❶ 基本分页存储管理方式的两级和多级页表
现代的大多数计算机系统，都支持非常大的逻辑地址空间(2^32～2^64)。在这样的环境下，页表就变得非常大，要占用相当大的内存空间。例如，对于一个具有32位逻辑地址空间的分页系统，规定页面大小为4 KB即2^12 B，则在每个进程页表中的页表项可达1兆个之多。又因为每个页表项占用四个字节，故每个进程仅仅其页表就要占用4 MB的内存空间，而且还要求是连续的。显然这是不现实的，我们可以采用下述两个方法来解决这一问题：
(1) 采用离散分配方式来解决难以找到一块连续的大内存空间的问题；
(2) 只将当前需要的部分页表项调入内存，其余的页表项仍驻留在磁盘上，需要时再调入。
两级页表(Two-Level Page Table)
对于要求连续的内存空间来存放页表的问题，可利用将页表进行分页，并离散地将各个页面分别存放在不同的物理块中的办法来加以解决，同样也要为离散分配的页表再建立一张页表，称为外层页表(Outer Page Table)，在每个页表项中记录了页表页面的物理块号。下面我们仍以前面的32位逻辑地址空间为例来说明。当页面大小为 4 KB时(12位)，若采用一级页表结构，应具有20位的页号，即页表项应有1兆个；在采用两级页表结构时，再对页表进行分页，使每页中包含2^10 (即1024)个页表项，最多允许有2^10个页表分页；或者说，外层页表中的外层页内地址P2为10位，外层页号P1也为10位。此时的逻辑地址结构可描述如下：
由右图可以看出，在页表的每个表项中存放的是进程的某页在内存中的物理块号，如第0#页存放在1#物理块中；1#页存放在4#物理块中。而在外层页表的每个页表项中，所存放的是某页表分页的首址，如第0#页表是存放在第1011#物理块中。我们可以利用外层页表和页表这两级页表，来实现从进程的逻辑地址到内存中物理地址间的变换。
为了地址变换实现上的方便起见，在地址变换机构中同样需要增设一个外层页表寄存器，用于存放外层页表的始址，并利用逻辑地址中的外层页号，作为外层页表的索引，从中找到指定页表分页的始址，再利用P2作为指定页表分页的索引，找到指定的页表项，其中即含有该页在内存的物理块号，用该块号和页内地址d即可构成访问的内存物理地址。右图示出了两级页表时的地址变换机构。 对于32位的机器，采用两级页表结构是合适的；但对于64位的机器，采用两级页表是否仍可适用的问题，须做以下简单分析。如果页面大小仍采用4 KB即2^12 B，那么还剩下52位，假定仍按物理块的大小(2^12位)来划分页表，则将余下的42位用于外层页号。此时在外层页表中可能有4096 G个页表项，要占用16 384 GB的连续内存空间。这样的结果显然是不能令人接受的，因此必须采用多级页表，将外层页表再进行分页，也就是将各分页离散地装入到不相邻接的物理块中，再利用第2级的外层页表来映射它们之间的关系。
对于64位的计算机，如果要求它能支持2^64 B(= 1 844 744 TB)规模的物理存储空间，则即使是采用三级页表结构也是难以办到的；而在当前的实际应用中也无此必要。故在近两年推出的64位OS中，把可直接寻址的存储器空间减少为45位长度(即2^45)左右，这样便可利用三级页表结构来实现分页存储管理。
❷ 操作系统的内存分配一般有哪几种方式,各有什么优缺点
变长：内存时比较灵活，但是易产生内存碎片。
定长：灵活性差，但分配效率较高，不会产生内存碎片。
❸ 内存为程序分配空间的四种分配方式
存储器是个宝贵但却有限的资源。一流的操作系统，需要能够有效地管理及利用存储器。
内存为程序分配空间有四种分配方式：
1、连续分配方式
2、基本分页存储管理方式
3、基本分段存储管理方式
4、段页式存储管理方式
首先讲连续分配方式。 连续分配方式 出现的时间比较早，曾广泛应用于20世纪60~70年代的OS中，但是它至今仍然在内存管理方式中占有一席之地，原因在于它 实现起来比较方便，所需的硬件支持最少 。连续分配方式又可细分为四种： 单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配和动态重定位分区分配 。
其中固定分区的分配方式，因为分区固定，所以缺乏灵活性，即 当程序太小时，会造成内存空间的浪费（ 内部碎片 ） ； 程序太大时，一个分区又不足以容纳，致使程序无法运行（ 外部碎片 ） 。但尽管如此，当一台计算机去控制多个相同对象的时候，由于这些对象内存大小相同，所以完全可以采用这种内存管理方式，而且是最高效的。这里我们可以看出存储器管理机制的多面性：没有那种存储器管理机制是完全没有用的，在适合的场合下，一种被认为最不合理的分配方案却可能称为最高效的分配方案。 一切都要从实际问题出发，进行设计。
为了解决固定分区分配方式的缺乏灵活性，出现了 动态分配方式 。动态分配方式采用一些 寻表（Eg： 空闲链表 ） 的方式，查找能符合程序需要的空闲内存分区。但代价是增加了系统运行的开销，而且内存空闲表本身是一个文件，必然会占用一部分宝贵的内存资源，而且有些算法还会增加内存碎片。
可重定位分区分配通过对程序实现成定位，从而可以将内存块进行搬移，将小块拼成大块，将小空闲“紧凑”成大空闲，腾出较大的内存以容纳新的程序进程。
连续分配方式 会形成许多“碎片”，虽然可以通过“紧凑”方式将许多碎片拼接成可用的大块空间，但须为之付出很大开销。所以提出了“ 离散分配方式 ”的想法。如果 离散分配的基本单位是页 ，则称为 分页管理方式 ；如果离散分配的基本单位是段，则称为 分段管理方式 。
分页存储管理是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页面或页，并为各页加以编号，从0开始，如第0页、第1页等。相应地，也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为(物理)块或页框(frame)，也同样为它们加以编号，如0#块、1#块等等。在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。由于进程的最后一页经常装不满一块而形成了不可利用的碎片，称之为“ 页内碎片 ”。
在分页系统中，允许将进程的各个页离散地存储在内存不同的物理块中（所以能实现离散分配方式） ，但系统应能保证进程的正确运行，即能在内存中找到每个页面所对应的物理块。为此，系统又为每个进程建立了一张页面映像表，简称 页表 。在进程地址空间内的所有页，依次在页表中有一页表项，其中记录了相应页在内存中对应的物理块号。在配置了页表后，进程执行时，通过查找该表，即可找到每页在内存中的物理块号。可见， 页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射 。
为了能够将用户地址空间中的 逻辑地址，变换为内存空间中的物理地址 ，在系统中必须设置 地址变换机构 。地址变换任务是借助于页表来完成的。
