期間可以換入和換出主存，以解決主存空間不足的問題；可以在主存中移動，把主存中的碎片集中起來，以充分利用空間；不必給程序分配連續(xù)的主存空間，可以較好地利用較小的主存塊；可以實(shí)現(xiàn)共享。
（二）存儲管理方案
存儲管理的主要目的是解決多個用戶使用主存的問題，其存儲管理方案主要包括區(qū)分存儲管理、分頁存儲管理、分段存儲管理、段頁式存儲管理及虛擬存儲管理。
1.分區(qū)存儲管理
核心思想： 把主存的用戶區(qū)劃分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域分配給一個用戶作業(yè)使用，并限定它們只能在自己的區(qū)域中運(yùn)行。
按劃分方式不同可分為：
- 固定分區(qū)，是一種靜態(tài)分區(qū)方式，在系統(tǒng)生成時已將主存劃分為若干哥分區(qū)，每個分區(qū)的大小可不等。
- 可變分區(qū)，是一種動態(tài)分區(qū)方式，存儲空間的劃分是在作業(yè)裝入時進(jìn)行，古分區(qū)的個數(shù)是可變的，分區(qū)的大小剛好等于作業(yè)的大小。
可變分區(qū)的請求和釋放分區(qū)主要有如下四種算法：- 最佳適應(yīng)算法
- 最差適應(yīng)算法
- 首次適應(yīng)算法
- 循環(huán)首次適應(yīng)算法
- 可重定位分區(qū)，移動所有已分配好的分區(qū)，使之稱為連續(xù)區(qū)域。
2.分區(qū)保護(hù)
目的： 防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶訪問分區(qū)。
常用方式：
- 采用上界/下界寄存器保護(hù)
- 采用基址/限長寄存器保護(hù)
（三）分頁存儲管理
1.純分頁存儲管理
- 分頁原理
將一個進(jìn)程的地址空間劃分成若干個大小相等的區(qū)域，稱為頁。
將主存空間劃分成與頁相同大小的若干個物理塊，稱為塊或頁框。 - 地址結(jié)構(gòu)
兩部分組成：頁號、頁內(nèi)地址 - 頁表
系統(tǒng)為每個進(jìn)程建立一張頁面映射表，簡稱頁表。
2.快表
在地址映射機(jī)構(gòu)中增加一個小容量的聯(lián)想存儲器，聯(lián)想存儲器由一組高速存儲器組成，稱之為快表，用來保存當(dāng)前訪問頻率高的少數(shù)活動頁的頁號及相關(guān)信息。
3.兩級頁表機(jī)制
將頁表進(jìn)行分頁，每個頁面的大小與主存物理塊的大小相同，并為它們進(jìn)行編號，可以離散地將各個頁面分別存放在不同的物理塊中。為此需要建立一張頁表，稱為外層頁表（頁表目錄），即第一級是頁目錄表，其中的每個表目是存放某個頁表的物理地址；第二級是頁表，其中的每個表目所存放的是頁的物理塊號。
（四）分段存儲管理
在分段存儲管理方式中，作業(yè)的地址空間被劃分為若干個段，每個段是一組完整的邏輯信息，例如有主程序段、子程序段、數(shù)據(jù)段及堆棧段等，每個段都有自己的名字，都是從0開始編址的一段連續(xù)的地址空間，各段的長度是不等的。
邏輯地址由段號（名）和段內(nèi)地址兩部分組成。
（五）段頁式存儲管理
段頁式系統(tǒng)的基本原理是先將整個主存劃分成大小相等的存儲塊（頁框），將用戶程序按程序的邏輯關(guān)系分成若干個段，并未每個段賦予一個段名，再將每個段劃分成若干頁，以頁框?yàn)閱挝浑x散分配。
在段頁式系統(tǒng)中，其地址結(jié)構(gòu)由段號、段內(nèi)頁號和業(yè)內(nèi)地址三部分組成。
1.程序局部性原理
程序在執(zhí)行時將呈現(xiàn)局部性規(guī)律，即在一段時間內(nèi)，程序的執(zhí)行僅局限于某個部分。相應(yīng)地，它所訪問的存儲空間也局限于某個區(qū)域內(nèi)。
程序的局限性表現(xiàn)在：
- 時間局限性，指如果程序中的某條指令一旦執(zhí)行，則不久的將來該指令可能再次被執(zhí)行；如果某個存儲單元被訪問，則不久以后該存儲單元可能再次被訪問。
- 空間局限性，指一旦程序訪問了某個存儲單元，則在不久的將來，其附近的存儲單元也最有可能被訪問。
2.虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)
虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)有如下三種方式：
- 請求分頁系統(tǒng)，在分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請求調(diào)頁功能和頁面置換功能所形成的頁式虛擬存儲系統(tǒng)。
- 請求分段系統(tǒng)，在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請求調(diào)段和分段置換功能所形成的段式虛擬存儲系統(tǒng)。
- 請求段頁式系統(tǒng)，在段頁式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請求調(diào)頁和頁面置換功能所形成的段頁式虛擬存儲系統(tǒng)。
3.請求分頁管理的實(shí)現(xiàn)
請求分頁是在純分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請求調(diào)頁功能、頁面置換功能所形成的頁式虛擬存儲系統(tǒng)，是目前常用的一種虛擬存儲器的方式。
（六）虛擬存儲管理
1.程序局部性原理
局限性表現(xiàn)在時間局限性和空間局限性兩個方面。
2.虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)
- 請求分頁系統(tǒng)
- 請求分段系統(tǒng)
- 請求段頁式系統(tǒng)
3.請求分頁管理的實(shí)現(xiàn)
請求分頁是在純分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請求調(diào)頁功能、頁面置換功能所形成的頁式虛擬存儲系統(tǒng)，它是目前常用的一種虛擬存儲器的方式。
4.頁面置換算法
常用的頁面置換算法：
- 最佳置換算法
- 先進(jìn)先出置換算法
- 最近最少未使用置換算法
- 最近未用置換算法
5.工作集
工作集就是指在某段時間間隔里進(jìn)程實(shí)際要訪問的頁面的集合。
