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第四章 存储器管理 4.1 存储器的层次结构 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 4.1.1 多层存储器结构 4.1.2 主存储器和寄存器 1.主存储器 主存地址 所有的存储单元都按顺序排列，每个单元都有一个编号，单元的编号称为“单元地址”。 地址编号也用二进制数，通过地址编号寻找在存储器中的数据单元称为“寻址”。 2.寄存器：存放CPU执行时的数据和指令 3.高速缓存：存储cpu经常使用的指令和数据 4.磁盘缓存：主存的空间，存放频繁使用的部分磁盘上的数据 4.2 程序的装入和链接 程序在成为进程前的准备工作 编辑：形成源文件(符号地址) 编译：形成目标模块(模块内符号地址解析) 链接：由多个目标模块或程序库生成可执行文件(模块间符号地址解析) 装入：构造PCB，形成进程(使用物理地址) 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。 4.2.1 程序的装入 1.绝对装入方式 在程序运行前，按照程序的逻辑地址，将程序和数据装入内存指定的地方。程序的内存地址由逻辑地址决定。 优点：装入过程简单。 缺点：过于依赖于硬件结构，不适于多道程序系统。 2.可重定位装入方式 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。 装入内存时，一次性实现逻辑地址到物理地址的转换，以后不再转换（一般在装入内存时由软件完成）。 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。 3.动态运行时装入方式 把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。 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，有利于实现共享。 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。 4.2.2 程序的链接 1. 静态链接(static-linking) 在生成可执行文件时进行。在目标模块中记录符号地址(symbolic address)，在可执行文件中改写为指令直接使用的数字地址。 2.装入时动态链接 在目标模块装入到内存时边装入边链接。 装入时动态链接方式有以下优点： (1) 便于修改和更新。 (2) 便于实现对目标模块的共享 3. 运行时动态链接 在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由OS去找到该模块并将之装入内存， 把它链接到调用者模块上。 各种存储管理方案 (1) 分区存储管理 (2) 分页存储管理 (3) 分段存储管理 (4) 段页式存储管理 (5) 交换技术和覆盖技术 (6) 虚拟存储管理 4.3.1 单一连续分配 内存分为两个区域：系统区，用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。 最简单，适用于单用户、单任务的OS。 优点：易于管理。 缺点：对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，很少使用的程序部分也占用内存。 4.3.2 固定分区分配 把内存分为一些大小相等或不等的分区(partition)，每个应用进程占用一个或几个分区。操作系统占用其中一个分区。 1. 划分分区的方法 (1)分区大小相等， 即使所有的内存分区大小相等。 (2) 分区大小不等。 2. 内存分配 优点：易于实现，开销小。 问题： 1、可能存在内碎片和外碎片。 内碎片：占用分区之内未被利用的空间 外碎片：占用分区之间难以利用的空闲分区（通常是小空闲分区）。 内碎片造成浪费 2、分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 可以和覆盖、交换技术配合使用。 课后作业 1.计算机系统中的各种存储器有何用处？ 2.何为相对地址和绝对地址？为何程序装入内存需要进行地址转换？ 3.单一连续区和固定分区各有何特点？ 4.3.3 动态分区(dynamic partitioning) 1. 分区分配中的数据结构 (1) 空闲分区表 (2) 空闲分区链 2. 分区分配算法 (1) 首次适