页表 的功能可由一组专门的寄存器来实现。由于寄存器成本较高，且大多数现代计算机的页表又很大，使页表项总数可达几千甚至几十万个，显然这些页表项不可能都用寄存器来实现，因此，页表大多驻留在内存中。因为一个进程可以通过它的PCB来时时保存自己的状态，等到CPU要处理它的时候才将PCB交给寄存器，所以，系统中虽然可以运行多个进程，但也只需要一个页表寄存器就可以了。
由于 页表是存放在内存中 的，这使得 CPU在每存取一个数据时，都要两次访问内存 。为了提高地址变换速度，在地址变化机构中增设了一个 具有并行查询能力的高速缓冲寄存器 ，又称为“联想寄存器”（Associative Lookaside Buffer）。
在单级页表的基础上，为了适应非常大的逻辑空间，出现了两级和多级页表，但是，他们的原理和单级页表是一样的，只不过为了适应地址变换层次的增加，需要在地址变换机构中增设外层的页表寄存器。
分段存储管理方式 的目的，主要是为了满足用户（程序员）在编程和使用上多方面的要求，其中有些要求是其他几种存储管理方式所难以满足的。因此，这种存储管理方式已成为当今所有存储管理方式的基础。
分段管理方式和分页管理方式在实现思路上是很相似的，只不过他们的基本单位不同。分段有 段表 ，也有 地址变换机构 ，为了提高检索速度，同样增设 联想寄存器（具有并行查询能力的高速缓冲寄存器） 。所以有些具体细节在这个不再赘述。
分页和分段的主要区别：
1、两者相似之处：两者 都采用离散分配方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换 。
2、两者的不同之处：
（1）页是信息的 物理单位 ，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，分页仅仅是由于 系统管理的需要 而不是用户的需要。段则是信息的 逻辑单位 ，它含有一组其意义相对完整的信息。 分段的目的是为了能更好地满足用户的需要 。
（2） 页的大小固定 且由系统决定，而 段的长度却不固定 。
（3）分页的作业地址空间是 一维 的，即单一的线性地址空间；而分段的作业地址空间则是 二维 的。
前面所介绍的分页和分段存储管理方式都各有优缺点。 分页系统能有效地 提高内存利用率 ，而分段系统则能很好地 满足用户需求 。 我们希望能够把两者的优点结合，于是出现了段页式存储管理方式。
段页式系统的基本原理，是分段和分页原理的结合，即 先将用户程序分成若干个段，再把每个段分成若干个页 ，并为每一个段赋予一个段名。在段页式系统中，地址结构由段号、段内页号和页内地址三部分组成。
和前两种存储管理方式相同，段页式存储管理方式同样需要增设联想寄存器。
离散分配方式 基于将一个进程直接分散地分配到许多不相邻的分区中的思想，分为分页式存储管理，分段式存储管理和段页式存储管理. 分页式存储管理旨在提高内存利用率，满足系统管理的需要，分段式存储管理则旨在满足用户(程序员)的需要，在实现共享和保护方面优于分页式存储管理，而段页式存储管理则是将两者结合起来，取长补短，即具有分段系统便于实现，可共享，易于保护，可动态链接等优点，又能像分页系统那样很好的解决外部碎片的问题，以及为各个分段可离散分配内存等问题，显然是一种比较有效的存储管理方式。
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❹ 操作系统页式存储管理的问题
逻辑页面表示这是一个虚拟的储存空间，一个逻辑页面对应一个物理内存的页框，这个页框才是真正的物理存储所在。
❺ 连续分配存储管理方式
一、单一连续分配
最简单的一种存储管理方式，只能用于单用户、单任务的操作系统中。
优点：易于管理。
缺点：对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，很少使用的程序部分也占用内存。
二、固定分区分配
把内存分为一些大小相等或不等的分区(partition)，每个应用进程占用一个分区。操作系统占用其中一个分区。支持多个程序并发执行，适用于多道程序系统和分时系统。最早的多道程序存储管理方式。
缺点：内碎片（一个分区内的剩余空间）造成浪费；划分为几个分区，便只允许几道作业并发，分区总数固定，限制并发执行的程序数目。
三、动态分区分配
1、分区的大小不固定：在装入程序时根据进程实际需要，动态分配内存空间，即——需要多少划分多少。
2、空闲分区表项：从1项到n项：内存会从初始的一个大分区不断被划分、回收从而形成内存中的多个分区。
3、优点：并发进程数没有固定数的限制，不产生内碎片。缺点：有外碎片（分区间无法利用的空间）
4、分区分配算法
①首次适应算法FF(first-fit)
空闲分区排序：以地址递增的次序链接。
检索：分配内存时，从链首开始顺序查找直至找到一个大小能满足要求的空闲分区；
分配：从该分区中划出一块作业要求大小的内存空间分配给请求者，余下的空闲分区大小改变仍留在空闲链中。
若从头到尾检索不到满足要求的分区则分配失败
优点：优先利用内存低址部分，保留了高地址部分的大空闲区；
缺点：但低址部分不断划分，会产生较多小碎片；而且每次查找从低址部分开始，会逐渐增加查找开销。
②循环首次适应算法
空闲分区排序：按地址
检索：从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直到找到一个能满足要求的空闲分区。为实现算法，需要设置一个起始查寻指针并采用循环查找方式
分配：分出需要的大小
优点：空闲分区分布均匀，减少查找开销
缺点：缺乏大的空闲分区
③最佳适应算法
总是把能满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业，避免“大材小用”。
空闲分区排序：所有空闲分区按容量从小到大排序成空闲分区表或链。
检索：从表或链的头开始，找到的第一个满足的就分配
分配：分出需要的大小
缺点：每次找到最合适大小的分区割下的空闲区也总是最小，会产生许多难以利用的小空闲区（外碎片）
④最差适应算法/最坏匹配法
基本不留下小空闲分区，但会出现缺乏较大的空闲分区的情况。
⑤快速适应算法
根据进程常用空间大小进行划分，相同大小的串成一个链，需管理多个各种不同大小的分区的链表。进程需要时，从最接近大小需求的链中摘一个分区。
能快速找到合适分区，但链表信息会很多；实际上是空间换时间。
5、回收分区
(1)回收区（首址a）与一个分区f1末尾（首址b+大小）邻接：将回收区与f1合并，修改f1的表项的分区大小
(2)回收区（首址a+大小）与一个分区f2的首址b邻接：将回收区与f2合并，修改f2的表项的首址、分区大小
(3) （1）（2）两种情况都有，则将回收区与前后两个分区F1、F2邻接：将三个分区合并，使用F1的表项和F1的首址，取消F2的表项，大小为三者之和
(4) 回收区没有邻接的分区：为回收区单独建立新表项，填写回收区的首址与大小，根据其首址插到空闲链中的适当位置
四、动态重定位分区分配——有紧凑功能的动态分区分配
动态重定位分区分配算法与动态分区分配算法基本相同，差别在于增加了紧凑的功能。
伙伴系统
分区大小有规定，且分区动态变化
1、无论已分配还是空闲分区，大小都为2的k此幂。若整个可分配空间大小为2m，则1≤k≤m.
