[发明专利]计算机系统的存储器管理系统

说明书

本发明涉及一种计算机系统的存储器管理系统。

计算机系统的，特别是实时系统的存储器管理系统应保证短的存取时间和高的占用密度。此外，数据可靠性和可支配性是对这种存储器管理系统的其它主要要求。

用于管理可变长度数据的工作存储器的存储器管理系统以不同长度的存储块方式实施对存储空间的分配。根据存储请求和存储释放的顺序得出各存储块的长度。空闲出的分部分与相邻的空闲的分部分合并在一起。

在完成任务时，通常存储器管理系统按占用表和空闲表运作。众所周知，目前对存储分配已有各种空闲表检索方法。

在采用所谓的先符合方法时，从被管理的存储区的始端开始搜索，并把第一个长度够用的块分配给用户。

在采用所谓的下一个符合方法时，同样是把第一个长度够用的块分配给用户，但搜索从最近一次分配给用户的那个块开始。

在采用最佳符合方法时，搜索一直进行到找到具有最小的剩余空间的块为止(长度够用的尽可能小的块)。

作为采用占用表和空闲表的存储器管理系统的一种替代方案的是所谓的两伙伴方法(Buddy system)。两伙伴方法在管理2ⁿ字节存储器时需要n个空闲表。在第K个表中管理着容量为2^K的空闲块。当这时要求长度为m的存储范围时，则对大于m的最小的空闲块进行平分，直至以后的平分产生出小于m的块为止。在上一次平分产生的两个块中的一个被占用。其它的在多次平分中产生的块被登记在某空闲表内。在释放某一个块时，某些块相互合并，直至继续合并不再可能时为止，这是因为例如第二个一半被占用。由于对此的前提条件是，必须有两个大小相同的块并列空闲存在，故这种合并相对来说未必能实现。因而存在的趋势是，运行中对特别是较大的而且少有的几块不再能实施有效的管理。

两伙伴系统的缺点是，在实际要求与更高一级的双潜力之间是无法使用存储器的。

两伙伴系统的另外一个缺点在于其对安全起关键作用的管理结构，这是因为在占用一个“小”容量的块时在某些情况下有可能需要进行多次裂分和在空闲链中进行反向链接。特别在开始占用时这是经常发生的情况。

最佳符合方法的缺点在于搜索时间较长，并且裂分/合并频繁。

先符合方法的缺点在于裂分/合并频繁，并且占用密度太低。

空闲存储器管理的另一方案是，用一按块长分类的动态树取代一个表，其各个节点容纳一个块的某些管理数据。这种空闲存储器管理的主要优点是，就搜索空闲块而言，实现快速的最佳符合访问。但这种管理方式也有下述的严重缺点：

—为长期保证所述的优点，必须定期对树进行重新平衡。

—通常请求或释放一个存储块(或多个存储块)必然会引起对树的重新平衡。这期间势必造成对空闲存储器管理访问的阻塞。

—必要的重新平衡使得经常要在较大程度上对总结构进行处理，因而势必大大提高键接误差概率。为对此进行补偿，就必须多次进行检查。

—出于对数据安全考虑，必须半永久地保持动态树。为此每个在重新平衡时更改的首标作为存储单元将出现在与相应事务联系在一起的一磁盘记录薄上。

—面对可能的扩展，存储器管理系统应采用无用(garbage)存储单元收集来保持开放。在动态树结构的情况下与无用存储单元收集相联系的存储器的滚动变换将导致树内的大量的链接调整，这反之又造成上述已提及问题的出现。

—以最佳符合搜索为基础的空闲存储器管理的最根本的问题是，将会出现大量的相对无用的小块，这些小块是在历次从大块中选定“某些”时由于裂分(块分裂)产生的余剩物。

本发明的任务是，提出一种用于管理可变长度数据的工作存储器的存储器管理系统，该系统访问时间短，而对数据可靠性和可支配性不会产生不利的影响。

由于采用树结构，因而实现了对空闲存储块的短的访问时间。由于树结构是静态形成的，因而避免了在实时系统作业时由误差造成的树结构的变化，从而保证了数据安全性和持续的可用性。

本发明的一种设计是由于引入了粒度机制，即为特定块长打上静态印痕，因而一方面与纯最佳符合方法相比进一步有效地提高了占用密度，这是因为避免了最佳符合方法导致的典型的大量无用的小裂分余剩物的生成，另一方面与最佳符合方法相比并不太频繁地需要裂分和合并，因而缩短了访问时间。

本发明的进一步设计是由于采用了作为二叉树的静态搜索结构的设计，因而以二叉搜索方式可实现对各树叶的访问。因此搜索十分迅速。