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基于Linux 的操作系统教程 Operating System Course based on Linux 第五章 ：存储器管理 章节目标： 1：掌握存储管理的功能及几个概念 2：掌握分区式存储管理的原理 3：掌握分页式存储管理的原理 4：掌握分段式存储管理的原理 5：掌握Linux的存储管理的原理 5.1：存储管理的功能及几个概念 存储管理的功能 逻辑地址与物理地址 静态重定位 动态重定位 存储管理的功能 存储分配：找出足够的空闲区域分配给申请者，并负责回收程序使用完毕后释放的的内存区域。 地址变换：实现程序逻辑地址到物理地址的变换。 存储保护：防止用户程序的错误破坏系统程序，以及防止各程序之间的相互干扰和破坏问题。 存储扩充：利用存储管理软件为用户提供一个比实际内存大得多的存储空间，即所谓的虚拟存储技术。 逻辑地址与物理地址 逻辑地址：在用户作业的程序中，指令和数据的地址是相对于起始地址为零的地址，这个相对于某个基准量（通常以零作为基准量）编址时所使用的地址，称为逻辑地址，也称为相对地址。 物理地址：指存储控制部件能够识别的主存单元编号（即存储器字节单元地址），也就是主存单元的实际地址。物理地址也称为绝对地址。 静态重定位 地址重定位：根据程序装入的物理地址的起始地址，对指令要访问的地址进行逻辑地址到物理地址的变换，即地址映射，这个地址映射的过程称为地址重定位。 静态重定位：在程序装入后且在运行之前，一次就将其中需要修改的逻辑地址修改为物理地址。 静态重定位示例 动态重定位 概念：动态重定位是指在程序装入内存时，并不修改程序中的逻辑地址项，而是照原样装入，只是在执行到含有逻辑地址的指令时，才根据其中的相对地址以及装入起始位置的绝对地址而获得其绝对地址，然后依此绝对地址去访问内存单元。也就是说，动态重定位的时机不是在程序执行之前，而是在每次访问内存单元之前才进行地址变换。 动态重定位示例 5.2: 分区存储管理方式 单一连续分区 固定式分区 可变分区 单一连续分区 单一连续区分配将内存划分为两个区域，即系统区和用户区，作业进入内存的用户区后，用户区剩余的空闲部分一般无法使用。 单一连续分区的分配与释放算法 固定式分区 基本原理：在程序未装入运行之前，即将用户程序区划分为若干分区。一旦划分好，在系统运行期间不再划分。因而又称为静态分区。内存中分区的大小可划分为相同或不同，但是，一般应将内存的用户程序区域划分为大小不同的分区，这样做的目的是能够适应欲处理的作业的不同规模。 固定式分区示例 可变式分区 基本原理：在作业的处理过程中建立的分区，且分区大小可随作业或进程对内存的要求而改变。 可变式分区示例 可变式分区存储管理所用的基本数据结构 可变式分区分配算法 可变式分区释放算法 可变式分区中的存储保护与重定位 保护：界地址法 重定位：动态重定位 5.3: 页式存储管理方式 基本原理 地址变换 内存分配算法 内存共享与保护 页式方式基本原理 基本原理：在分页存储管理方式中，将主存分成地址连续的、大小相等的、位置固定的许多区域，每个区域称为一块。与此相对应，作业的逻辑地址空间划分为连续的大小相等的片断，称之为页。页的大小与块的大小完全相同。一个作业若有n个页，那么就为它分配n个块，每页装入一块 页式存储管理内存分配示例 页式存储管理中的地址变换 作业的逻辑地址 ：一维地址，可以解释为页号P和页内偏移W两部分。 页表：指出逻辑地址中页号与主存中块号的对应关系。一般包括页号与块号。 地址变换：通过页表实现动态重定位。 页式存储管理地址变换示例 快表 页式方式存储分配算法 页式方式存储共享与保护 5.4: 段式存储管理方式 基本原理 地址变换 段式方式基本原理 段的概念：具有完整的逻辑意义的程序的单位。 基本原理：在分段存储管理中，内存分配的单位是段。每段分配一个连续的内存区域，而各段之间可以分配不连续的内存区域。 段式方式的地址变换 段表：每个作业一张，基本内容包括段号、段长和段的内存起始地址。 地址变换：利用段表实现动态重定位。 段式方式地址变换示例 5.5: Linux中的存储器管理 80386的保护模式与地址变换 Linux中的存储器管理 80386的保护模式与地址变换 保护模式：在保护模式下，区分特权级，有分段、分页机制。 地址变换：保护模式同时使用了分段机制和分页机制这两级地址变换机制来实现地址变换。第一级使用分段机制，第二级使用分页机制。 地址变换示意 Linux中的存储管理 特点：采取的是分页存储管理方式，它采用的是“按需调页”的虚拟存储管理算法。 Linux中的页表 与内存管理相关的数据结构