2、随着系统运行，内存被不断划分，形成若干不连续的空闲分区。对每一类具有相同大小的空闲分区设置一双向链表，即会有k个链表，链表中的分区大小都是2m。
3、进程申请n个大小的空间时，计算n= 2i。则找i对应的链表。若i大小的链表没有，则找i+1的链表。找到的分区对半划分后，一半用于分配，一半链接到较小一级的链表里去。
4、一次分配和回收都可能对应多次的划分和合并。
五、内存空间管理之对换
当内存空间还是满足不了需求时，把内存中暂时不能运行、或暂时不用的程序和数据调到外存上，以腾出足够的内存；把已具备运行条件的进程和进程所需要的程序和数据，调入内存。
整体对换(或进程对换)：以整个进程为单位（连续分配）
页面对换或分段对换：以页或段为单位（离散分配）
❻ 操作系统页式存储管理的问题
存储管理的基本原理内存管理方法
内存管理主要包括内存分配和回收、地址变换、内存扩充、内存共享和保护等功能。
下面主要介绍连续分配存储管理、覆盖与交换技术以及页式与段式存储管理等基本概念和原理。
1． 连续分配存储管理方式
连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。
(1)单一连续存储管理
在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP／M和DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。
(2)分区式存储管理
为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。
分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。前者是占用分区内未被利用的空间，后者是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。
分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩(compaction)：将各个占用分区向内存一端移动，然后将各个空闲分区合并成为一个空闲分区。这种技术在提供了某种程度上的灵活性的同时，也存在着一些弊端，例如：对占用分区进行内存数据搬移占用CPU~t寸间；如果对占用分区中的程序进行“浮动”，则其重定位需要硬件支持。
1)固定分区(nxedpartitioning)。
固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。这种技术的优点在于，易于实现，开销小。缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。
2)动态分区(dynamic partitioning)。
动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有内碎片。但它却引入了另一种碎片——外碎片。动态分区的分区分配就是寻找某个空闲分区，其大小需大于或等于程序的要求。若是大于要求，则将该分区分割成两个分区，其中一个分区为要求的大小并标记为“占用”，而另一个分区为余下部分并标记为“空闲”。分区分配的先后次序通常是从内存低端到高端。动态分区的分区释放过程中有一个要注意的问题是，将相邻的空闲分区合并成一个大的空闲分区。
下面列出了几种常用的分区分配算法：
首先适配法(nrst-fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到符合要求的第一个分区进行分配。该算法的分配和释放的时间性能较好，较大的空闲分区可以被保留在内存高端。但随着低端分区不断划分会产生较多小分区，每次分配时查找时间开销便会增大。
下次适配法(next-fit)：按分区在内存的先后次序，从上次分配的分区起查找(到最后{区时再从头开始}，找到符合要求的第一个分区进行分配。该算法的分配和释放的时间性能较好，使空闲分区分布得更均匀，但较大空闲分区不易保留。
最佳适配法(best-fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到其大小与要求相差最小的空闲分区进行分配。从个别来看，外碎片较小；但从整体来看，会形成较多外碎片优点是较大的空闲分区可以被保留。
最坏适配法(worst- fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到最大的空闲分区进行分配。基本不留下小空闲分区，不易形成外碎片。但由于较大的空闲分区不被保留，当对内存需求较大的进程需要运行时，其要求不易被满足。
2．覆盖和交换技术
引入覆盖(overlay)技术的目标是在较小的可用内存中运行较大的程序。这种技术常用于多道程序系统之中，与分区式存储管理配合使用。覆盖技术的原理很简单，一个程序的几个代码段或数据段，按照时间先后来占用公共的内存空间。将程序必要部分(常用功能)的代码和数据常驻内存；可选部分(不常用功能)平时存放在外存(覆盖文件)中，在需要时才装入内存。不存在调用关系的模块不必同时装入到内存，从而可以相互覆盖。覆盖技术的缺点是编程时必须划分程序模块和确定程序模块之间的覆盖关系，增加编程复杂度；从外存装入覆盖文件，以时间延长换取空间节省。覆盖的实现方式有两种：以函数库方式实现或操作系统支持。
交换(swapping)技术在多个程序并发执行时，可以将暂时不能执行的程序送到外存中，从而获得空闲内存空间来装入新程序，或读人保存在外存中而处于就绪状态的程序。交换单位为整个进程的地址空间。交换技术常用于多道程序系统或小型分时系统中，与分区式存储管理配合使用又称作“对换”或“滚进／滚出”(roll-in／roll-out)。其优点之一是增加并发运行的程序数目，并给用户提供适当的响应时间；与覆盖技术相比交换技术另一个显着的优点是不影响程序结构。交换技术本身也存在着不足，例如：对换人和换出的控制增加处理器开销；程序整个地址空间都进行对换，没有考虑执行过程中地址访问的统计特性。
3．页式和段式存储管理
在前面的几种存储管理方法中，为进程分配的空间是连续的，使用的地址都是物理地址。如果允许将一个进程分散到许多不连续的空间，就可以避免内存紧缩，减少碎片。基于这一思想，通过引入进程的逻辑地址，把进程地址空间与实际存储空间分离，增加存储管理的灵活性。地址空间和存储空间两个基本概念的定义如下：
地址空间：将源程序经过编译后得到的目标程序，存在于它所限定的地址范围内，这个范围称为地址空间。地址空间是逻辑地址的集合。
存储空间：指主存中一系列存储信息的物理单元的集合，这些单元的编号称为物理地址存储空间是物理地址的集合。
根据分配时所采用的基本单位不同，可将离散分配的管理方式分为以下三种
段式存储管理和段页式存储管理。其中段页式存储管理是前两种结合的产物。
(1)页式存储管理
