内存管理笔记五、固定分区的多道编程
引言：多道编程可以克服单道编程的缺点，提高CPU和内存的利用效率，改善用户的响应时间。本文将介绍多道编程下固定分区的内存管理。后续文章会介绍非固定分区、分页、分段、段页式管理方式。
一、固定分区的加载方式
1.1、固定分区概念
为了克服单道编程的缺点，提高CPU和内存的利用率，有了多道编程的概念。虽然多道编程可以极大地改善CPU和内存的效率，改善用户响应时间，但是操作系统的复杂性也随之上升。就内存管理而言，无法将程序总是加载到固定的内存地址上。
多道编程固定分区的内存管理，即将内存分为固定的几个区域，每个区域的大小固定。最上面的分区为操作系统占用（高地址3G - 4G），其他分区由用户程序使用。这些分区大小可以一样，也一可以不一样。考虑程序大小不一的实际情况，分区的大小通常各不相同。
1.2、共享队列及分开队列
如下图1所示，为共享队列的固定分区。在共享队列的固定分区模式下，当一个新程序想要运行，必须排在一个共同的队列里等待。当有空闲分区时，才能进行加载。
共享队列的弊端：由于程序大小和分区大小不一定匹配，有可能形成一个小程序占用大分区的情况，从而造成内存里面虽然有小分区闲置，但无法加载大程序的情况。
考虑到共享队列的弊端，我们想到也就可以采用多个队列，即给每个分区一个队列。程序按照大小排在响应的队列里面。如下图2所示：
分开队列的弊端：这样不同程序有不同的队，好像在不同型号的车辆放置于不同类型的车库。但是这样也有缺点，就是如果还有空闲分区，但等待的程序不在该分区的等待列表上，就将造成有空间而不能运行程序的尴尬处境。（小车库已经满了，大车库还有空闲，但是都在小车库那里排队。）
1.3、固定分区的优点及缺点分析
优点：
简单，直截了当。最大的分区就是能容纳程序的分区。
缺点：
1)、程序的大小和分区大小匹配不令人满意
2)、很僵硬，如有有个程序比最大的分区大怎么办
3)、地址空间无法增长，程序很可能在运行时有更大的内存需求
二、动态地址翻译
2.1、动态地址翻译概念
在多道编程的环境下，无法将程序加载到固定的内存地址上，也就是无法使用静态地址翻译，这样我们就必须在程序加载完毕后才能计算物理地址，也就是在程序运行时进行地址翻译，这种翻译称为动态地址翻译。如下图3所示：
2.2、动态地址翻译较静态翻译方式的优点
动态地址翻译虽然增加了系统消耗，不如静态地址翻译效率高，但其带来的优点远远超过静态地址翻译。有以下三点：
1) 灵活：动态地址翻译可以将程序加载到任意地方
2) 便于实施地址保护：要进行地址保护，就必须对每个访问地址进行检查，动态翻译可以做到这一点。
3)实现虚拟内存的概念：虚拟内存的根本就是将内存扩展到磁盘上，将磁盘作为内存的一部分，我们可以将程序一般放在主存上，一般放在磁盘上，动态地址翻译可以判定地址指向的数据是在内存上还是磁盘上。
2.3、固定分区动态地址翻译方式
当程序加载到内存事先规划好的某片区域，而且该程序整个加载进去，该程序里面的虚地址（从0开始的）加上其所占区域的起始地址即可获得物理地址。因此翻译过程很简单：
程序所在区域的起始地址称为基址，对于保护也很简单，只要访问的地址不超过这片连续区域，即为合法访问。需要满足：
由此可见，我们只需要设置两个端值：基址和极限，分别放于基址寄存器和极限寄存器。即可达到地址翻译和地址保护的目的。在固定分区下，基址就是固定分区中各个区域的起始内存地址，极限则是所加载程序的长度（不是各个分区上限）。
这样，每次程序发出的地址需要和极限比较大小，若大于极限，则属于非法访问，进行异常处理。否则将基址加上偏移获得物理地址，就可以访问这个物理地址。如果要却换程序，只要将保存基址和极限的寄存器的值，按照新程序的情况重新设置即可。
参考资料：
《操作系统之哲学原理》 邹恒明著
纠错与建议
邮箱：[email protected]