第4章__存储管理ppt课件计算机操作系统第三版

第4 章

存储管理

第4章 存储管理4.1 概述

4.2 分区存储管理方案4.3 页式存储管理 4.4 段式存储管理 4.5 段页式存储管理 4.6 交换技术与覆盖技术

4.7 虚拟存储4.8 高速缓冲存储器 4.9 内存管理实例分析

习题

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4.1 概 述存储器是计算机系统中的重要组成部分，随着计 算机技术的飞速发展和内存价格的降低，现代计算机 中的内存也在不断增加，已经达到GB的范围。

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4.1.1 存储体系 存储器的功能是保存指令和数据，它的发展方向是 高速、大容量和小体积，诸如内存在访问速度方面的 发展有DRAM、SDRAM、SRAM等技术；而磁盘技术 的发展方向主要在大容量方面，比如接口标准、存储

密度等。

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存储组织的功能是在存储技 术和CPU寻址技术许可的范围内 组织合理的存储结构，其依据是 访问速度的匹配关系、容量要求 和价格。常见的存储结构有两种：寄存器(register) 快速缓存(cache) 内存(primary storage) 外存(secondary storage)

“寄存器—内存——外存”结构和“寄存器—快速缓存—内存— 外存”结构。

图4.1 存储层次结构

图 4.1 所示的是“寄存器 —快速缓存—内存—外存”结构。

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从源程序到程序执行编译：编译程序

– 由编译程序(Compiler)将用户源代码编译成若干 个目标模块。主主 库 装入程序 主 库

库

链接：链接程序汇编 – 编译

链接程序

子1 子1 子1 由链接程序( Linker)将编译后形成的一组目标模 子2 子2 块，以及它们所需要的库函数链接在一起，形成装 子2

入模块。装入：装入程序目标模块

装入模块

– 由装入程序(Loader)将装入模块复制到内存中。

内存

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地址空间的概念物理(绝对)地址——程序执行000 000 . . . 00000 00001 00002

主 – 每个内存单元的固定顺序地址(编号)。 . 5FF

逻辑(相对)地址——装入(汇编编译) 主000

. .

主 5FF – 被链接装配(或汇编、编译)后的目标模块

子1

子1 子2

01000

所限定的地址的集合； 000FFF

子1

– 相对于某个基准量(通常为：0)的编址。3FF

子2

逻辑地址 装入模块

子201FFF

相对地址 源程序/单个目标模块

物理地址 内存

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4.1.2 地址重定位 可执行文件的建立过程是：源程序 → 编译 → 目标

模块(多个目标模块或程序库) →链接→ 可执行文件。当程序执行时由操作系统装入内存而成为进程。 对程序员来说，数据的存放地址是由符号决定的，

故称为符号名地址，或者称为名地址。

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当程序被装入内存时，程序的逻辑地址被转换成内存的物理 地址，称为地址

重定位。 在可执行文件装入时需要解决可执行文件中地址 ( 指令和数

据) 和内存地址的对应问题。这是由操作系统中的装入程序 Loader来完成的，如图4.2所示。源程序 0 逻辑地址空间 物理地址空间 1000 Lo ad A d at al

Lo ad A d at al

100

Lo ad A d at al BA= 1 0 0 0 地址 映射 3456 1200

200

图4.2 地址重定位

…

d at al 3 4 5 6

编译 链接

3456

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1.绝对装入(absolute loading) 在可执行文件中记录内存地址，装入时直接定位 于上述内存地址的方式称为绝对装入(或者称为固定地 址再定位)。 在这种方式下，程序的地址再定位是在执行之前 被确定的，也就是在编译、链接时直接制定程序在执 行时访问的实际存储器地址。这样，程序的地址空间 和内存地址空间是一一对应的。单片机或者单用户系 统常采用这种方式。 固定地址再定位的优点是装入过程简单；缺点是 过于依赖于硬件结构，不适合多道程序系统。

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2.可重定位装入(relocatable loading) 可重定位装入方式是指在可执行文件中，列出各个需 要重定位的地址单元和相对地址值，装入时再根据所定位 的内存地址去修改每个重定位地址项，添加相应的偏移量。 一个有相对地址空间的程序装入到物理地址空间时，

由于两个空间不一致，就需要进行地址变换，或称地址映射，即地址的再定位。 地址再定位有两种方式：静态再定位和动态再定位。

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1) 静态再定位 静态再定位是指当程序执 行时，由装入程序运行重定位程 序，根据作业在内存重分配的起 始地址，将可执行的目标代码装0

静态重定位示意图0 5 000 5 100 LOAD 1,5 500 500 12 345 5 500 700 程序 A的地址空间 5 700 程序 A的存储空间 12 345

100

LOAD 1,500

入到指定内存中。所谓静态，是指地址定位完成后，在程序的执 行期间将不会再发生变化。静态 再定位是在程序执行之前进行地 址再定位的，这一工作通常是由 装配程序完成的。

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静态地址再定位的优点是：无需硬件地址变化机 构支持，容易实现；无需硬件支持，它只要求程序本 身是可再定位的；它只对那些要修改的地址部分做出 某种标识，再由专门设计的程序来完成。在早期的操 作系统中大多数都采用这种方法。 静态地址再定位的缺点是：必须给作业分配一个 连续的存储区域，该存储区不能分布在内存的不同区 域；在作业的执行期间不能扩充存储空间，也不能在

内存中移动，因而不能重新分配内存，不利于内存的有效利用；多个用户很难共享内存中的同一程序，如 若共享同一程序，则各用户必须使用自己的副本。

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2) 动态再定位动态地址再定位是在程序执行期间，在每次存储 访问之前进行的。程序在装入内存时，并不修改程序 的逻辑地址值，而是在访问物理内存之前，再实时地 将逻辑地址转换成物理地址。在这种情况下，其实现 机制要依赖硬件地址变换机构，即通过基地址寄存器 BR、变址寄存器VR计算出指令的有效地址，再利用硬 件机构实现地址变换，如图4.3所示。

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0 100

逻辑地址空间

BR 1000 VR 200

物理地址空间

0 1100

…

LOAD -A 200

LOAD -A 200

…

…

…

200

3456

3456

1200

……

…

300

1300

图4.3 动态地址再定位的原理

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从图4.3 中可以看出：当程序开始执行时，系统将程 序在内存的起始地址送入 BR中。执行指令时，系统将逻 辑地址与BR中的起始地址相加，从而得到物理地址。 动态地址再定位的优点是：程序在执行期间可以换 入和换出内存，这样可以缓解内存紧张的矛盾；可以把

内存中的碎片集中起来，以充分利用空间；不必给程序分配连续的内存空间，可以较好地利用较小的内存块； 若干用户可以共享同一程序。 动态地址再定位的缺点：需要附加的硬件支持， 而且实现存储管理的软件算法比较复杂。

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3.动态运行期装入 动态运行期装入(dynamic run-time loading) 是指在 可执行文件中记录虚拟内存地址，在装入和执行时通 过硬件地址变换机构完成虚拟地址到实际内存地址的 变换。 动态运行期装入的优点是：操作系统可以 …… 此处隐藏：1654字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……