1)基本原理。将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页(page)，而物理内存划分为同样大小的页框(pageframe)。程序加载时，可将任意一页放人内存中任意一个页框，这些页框不必连续，从而实现了离散分配。该方法需要CPU的硬件支持，来实现逻辑地址和物理地址之间的映射。在页式存储管理方式中地址结构由两部构成，前一部分是页号，后一部分为页内地址，如图4-2所示。
这种管理方式的优点是，没有外碎片，每个内碎片不超过页大比前面所讨论的几种管理方式的最大进步是，一个程序不必连续存放。这样就便于改变程序占用空间的大小(主要指随着程序运行，动态生成的数据增多，所要求的地址空间相应增长)。缺点是仍旧要求程序全部装入内存，没有足够的内存，程序就不能执行。
2)页式管理的数据结构。在页式系统中进程建立时，操作系统为进程中所有的页分配页框。当进程撤销时收回所有分配给它的页框。在程序的运行期间，如果允许进程动态地申请空间，操作系统还要为进程申请的空间分配物理页框。操作系统为了完成这些功能，必须记录系统内存中
实际的页框使用情况。操作系统还要在进程切换时，正确地切换两个不同的进程地址空间到物理内存空间的映射。这就要求操作系统要记录每个进程页表的相关信息。为了完成上述的功能，—个页式系统中，一般要采用如下的数据结构。
进程页表：完成逻辑页号(本进程的地址空间)到物理页面号(实际内存空间)的映射。
每个进程有一个页表，描述该进程占用的物理页面及逻辑排列顺序。
物理页面表：整个系统有一个物理页面表，描述物理内存空间的分配使用状况，其数据结构可采用位示图和空闲页链表。
请求表：整个系统有一个请求表，描述系统内各个进程页表的位置和大小，用于地址转换也可以结合到各进程的PCB(进程控制块)里。
3）页式管理地址变换
在页式系统中，指令所给出的地址分为两部分：逻辑页号和页内地址。CPU中的内存管理单元(MMU)按逻辑页号通过查进程页表得到物理页框号，将物理页框号与页内地址相加形成物理地址(见图4-3)。上述过程通常由处理器的硬件直接完成，不需要软件参与。通常，操作系统只需在进程切换时，把进程页表的首地址装入处理器特定的寄存器中即可。一般来说，页表存储在主存之中。这样处理器每访问一个在内存中的操作数，就要访问两次内存。第一次用来查找页表将操作数的逻辑地址变换为物理地址；第二次完成真正的读写操作。这样做时间上耗费严重。为缩短查找时间，可以将页表从内存装入CPU内部的关联存储器(例如，快表)中，实现按内容查找。此时的地址变换过程是：在CPU给出有效地址后，由地址变换机构自动将页号送人快表，并将此页号与快表中的所有页号进行比较，而且这种比较是同时进行的。若其中有与此相匹配的页号，表示要访问的页的页表项在快表中。于是可直接读出该页所对应的物理页号，这样就无需访问内存中的页表。由于关联存储器的访问速度比内存的访问速度快得多。
(2)段式存储管理
1)基本原理。
在段式存储管理中，将程序的地址空间划分为若干个段(segment)，这样每个进程有一个二维的地址空间。在前面所介绍的动态分区分配方式中，系统为整个进程分配一个连续的内存空间。而在段式存储管理系统中，则为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可以不连续地存放在内存的不同分区中。程序加载时，操作系统为所有段分配其所需内存，这些段不必连续，物理内存的管理采用动态分区的管理方法。在为某个段分配物理内存时，可以采用首先适配法、下次适配法、最佳适配法等方法。在回收某个段所占用的空间时，要注意将收回的空间与其相邻的空间合并。段式存储管理也需要硬件支持，实现逻辑地址到物理地址的映射。程序通过分段划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。这样做的优点是：可以分别编写和编译源程序的一个文件，并且可以针对不同类型的段采取不同的保护，也可以按段为单位来进行共享。总的来说，段式存储管理的优点是：没有内碎片，外碎片可以通过内存紧缩来消除；便于实现内存共享。缺点与页式存储管理的缺点相同，进程必须全部装入内存。
2)段式管理的数据结构。
为了实现段式管理，操作系统需要如下的数据结构来实现进程的地址空间到物理内存空间的映射，并跟踪物理内存的使用情况，以便在装入新的段的时候，合理地分配内存空间。
·进程段表：描述组成进程地址空间的各段，可以是指向系统段表中表项的索引。每段有段基址(baseaddress)。
·系统段表：系统所有占用段。
·空闲段表：内存中所有空闲段，可以结合到系统段表中。
3)段式管理的地址变换。
在段式管理系统中，整个进程的地址空间是二维的，即其逻辑地址由段号和段内地址两部分组成。为了完成进程逻辑地址到物理地址的映射，处理器会查找内存中的段表，由段号得到段的首地址，加上段内地址，得到实际的物理地址(见图4—4)。这个过程也是由处理器的硬件直接完成的，操作系统只需在进程切换时，将进程段表的首地址装入处理器的特定寄存器当中。这个寄存器一般被称作段表地址寄存器。
4．页式和段式系统的区别
页式和段式系统有许多相似之处。比如，两者都采用离散分配方式，且都通过地址映射机构来实现地址变换。但概念上两者也有很多区别，主要表现在：
·页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，以减少内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了更好地满足用户的需要。
·页的大小固定且由系统决定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的。段的长度不固定，且决定于用户所编写的程序，通常由编译系统在对源程序进行编译时根据信息的性质来划分。
·页式系统地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，程序员只需利用一个标识符，即可表示一个地址。分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。
原理作业10. 页式存储管理和段式存储管理的工作原理特点、特点
及优劣。
答：页式管理的基本思想是：为了更好地利用分区存储管理中
所产生的"零头"问题，允许把一个作业存放在不连续的内存块中，
又可以连续运行，它允许只调入用户作业中常用部分，不常用部分
不长期驻留内存，有效提高了内存的利用率。
页式存储管理的工作原理：
A、划分实页：将物理内存划分成位置固定、大小相同的"块"（实页
面）。
B、划分虚页：将用户逻辑地址空间也分成同样大小的页面，成为虚
拟空间的虚页面。
C、建立页表：有时称为页面表或页面映射表（PMT）。每个作业一
张，按虚页号进行登记，其基本的内容有特征位（表示该页是否
在内存、实页号以及对应外存的地址。
D、地址变换：将虚页面的逻辑地址转化为实页面的物理地址，在程
序执行时改变为物理地址，属于作业的动态重定位，一般由地址
转换机构（硬件）完成。
特点：
允许一个作业存放在不连续的内存块中而又能保证作业连续得以运行
