为什么需要进行存储管理？

存储管理是操作系统的重要组成部分，它负责管理计算机系统的重要资源主存储器。由于任何程序、数据必须占用主存空间后才能执行，因此存储管理直接影响系统的性能。

主存储空间一般分为两部分：一部分是系统区，存放操作系统常驻内存部分；另一部分是用户区，存放用户的程序和数据等。存储管理主要是对用户区域进行管理，当然也包括对辅存的管理。目的是要尽可能地方便用户使用和提高主存储器的效率。

存储管理的四个核心功能包括：

（1）内存空间的管理

记录每个内存单元的使用情况设置相应的内存分配表，根据不同的内存划分形式可以采用不同的数据结构：

• 位示图：用一位（bit）表示一个空闲页面（0：空闲，1：占用）。

• 空闲页面表：包括首页面号和页面个数，连续若干的页面作为一组登记在表中。

• 空闲块表：空闲块首址和空闲块长度，没有记录的区域即为进程所占用。

• 空闲块链表：将所有的空闲块链成一个链表。

（2）地址变换（重定位）

用户编程时使用的地址称为逻辑地址。而当程序运行时，它将被装入主存储器地址空间的某些部分，此时程序和数据的实际地址一般不可能同原来的逻辑地址一致，我们把程序在内存中的实际地址称为物理地址。

为了保证程序的正确运行，必须把程序和数据的逻辑地址转换为物理地址，这一工作称为地址转换或重定位。

• 静态重定位：当用户程序被装入内存时，一次性实现逻辑地址到物理地址的转换，以后不再转换。一般在装入内存时由重定位装入程序完成。

• 动态重定位：在程序运行过程中要访问数据时再进行地址变换，即在逐条指令执行时完成地址映射。一般为了提高效率，此工作由硬件地址映射机制来完成。

（3）内存扩充

内存的容量是受实际的存储单元限制的，而运行的程序又不受内存大小的限制，这就需要有效的存储管理技术来实现内存的逻辑扩充，这种扩充不是增加实际的存储单元，而是通过虚拟存储技术、覆盖技术、交换技术等技术来实现的。

1. 覆盖技术

目标是在较小的可用内存中运行较大的程序。常用于多道程序系统，与分区存储管理配合使用。

其原理核心在于：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。将程序的必要部分（常用功能）的代码和数据常驻内存；可选部分（不常用功能）在其他程序模块中实现，平时存放在外存中（覆盖文件），在需要用到时才装入到内存；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。(即不同时用的模块可共用一个分区)。

2. 交换技术

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，或读入保存在外存中而目前到达就绪状态的进程。交换单位为整个进程的地址空间。

3. 虚拟存储技术

把内存与外存有机的结合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”，这就是虚拟存储。当进程运行时，先将一部分程序装入内存，另一部分暂时留在外存，当要执行的指令不在内存时，由系统自动完成将它们从外存调入内存工作。

（4）内存共享和保护

1. 内存共享

当多个进程都要调用某子程序时，只把一个装入内存，让两个进程共享该子程序，提高内存的利用率。

2. 内存保护

• 防止地址越界：每个进程都有自己独立的进程空间，如果一个进程在运行时所产生的地址在其地址空间之外，则发生地址越界。即当程序要访问某个内存单元时，由硬件检查是否允许，如果允许则执行，否则产生地址越界中断。

• 防止操作越权：对于允许多个进程共享的存储区域，每个进程都有自己的访问权限。如果一个进程对共享区域的访问违反了权限规定，则发生操作越权。

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