3.1.3覆盖与交换

小灰灰 2024-04-06 12:01 66阅读 0赞

## 内存中的覆盖与交换 ##

在上一篇3.1.2内存管理的概念中，我们提到了内存的虚拟技术，也就是操作系统对内存空间的扩充。现在来介绍一下，对内存空间扩充的两种技术，覆盖技术和交换技术。

### 覆盖技术 ###

早期的计算机内存很小，比如IBM推出的第一台PC机最大只支持1MB大小的内存。因此经常出现内存大小不够的情况。

后来人们引入覆盖技术，用来解决“程序大小超过物理内存总和”的问题。

覆盖技术的思想：将程序分为多个段（多个模块）。常用的段常驻内存，不常用的段根据需要调入或调出内存。

内存中分为一个“固定区”和若干个“覆盖区”。

常驻内存的段放在固定区，调入后就不再调出内存（除非运行结束）；不常用的段放在覆盖区，需要时调入，不需要时调出。

![image-20220922171359680][]

以上图举例，左侧是某程序x的调用结构。A模块是该程序的主要模块，理应放入固定区，固定去的大小就是A模块运行所需大小；B模块和C模块只会执行其中一个模块（可以想象为if-else），理应放入覆盖区0（可以有多个覆盖区），覆盖区大小是B和C中所需容量的最大值，D、E、F同理，放入覆盖区1，覆盖区大小规则同上，取最大值。

如果不采用覆盖技术，上述例子需要内存空间就是各个模块所需空间的总和52k。而采用覆盖技术，内存所需空间只要30k。覆盖技术就是按照程序自身逻辑结构，让哪些不可能同时被访问的程序段共享同一个覆盖区。

缺点

由于覆盖技术强烈依赖照程序自身逻辑结构，必须由程序员声明覆盖结构，操作系统完成自动覆盖。这样做，对用户不透明，增加了用户编程负担。覆盖技术只用于早期的操作系统中，现在已成为历史。

下面介绍交换技术

### 交换技术 ###

当内存空间紧张时，系统将内存中某些进程暂时换出外存，把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存（进程在内存与外存之间动态调度）。

暂时换出外存等待的进程，状态为挂起状态（suspend）。

挂起态又进一步细分为就绪挂起、阻塞挂起。

（进程状态的知识点可以复习进程部分的文章）

下面思考几个问题

1.  应该在外存的什么位置保存被换出的进程？
2.  什么时候应该交换？
3.  应该交换哪些进程？

回答第一个问题，应该在外存的什么位置保存被换出的进程？

现代具有对换功能的操作系统中，通常把磁盘空间分为文件区和对换区。文件区用于存放文件，追求存储空间的利用率，因此对文件区空间的管理采用离散分配方式；对换区空间只占磁盘空间的小部分，被换出的进程数据就存放在对换区。由于对换的速度直接影响到系统的整体速度，对换区的空间管理追求换入换出速度，因此对换区通常采用连续分配方式（学过文件管理章节即可理解）。

总之，对换区的输入输出速度比文件区的更快，虽然都是磁盘的某个空间，但是因为管理（计算）的方式不一样，它们的速度也不一样。

回答第二个问题，什么时候应该交换？

交换通常在许多进程运行且内存吃紧时进行，而系统负荷降低就暂停。例如：在发现许多进程运行时经常发生缺页，就说明内存紧张，此时可以换出一些进程；如果缺页率明显下降，就暂停换出。（这里涉及的缺页和缺页率的概念，可以搜索操作系统专栏后续的相关文章）

回答第三个问题，应该交换哪些进程？

这里给出一些参考的思路

1.  可优先换出阻塞进程
2.  可换出优先级低的进程
3.  为了防止优先级低的进程在被调入内存后很快又被换出，导致时间被浪费，有的系统还会考虑进程在内存的驻留时间(注意：PCB进程控制块会常驻内存，不会被换出内存)  
    被换出，导致时间被浪费，有的系统还会考虑进程在内存的驻留时间(注意：PCB进程控制块会常驻内存，不会被换出内存)
4.  …

[image-20220922171359680]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/8007581a23824a0cbc7e1a2fa0c6ae92.png