，既不需要移动内存中的信息，又可较好地解决零头。
优点：
a、不要求作业存放在连续的内存块中，有效地解决零头。
b、允许用户作业不是一次集中装入内存而是根据需要调入，作业中
不常用部分不长期驻留内存，而本次运行的不用部分根本就不装
入内存。
c、提供了虚存，使用户作业地址空间不再受内存可用空间大小的限
制。
缺点：
a、页式管理在内存的共享和保护方面还欠完善。
b、页面大小相同，位置不能动态增加。
c、往往需要多次缺页中断才能把所需的信息完整地调入内存。
段式存储管理的基本思想是：把程序按内容或过程（函数）关系
分成段，每段有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应于
一个二维线性虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序
以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把段式虚拟存储地址转
化为内存中的实际地址。和页式管理一样，段式管理也采用只把那些
经常访问的段驻留内存，而把那些在将来一段时间内不被访问的段放
在外存，待需要时自动调入内存的方法实现二维虚拟存储器。按照作
业的逻辑单位--段，来分配内存，适合程序的逻辑结构，方便用户设
计程序。
段式存储管理的工作原理：
A、采用二维地址空间，如段号（S）、页号（P）和页内单元号（D）；
B、系统建两张表格每一作业一张段表，每一段建立一张页表，段表
指出该段的页表在内存中的位置；
C、地址变换机构类似页式机制，只是前面增加一项段号。
特点：
a、每一段分成若干页，再按页式管理，页间不要求连续；
b、用分段方法分配管理作业，用分页方法分配管理内存；
优点：
便于段的共享和保护、段的动态增长以及动态连接。
缺点：
为了消除零头和允许段的动态增长，需要花费CPU的大量时间在内存
中移动作业的分段，而且段的大小也给外存管理带来困难。
❼ Linux存储管理方式
这种方式中，将用户程序的地址空间，注意，是 用户程序的地址空间 分为若干个固定大小的区域，成为“页”或“页面”。我们可以知道，这也页其实是不存在的，只是一种划分内存空间的方法。也就是说，这种方式将用户的程序 “肢解” 了，分成很多个小的部分，每个部分称为一个“页”。
将逻辑地址的前n位作为页号，后面32-n位作为页内偏移量。
由于进程的最后一页经常装不满一个块，从而形成了不可利用的碎片，称之为 “页内碎片” 。
作用：实现页号到物理号的地址映射。
页表是记录逻辑空间（虚拟内存）中每一页在内存中对应的物理块号。但并非每一页逻辑空间都会实际对应着一个物理块，只有实际驻留在物理内存空间中的页才会对应着物理块。
系统会为每一个进程建立一张页表，页表是需要一直驻留在物理内存中的（多级页表除外），另外页表的起址和长度存放在 PCB（Process Control Block）进程控制结构体中。
可以在页表的表项中设置相关的权限控制字段，例如设置存取控制字段，用于保护该存储块的读写；若存取控制字段为2位，则可以设置读/写、只读和只执行等存取方式。
物理块是实实在在存在于内存中的：
由于执行频率高，要求效率比较高，需要使用硬件实现。
在系统中设置一个 页表寄存器(PTR) ,其中存放页表在内存的起始地址和页表的长度。平时进程未执行的时候，页表的起始地址和页表长度放在本进程的PCB中。当调度程序调度到某个进程的时候，才将这两个数据装入 页表寄存器 。
变换过程：
快表的变换机构
为了提高地址变换速度，可在地址变换机构中增设一个具有并行查询能力的特殊高速缓冲寄存器，又称为"联想寄存器"或者“快表”。俗称TLB。
快表与页表的功能类似，其实就是将一部分页表存到 CPU 内部的高速缓冲存储器 Cache。CPU 寻址时先到快表查询相应的页表项形成物理地址，如果查询不到，则到内存中查询，并将对应页表项调入到快表中。但，如果快表的存储空间已满，则需要通过算法找到一个暂时不再需要的页表项，将它换出内存。
由于成本的关系，快表不可能做得很大，通常只存放 16~512 个页表项，这对中、小型作业来说，已有可能把全部页表项放在快表中；但对于大型作业而言，则只能将其一部分页表项放入其中。由于对程序和数据的访问往往带有局限性，因此，据统计，从快表中能找到所需页表项的概率可达 90% 以上。这样，由于增加了地址变换机构而造成的速度损失可减少到 10% 以下，达到了可接受的程度。
我们可以采用这样两个方法来解决这一问题：
① 对于页表所需的内存空间，可采用离散分配方式，以解决难以找到一块连续的大内存空间的问题；
② 只将当前需要的部分页表项调入内存，其余的页表项仍驻留在磁盘上，需要时再调入。
二级页表的页表项：
过程：
在采用两级页表结构的情况下，对于正在运行的进程，必须将其外层页表调入内存，而对于内页表则只需调入一页或几页。为了表征某页的页表是否已经调入内存，还应在外层页表项中增设一个状态位 S，其值若为 0，表示该页表分页不在内存中，否则说明其分页已调入内存。进程运行时，地址变换机构根据逻辑地址中的 P1去查找外层页表；若所找到的页表项中的状态位为 0，则产生一个中断信号，请求 OS 将该页表分页调入内存。
多级页表和二级页表类似。多级页表和二级页表是为了节省物理内存空间。使得页表可以在内存中离散存储。（单级页表为了随机访问必须连续存储，如果虚拟内存空间很大，就需要很多页表项，就需要很大的连续内存空间，但是多级页表不需要。）
为什么引入分段存储管理？
引入效果：
它将用户程序的地址空间分为若干个大小不同的的段，每个段可以定义一组完整的信息。
段号表示段名，每个段都从0开始编址，并且采用一段连续的地址空间。
在该地址结构中，允许一个作业最长有64K个段，每个段的最大长度为64KB。
在分段式存储管理系统中，为每一个分段分配一个连续的分区。进程的各个段，可以离散地装入内存中不同的分区中。
作用：实现从逻辑地址到物理内存区的映射。
为了保证程序能够正常运行，就必须能够从物理内存中找出每个逻辑段所对应的位置。为此在系统中会为每一个进程建立一张 段表 。每个段在表中有一个表项，其中记录了该段在内存中的起始地址和段的长度。一般将段表保存在内存中。
在配置了段表之后，执行的过程可以通过查找段表，找到每一个段所对应的内存区。
为了实现进程从逻辑地址到物理地址的变换功能，在系统设置了段表寄存器，用于存放段表的起始地址和段表长度TL。
在进行地址变换时，系统将逻辑地址中的段号与段表长度TL 进行比较。若 S > TL，表示段号太大，是访问越界，于是产生越界中断信号。若未越界，则根据段表的始址和该段的段号，计算出该段对应段表项的位置，从中读出该段在内存的起始地址。然后，再检查段内地址 d 是否超过该段的段长 SL。若超过，即 d>SL，同样发出越界中断信号。若未越界，则将该段的基址 d 与段内地址相加，即可得到要访问的内存。
分页和分段系统相似之处：两者都采用离散分配方式，且都是通过地址映射机构实现地址变换。
