第五章存储管理2008.ppt

第五章 存储管理 5.1 存储管理功能 5.2 分区存储管理 5.3 覆盖和交换技术 5.4 页式管理 5.5 段式与段页式管理 5.6 局部性原理和抖动问题 其中，分区、页式和段式管理是三大存储管理方式 5.1 存储管理的主要功能 存储管理是指存储器资源（主要指内存并涉及外存）的管理, 功能： 虚拟地址的实现 存储器资源的组织（如内存的组织方式） 内外存数据传输的控制 地址变换（逻辑地址与物理地址的对应关系维护） 内存的分配与释放算法 虚拟存储的调度算法 内存数据的保护与共享 存储管理的主要目标 充分利用内存，为多道程序并发执行提供存储基础 尽可能方便用户使用、自动装入用户程序、用户程序中不必考虑硬件细节 系统能够解决程序空间比实际内存空间大的问题 程序在执行时可以动态伸缩 内存存取速度快，存储保护与安全 共享与通信，了解有关资源的使用状况 5.1.1 存储组织 存储器的功能是保存数据，存储器的发展方向是高速、大容量和小体积。 内存在访问速度方面的发展：DRAM、SDRAM、SRAM等； 硬盘技术在大容量方面的发展：接口标准、存储密度等； 存储组织是指在存储技术和CPU寻址技术许可的范围内组织合理的存储结构。 其依据是访问速度匹配关系、容量要求和价格。 “寄存器-内存-外存”结构 “寄存器-缓存-内存-外存”结构； 存储层次结构 快速缓存： Data Cache TLB(Translation Lookaside Buffer) 内存：DRAM, SDRAM等； 外存：软盘、硬盘、光盘、磁带等； 5.1.2 存储管理的功能 存储分配和回收： 分配和回收算法及相应的数据结构：通过建表、查表、改表和回收登录内存使用情况，系统或用户申请内存时按选定分配算法确定分区等. 地址变换：逻辑地址向物理地址的变换 可执行文件生成中的链接技术 程序加载(装入)时的重定位技术 进程运行时硬件和软件的地址变换技术和机构 5.1.2 存储管理的功能（续） 存储共享和保护 各道作业只在自巳所属区域中运行，不破坏别的作业以及不被破坏、代码和数据共享、地址空间访问权限（读、写、执行） 5.1.2 存储管理的功能（续） 存储器扩充（虚拟存储技术）： 使用虛存或自动复盖技朮提供比实际内存更大的空间 存储器的逻辑组织和物理组织； 由应用程序控制：覆盖； 由OS控制：交换（整个进程空间），虚拟存储的请求调入和预调入（部分进程空间） 5.1.3 重定位方法（地址变换） 为什么要重定位？ 定义 如何重定位？ 方式： 1. 逻辑地址、物理地址和地址映射 逻辑地址（相对地址，虚地址）：用户的程序经过汇编或编译后形成目标代码，目标代码通常采用相对地址的形式。 其首地址为0，其余指令中的地址都相对于首地址来编址。 不能用逻辑地址在内存中读取信息。 物理地址（绝对地址，实地址）：内存中存储单元的地址。物理地址可直接寻址。 1. 逻辑地址、物理地址和地址映射 地址映射：将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序分配一个合适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址进行的，所以要进行地址转换。 地址变换图 虚拟空间划分（大小由CPU字长决定） 2、重定位 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。由操作系统中的装入程序loader来完成。 程序在成为进程前的准备工作 编辑、编译、链接、装入 重定位方法： 绝对装入 可重定位装入 动态装入 （1）绝对装入(absolute loading) 优点：装入过程简单，如.COM。 缺点：过于依赖于硬件结构，不适于多道程序系统。 3. 可重定位装入(relocatable loading)--静态地址重定位 优点：不需硬件支持，可以装入有限多道程序（如MS DOS中的TSR）。 缺点：一个程序通常需要占用连续的内存空间，程序装入内存后不能移动，不易实现共享。 4. 动态装入(dynamic run-time loading)－动态地址重定位 4. 动态装入(dynamic run-time loading)－动态地址重定位 优点： OS可以将一个程序分散存放于不连续的内存空间，可以移动程序，有利用实现共享（只要改变BR中地内容，便可将程序定位在新地内存空间中。） 能够支持程序执行中产生的地址引用，如指针变量（而不仅是生成可执行文件时的地址引用）。 缺点：需要硬件支持（通常是CPU），OS实现较复杂。它是虚拟存储的基础。 5.1.4 链接 链接方法 链接举例 链接方法 1. 静态链接(static-linking) 5.1.5 内存信息的共享与保护 原则：共享的信息可以