计算机操作系统第四章存储管理.ppt

第四章 存储管理 4.1 引言 4.2 存储管理的功能 4.3 实存管理 4.4虚拟存储器管理 4.5 碎片与抖动问题 4.1 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 硬盘技术在大容量方面的发展 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； 微机中的存储层次组织： 访问速度越慢，容量越大，价格越便宜； 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； 4.2 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。 地址变换： 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机构 存储共享和保护： 代码和数据共享 地址空间访问权限（读、写、执行） 存储器扩充：存储器的逻辑组织和物理组织； 4.2.1 内存的分配与回收 动态存储分配：作业要求的基本内存空间是在目标模块装入内存时分配，但在作业运行过程中，允许作业申请附加的内存空间，或是在内存中移动，即分配工作可以在作业运行前及运行过程中逐步完成。 动态存储分配具有较大灵活性，内存利用率高。 4.2.2 地址重定位 重定位：把逻辑地址(编写程序时使用的地址)转变为内存的物理地址的过程,由操作系统中的装入程序loader来完成。 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。 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。 2. 地址重定位 优点：不需硬件支持，可以装入有限多道程序 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，内存利用率低。 优点： OS不要求将程序装入连续的内存空间，可以将一个程序分散存放于不连续的内存空间，内存中程序可以移动，有利于实现共享。 部分地装入程序 ，也便于作业共享同一程序副本。 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。 4.2.3 存储保护 在多道程序设计环境中，要保证各道程序只能在自己的存储区中活动，不能对别的程序产生干扰和破坏，不能破坏操作系统的内存区。 由于存储保护检查是针对每个存储访问操作进行的，必须由相应的处理器硬件机构支持。 存储保护的目的： 保护系统程序区不被用户侵犯（有意或无意的） 不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数据（系统区地址空间，其他用户程序的地址空间） 普遍采用的硬件界限寄存器保护法： （1）上、下界存储保护：是一种简单的存储保护技术。系统为每一个作业设置一对上、下界寄存器，分别用来存放当前运行作业在内存空间的上、下边界地址，来限制用户程序的活动范围。 （2）基址—限长存储保护：系统为每个作业设一个基址寄存器和一个限长寄存器，基址寄存器存放该作业在内存的首址，限长寄存器存放该作业的长度。 对于存储保护除了防止越界外，还可对某一区域指定专门的保护。常见的对某一区域的保护方式有四种： （1）禁止做任何操作 （2）只执行 （3）只读 （4） 读/写 4.2.4 虚拟存储器 内存不够用的矛盾。 作业全部装入内存造成浪费。 程序执行具有局部性规律。 在程序装入时，不必将其全部读入到内存，而只需将当前需要执行的部分页或段读入到内存，就可让程序开始执行。 在程序执行过程中，如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存（称为缺页或缺段），则由处理器通知操作系统将相应的页或段调入到内存，然后继续执行程序。 另一方面，操作系统将内存中暂时不使用的页或段调出保存在外存上，从而腾出空间存放将要装入的程序以及将要调入的页或段。只需程序的一部分在内存就可执行。 4. 引入虚拟存储技术的好处 大程序：可在较小的可用内存中执行较大的用户程序； 大的用户空间：提供给用户可用的虚拟内存空间通常大于物理内存(real memory) 并发：可在内存中容纳更多程序并发执行； 易于开发：不必影响编程时的程序结构 4.3 实