但在概念上两者完全不同，主要表现在下述三个方面：
分页系统以页面作为内存分配的基本单位，能有效地提高内存利用率，而分段系统以段作为内存分配的基本单位，它能够更好地满足用户多方面的需要。
段页式地址结构由段号、段内页号及页内地址三部分所组成
段页式系统的基本原理是分段和分页原理的结合，即先将用户程序分成若干个段，再把每个段分成若干个页，并为每一个段赋予一个段名。如下图展示了一个作业地址空间的结构。该作业有三个段：主程序段、子程序段和数据段；页面大小为 4 KB：
在段页式系统中，为了实现从逻辑地址到物理地址的变换，系统中需要同时配置段表和页表。段表的内容与分段系统略有不同，它不再是内存始址和段长，而是页表始址和页表长度。下图展示出了利用段表和页表进行从用户地址空间到物理(内存)空间的映射。
在段页式系统中，为了便于实现地址变换，须配置一个段表寄存器，其中存放段表始址和段长 TL。进行地址变换时，首先利用段号 S，将它与段长 TL 进行比较。若 S < TL，表示未越界，于是利用段表始址和段号来求出该段所对应的段表项在段表中的位置，从中得到该段的页表始址，并利用逻辑地址中的段内页号 P 来获得对应页的页表项位置，从中读出该贝所在的物理块号 b，再利用块号 b 和页内地址来构成物理地址。
在段页式系统中，为了获得一条指令或数据，须三次访问内存。第一次访问是访问内存中的段表，从中取得页表始址；第二次访问是访问内存中的页表，从中取出该页所在的物理块号，并将该块号与页内地址一起形成指令或数据的物理地址；第三次访问才是真正从第二次访问所得的地址中取出指令或数据。
显然，这使访问内存的次数增加了近两倍。为了提高执行速度，在地址变换机构中增设一个高速缓冲寄存器。每次访问它时，都须同时利用段号和页号去检索高速缓存，若找到匹配的表项，便可从中得到相应页的物理块号，用来与页内地址一起形成物理地址：若未找到匹配表项，则仍需第三次访问内存。
参考链接：
❽ 在基本段式存储管理系统中，逻辑地址由什么构成
存储管理的基本原理内存管理方法
内存管理主要包括内存分配和回收、地址变换、内存扩充、内存共享和保护等功能。
下面主要介绍连续分配存储管理、覆盖与交换技术以及页式与段式存储管理等基本概念和原理。
1． 连续分配存储管理方式
连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。
(1)单一连续存储管理
在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP／M和dos 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。
(2)分区式存储管理
为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。
分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。前者是占用分区内未被利用的空间，后者是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。
分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩(compaction)：将各个占用分区向内存一端移动，然后将各个空闲分区合并成为一个空闲分区。这种技术在提供了某种程度上的灵活性的同时，也存在着一些弊端，例如：对占用分区进行内存数据搬移占用cpu~t寸间；如果对占用分区中的程序进行“浮动”，则其重定位需要硬件支持。
1)固定分区(nxedpartitioning)。
固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。这种技术的优点在于，易于实现，开销小。缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。
2)动态分区(dynamic partitioning)。
动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有内碎片。但它却引入了另一种碎片——外碎片。动态分区的分区分配就是寻找某个空闲分区，其大小需大于或等于程序的要求。若是大于要求，则将该分区分割成两个分区，其中一个分区为要求的大小并标记为“占用”，而另一个分区为余下部分并标记为“空闲”。分区分配的先后次序通常是从内存低端到高端。动态分区的分区释放过程中有一个要注意的问题是，将相邻的空闲分区合并成一个大的空闲分区。
下面列出了几种常用的分区分配算法：
首先适配法(nrst-fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到符合要求的第一个分区进行分配。该算法的分配和释放的时间性能较好，较大的空闲分区可以被保留在内存高端。但随着低端分区不断划分会产生较多小分区，每次分配时查找时间开销便会增大。
下次适配法(next-fit)：按分区在内存的先后次序，从上次分配的分区起查找(到最后{区时再从头开始}，找到符合要求的第一个分区进行分配。该算法的分配和释放的时间性能较好，使空闲分区分布得更均匀，但较大空闲分区不易保留。
最佳适配法(best-fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到其大小与要求相差最小的空闲分区进行分配。从个别来看，外碎片较小；但从整体来看，会形成较多外碎片优点是较大的空闲分区可以被保留。
最坏适配法(worst- fit)：按分区在内存的先后次序从头查找，找到最大的空闲分区进行分配。基本不留下小空闲分区，不易形成外碎片。但由于较大的空闲分区不被保留，当对内存需求较大的进程需要运行时，其要求不易被满足。
2．覆盖和交换技术
引入覆盖(overlay)技术的目标是在较小的可用内存中运行较大的程序。这种技术常用于多道程序系统之中，与分区式存储管理配合使用。覆盖技术的原理很简单，一个程序的几个代码段或数据段，按照时间先后来占用公共的内存空间。将程序必要部分(常用功能)的代码和数据常驻内存；可选部分(不常用功能)平时存放在外存(覆盖文件)中，在需要时才装入内存。不存在调用关系的模块不必同时装入到内存，从而可以相互覆盖。覆盖技术的缺点是编程时必须划分程序模块和确定程序模块之间的覆盖关系，增加编程复杂度；从外存装入覆盖文件，以时间延长换取空间节省。覆盖的实现方式有两种：以函数库方式实现或操作系统支持。
交换(swapping)技术在多个程序并发执行时，可以将暂时不能执行的程序送到外存中，从而获得空闲内存空间来装入新程序，或读人保存在外存中而处于就绪状态的程序。交换单位为整个进程的地址空间。交换技术常用于多道程序系统或小型分时系统中，与分区式存储管理配合使用又称作“对换”或“滚进／滚出”(roll-in／roll-out)。其优点之一是增加并发运行的程序数目，并给用户提供适当的响应时间；与覆盖技术相比交换技术另一个显着的优点是不影响程序结构。交换技术本身也存在着不足，例如：对换人和换出的控制增加处理器开销；程序整个地址空间都进行对换，没有考虑执行过程中地址访问的统计特性。
