操作系统基础04讲述.ppt

4.1.1? 存储器的层次结构 多级存储器结构： 4.1.2? 存储器管理的功能 一、地址变换 二、内存分配和回收 三、内存共享和保护 四、内存扩充 用高级语言编程时，要定义变量、函数，程序中有函数调用，有转向等，都是以它们的名字进行的，程序员在一个“名字空间”驾御自己的程序。通常把程序员用的地址空间为名空间。 源程序必须经过编译才能执行。程序将被安排成一个从地址0开始的地址空间。这就成为可以执行的目标程序，并存入一个以.exe结尾的文件中。（编译程序不知道以后操作系统将把程序装入何处，只好从0地址开始编址。 ） 目标程序中指令地址都是相对0编址的，使用的是相对地址、逻辑地址。可以执行并不意味着就能执行，还必须由操作系统调入内存才能执行。通常把编译程序形成的从0开始编址的地址空间称为作业的地址空间。(每个可执行程序都有一个自己的地址空间。) 2.重定位（地址映射） 含义：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称为地址重定位 原因：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 重定位方式：分为静态重定位和动态重定位 (1)?静态地址重定位 在装入一个作业时，把作业中的指令地址全部转换为绝对地址（地址转换工作是在作业执行前集中一次完成的）在作业执行过程中就无须再进行地址转换工作 （2）动态地址重定位 在程序执行过程中，在CPU访问内存之前,将要访问的程序或数据地址转换成内存地址. 动态重定位依靠硬件地址变换机构完成 4.1.2 存储管理功能 一、地址变换 二、内存分配和回收 三、内存共享和保护 四、内存扩充 二、内存分配和回收 4.1.2 存储管理功能 一、地址变换 二、内存分配和回收 三、内存共享和保护 四、内存扩充 三、内存共享和保护 内存共享是为了更有效利用内存 内存保护是为了保证在内存中的多道程序只能在给定的存储区域内活动并互不产生干扰。 包括： 防止地址越界 防止越权(对共享区有访问权) 常用内存保护方法 下界寄存器 存放程序装入内存后的开始地址（首址） 上界寄存器 存放程序装入内存后的末地址 判别式：下界寄存器 ≤ 物理地址 ＜上界寄存器 4.1.2 存储管理功能 一、地址变换 二、内存分配和回收 三、内存共享和保护 四、内存扩充 四、内存扩充（虚拟存储） 通过操作系统利用程序执行的局部性，在内存和外存之间通过不断交换信息，构成一个容量超过内存物理容量的由外存和内存共同组成的虚拟存储器。 要实现内存扩充，在程序执行过程中，内存和外存之间必须经常地交换数据。最基本的控制数据流动的方式有：①用户程序自己控制方式，典型的例子是覆盖。②操作系统控制方式，又可进一步分为： 交换方式、请调方式、预调入方式。 引言：存储器管理方式 1 连续分配方式：指为一个系统或用户程序分配一个连续的空间，主要有： 单一连续区管理方式 分区管理方式：通常可分为固定分区方式和可变分区方式 2 离散分配方式：为了减少因连续分配所产生的碎片，提高内存的利用率产生了离散分配方式，它可将一个用户程序离散地分配到内存中的多个不相连接的区域中。其方式有： 分页存储管理方式 分段存储管理方式 段页式存储管理方式 虚拟存储管理方式：为了进一步提高内存利用率，又形成了一种虚拟存储管理方式。其方式有： 请求分页管理方式 请求分段管理方式 请求段页式管理方式 实现思想 1、地址转换：静态重定位 硬件支持：界限寄存器，内容为当前可供用户使用的内存区域的起始地址。 绝对地址 = 逻辑地址 + 界限寄存器值 2、存储保护 作业执行时，CPU对每条指令中的绝对地址进行检查。 若 界限地址≤绝对地址≤内存最大地址则可执行，否则有地址错误，形成“地址越界” 中断 限定作业在规定的内存区内执行，避免破坏操作系统的信息，达到“存储保护”的目的。 4.2.2 固定分区分配 基本思想 把内存中可分配的用户区预先划分成若干个连续区，每个连续区的大小可以相同，也可以不同（等长或不等长分区）。 分区个数固定，每个分区的大小固定 一个分区中装入一个作业，作业在执行过程中不会改变存放区域 适用于多道程序设计系统 4.2.3 动态分区分配 碎片问题 由于空闲区的大小与申请内存的大小相等的情况是很少的，绝大多数情况是从一个空闲区中切去一块，剩下的部分作为一个空闲区仍留在空闲区表中，随着时间的推移，空闲区的发展趋势是越来越小，直至不能满足任何用户要求。 这种不能被任何用户使用的极小的空闲区称为碎片。碎片的出现造成了存储空间的浪费。 碎片问题的解决 合并（见分区回收） 移动(紧凑) 通