3．页式和段式存储管理
在前面的几种存储管理方法中，为进程分配的空间是连续的，使用的地址都是物理地址。如果允许将一个进程分散到许多不连续的空间，就可以避免内存紧缩，减少碎片。基于这一思想，通过引入进程的逻辑地址，把进程地址空间与实际存储空间分离，增加存储管理的灵活性。地址空间和存储空间两个基本概念的定义如下：
地址空间：将源程序经过编译后得到的目标程序，存在于它所限定的地址范围内，这个范围称为地址空间。地址空间是逻辑地址的集合。
存储空间：指主存中一系列存储信息的物理单元的集合，这些单元的编号称为物理地址存储空间是物理地址的集合。
根据分配时所采用的基本单位不同，可将离散分配的管理方式分为以下三种
段式存储管理和段页式存储管理。其中段页式存储管理是前两种结合的产物。
(1)页式存储管理
1)基本原理。将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页(page)，而物理内存划分为同样大小的页框(pageframe)。程序加载时，可将任意一页放人内存中任意一个页框，这些页框不必连续，从而实现了离散分配。该方法需要cpu的硬件支持，来实现逻辑地址和物理地址之间的映射。在页式存储管理方式中地址结构由两部构成，前一部分是页号，后一部分为页内地址，如图4-2所示。
这种管理方式的优点是，没有外碎片，每个内碎片不超过页大比前面所讨论的几种管理方式的最大进步是，一个程序不必连续存放。这样就便于改变程序占用空间的大小(主要指随着程序运行，动态生成的数据增多，所要求的地址空间相应增长)。缺点是仍旧要求程序全部装入内存，没有足够的内存，程序就不能执行。
2)页式管理的数据结构。在页式系统中进程建立时，操作系统为进程中所有的页分配页框。当进程撤销时收回所有分配给它的页框。在程序的运行期间，如果允许进程动态地申请空间，操作系统还要为进程申请的空间分配物理页框。操作系统为了完成这些功能，必须记录系统内存中
实际的页框使用情况。操作系统还要在进程切换时，正确地切换两个不同的进程地址空间到物理内存空间的映射。这就要求操作系统要记录每个进程页表的相关信息。为了完成上述的功能，—个页式系统中，一般要采用如下的数据结构。
进程页表：完成逻辑页号(本进程的地址空间)到物理页面号(实际内存空间)的映射。
每个进程有一个页表，描述该进程占用的物理页面及逻辑排列顺序。
物理页面表：整个系统有一个物理页面表，描述物理内存空间的分配使用状况，其数据结构可采用位示图和空闲页链表。
请求表：整个系统有一个请求表，描述系统内各个进程页表的位置和大小，用于地址转换也可以结合到各进程的pcb(进程控制块)里。
3）页式管理地址变换
在页式系统中，指令所给出的地址分为两部分：逻辑页号和页内地址。cpu中的内存管理单元(mmu)按逻辑页号通过查进程页表得到物理页框号，将物理页框号与页内地址相加形成物理地址(见图4-3)。上述过程通常由处理器的硬件直接完成，不需要软件参与。通常，操作系统只需在进程切换时，把进程页表的首地址装入处理器特定的寄存器中即可。一般来说，页表存储在主存之中。这样处理器每访问一个在内存中的操作数，就要访问两次内存。第一次用来查找页表将操作数的逻辑地址变换为物理地址；第二次完成真正的读写操作。这样做时间上耗费严重。为缩短查找时间，可以将页表从内存装入cpu内部的关联存储器(例如，快表)中，实现按内容查找。此时的地址变换过程是：在cpu给出有效地址后，由地址变换机构自动将页号送人快表，并将此页号与快表中的所有页号进行比较，而且这种比较是同时进行的。若其中有与此相匹配的页号，表示要访问的页的页表项在快表中。于是可直接读出该页所对应的物理页号，这样就无需访问内存中的页表。由于关联存储器的访问速度比内存的访问速度快得多。
(2)段式存储管理
1)基本原理。
在段式存储管理中，将程序的地址空间划分为若干个段(segment)，这样每个进程有一个二维的地址空间。在前面所介绍的动态分区分配方式中，系统为整个进程分配一个连续的内存空间。而在段式存储管理系统中，则为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可以不连续地存放在内存的不同分区中。程序加载时，操作系统为所有段分配其所需内存，这些段不必连续，物理内存的管理采用动态分区的管理方法。在为某个段分配物理内存时，可以采用首先适配法、下次适配法、最佳适配法等方法。在回收某个段所占用的空间时，要注意将收回的空间与其相邻的空间合并。段式存储管理也需要硬件支持，实现逻辑地址到物理地址的映射。程序通过分段划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。这样做的优点是：可以分别编写和编译源程序的一个文件，并且可以针对不同类型的段采取不同的保护，也可以按段为单位来进行共享。总的来说，段式存储管理的优点是：没有内碎片，外碎片可以通过内存紧缩来消除；便于实现内存共享。缺点与页式存储管理的缺点相同，进程必须全部装入内存。
2)段式管理的数据结构。
为了实现段式管理，操作系统需要如下的数据结构来实现进程的地址空间到物理内存空间的映射，并跟踪物理内存的使用情况，以便在装入新的段的时候，合理地分配内存空间。
·进程段表：描述组成进程地址空间的各段，可以是指向系统段表中表项的索引。每段有段基址(baseaddress)。
·系统段表：系统所有占用段。
·空闲段表：内存中所有空闲段，可以结合到系统段表中。
3)段式管理的地址变换。
在段式管理系统中，整个进程的地址空间是二维的，即其逻辑地址由段号和段内地址两部分组成。为了完成进程逻辑地址到物理地址的映射，处理器会查找内存中的段表，由段号得到段的首地址，加上段内地址，得到实际的物理地址(见图4—4)。这个过程也是由处理器的硬件直接完成的，操作系统只需在进程切换时，将进程段表的首地址装入处理器的特定寄存器当中。这个寄存器一般被称作段表地址寄存器。
4．页式和段式系统的区别
页式和段式系统有许多相似之处。比如，两者都采用离散分配方式，且都通过地址映射机构来实现地址变换。但概念上两者也有很多区别，主要表现在：
·页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，以减少内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了更好地满足用户的需要。
·页的大小固定且由系统决定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的。段的长度不固定，且决定于用户所编写的程序，通常由编译系统在对源程序进行编译时根据信息的性质来划分。
·页式系统地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，程序员只需利用一个标识符，即可表示一个地址。分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。
原理作业10. 页式存储管理和段式存储管理的工作原理特点、特点
及优劣。
答：页式管理的基本思想是：为了更好地利用分区存储管理中
所产生的"零头"问题，允许把一个作业存放在不连续的内存块中，
又可以连续运行，它允许只调入用户作业中常用部分，不常用部分
不长期驻留内存，有效提高了内存的利用率。
页式存储管理的工作原理：
A、划分实页：将物理内存划分成位置固定、大小相同的"块"（实页
面）。
B、划分虚页：将用户逻辑地址空间也分成同样大小的页面，成为虚
拟空间的虚页面。
C、建立页表：有时称为页面表或页面映射表（pmt）。每个作业一
张，按虚页号进行登记，其基本的内容有特征位（表示该页是否
在内存、实页号以及对应外存的地址。
D、地址变换：将虚页面的逻辑地址转化为实页面的物理地址，在程
序执行时改变为物理地址，属于作业的动态重定位，一般由地址
转换机构（硬件）完成。
特点：
允许一个作业存放在不连续的内存块中而又能保证作业连续得以运行
，既不需要移动内存中的信息，又可较好地解决零头。
优点：
a、不要求作业存放在连续的内存块中，有效地解决零头。
b、允许用户作业不是一次集中装入内存而是根据需要调入，作业中
不常用部分不长期驻留内存，而本次运行的不用部分根本就不装
入内存。
c、提供了虚存，使用户作业地址空间不再受内存可用空间大小的限
制。
❾ 文件存储空间管理
上篇文章介绍了文件的物理结构并介绍了文件分配的三种方式——连续分配、链接分配和索引分配。
本文介绍操作系统对文件存储空间的管理。
本文内容
存储空间的划分： 将物理磁盘划分为一个个文件卷（逻辑卷、逻辑盘） 。
在存储空间初始化时，需要将各个文件卷划分为目录区、文件区。
有些系统支持超大型文件，可支持由多个物理磁盘组成一个文件卷。
空闲表法：即用一张表记录磁盘中空闲的盘块。空闲表的表项由 空闲盘的起始块号 和 空闲盘块数 组成。如下图所示
如何分配磁盘块：与内存管理中的动态分区分配类似，为一个文件分配连续的存储空间。同样可以采用 首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法，临近适应算法 来决定要为文件分配哪些区间。
空闲表法适用于连续分配方式。
例如，如果新创建的文件请求3个块，按照首次适用算法，从10号块开始有5个连续的块可以满足需求，所以把10、11、12三个块分配给文件，分配后的空闲盘块表如下
这里以回收区前后都是空闲区为例，磁盘是第一幅图的状态，如果回收21、22号磁盘块，那么回收后的空闲盘块表如下图所示。
空闲链表法分为两种： 空闲盘块链和空闲盘区链
下图分别表示空闲盘块链和空闲盘区链。
操作系统保存着 链头、链尾指针。
如何分配：如过某文件申请K个盘块，则从链头开始依次摘下K个盘块分配，并修改空闲链的链头指针。
如何回收：回收的盘块依次挂到链尾，并修改空闲链的链尾指针。
下图表示分配了3个盘块
从上面可以看出，空闲盘块法适用于 离散分配 的物理结构。为文件分配多个盘块时可能要重复多次操作。
操作系统保存着 链头、链尾指针 。
如何分配：若某文件申请K个盘块，由于空闲盘区链将连续的盘块组成一个盘区，所以若某个盘区大小满足可以实现一次分配，同样可以采用首次适用、最佳适用等算法，从链头开始检索，按照一定的规则找到一个大小符合要求的空闲盘区分配给文件。若没有合适的连续空闲块，也可以将不同的盘区的盘同时分配给一个文件，同样分配后也需要修改相应的指针链和盘区大小等数据。
如何回收：若回收区和某个空闲盘区相邻，则需要将回收区合并到空闲盘区中。若回收区没有和任何空闲区相邻，将回收区作为一个单独的一个空闲盘区挂到链尾。同样也需要修改链表指针和盘区大小等信息。
下图表示按照首次适用算法分配3个盘区
从上面可以看出，空闲盘区链对 离散分配、连续分配 都适用。为一个文件分配多个盘块时 效率更高 。
位示图：磁盘内存被划分为一个个磁盘块，可以用二进制位对应一个盘块。“0”代表盘块空闲，“1”代表盘块已分配。位示图一般用连续的“字”来表示，下图中一个字的字长是16位，字中的每一位对应一个盘块。因此可以用（字号，位号）对应一个盘块号。
如何分配：若文件需要K个块，①顺序扫描位示图，找到K个相邻或不相邻的“0”；②根据字号、位号算出对应的盘块号，将相应的盘块分配给文件；③将相应的位设置为“1”。
如何回收：①根据回收的盘块号计算出对应的字号、位号；②将相应的二进制位设置为“0”。
从上面可以看出：位示图法对 连续分配和离散分配 都适用。
空闲表法、空闲链表法不适用大型文件系统，因为空闲表或空闲联保可能过大。UNIX系统中采用了 成组链接法 对磁盘空闲块进行管理。这是将上述两种方法相结合的而形成的一种空闲管理方法。
文件卷的目录区中专门用一个磁盘块作为 超级块 ，当系统启动时需要将 超级块读入内存 。并且要保证与外存中的“超过块”的数据一致。
内存的分配过程：分配过程是从栈顶取出一空闲盘块号，将与之对应的盘块分配给用户，然后将栈顶指针下移一格，若该盘块号已是栈底（即第一个盘块），这是当前栈中最后一个可分配的盘块号。由于在该盘块号所对应的盘块中记有下一组可用的盘块号，因此，不能直接将它分配掉，需要将它记录的下一组信息保存下来，所以比须调用磁盘读过程，将栈底盘块号所对应盘块的内容读入栈中，作为新的盘块号栈的内容，并把原栈底对应的盘块分配出去(其中的有用数据已读入栈中)。然后，再分配一相应的缓冲区(作为该盘块的缓冲区)。最后，把栈中的空闲盘块数减1 并返回。
下面举例说明
如果此时新建一个文件需要一个磁盘块，那么此时第一组有100个空闲块，所以是足够分配的，将栈顶的盘块号即201号盘块对应的盘块分配出去，如下图
如果此时又创建一个新的文件，需要99个磁盘块，就需要将剩下的99个盘块全部分配出去，但是此时300号盘块记录了下一组信息，如果分配出去，信息就是丢失，所以需要将300号盘块从外存（磁盘）读入内存，将300号盘块记录的信息，写入空闲盘块号栈，然后才能将这99块空闲块分配出去。具体过程如下图所示
内存的回收过程：在系统回收空闲盘块时，须调用盘块回收过程进行回收。它是将回收盘块的盘块号记入空闲盘块号栈的顶部，并执行空闲盘块数加 1 操作。当栈中空闲盘块号数目已达 100 时，表示栈已满，便将现有栈中的100 个盘块号记入新回收的盘块中，再将其盘块号作为新栈底。
以分配的第一个图为例，201盘块被分配出去了，如果此刻有个文件被删除了，其占用的盘块是199号，系统需要回收这个盘块，发现此时空闲盘块号栈中记录空闲块数为99，直接将盘块号记录栈顶，将空闲盘块数加1即可。
如果此时又有一个文件被删除了，其占用的盘块是190，此时空闲盘块号数已经达到100了，就需要将现在空闲盘块栈中信息记入新回收的块中。
❿ 在采用页式存储管理的系统中
在采用页式存储管理系统中https://help.aliyun.com/wordpower/2374442-1.html