[工学]计算机操作系统 第五章 存储器管理1.ppt

5.1 概述(一) 存储器的层次结构 1. 存储器的层次结构 在现代计算机系统中，存储器是信息外理的来源与归宿，占据重要位置。但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法同时从速度与容量两方面，满足用户的需求。实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。 （二） 存储管理的目的 1)主存的分配和管理：当用户需要内存时,系统为之分配相应的存储空间；不需要时，及时回收，以供其它用户使用。 2)提高主存储器的利用率：不仅能使多道程序动态地共享主存，提高主存利用率，最好还能共享主存中某个区域的信息。 3)“扩充”主存容量：为用户提供比主存物理空间大得多的地址空间，以至使用户感觉他的作业是在这样一个大的存储器中运行。 4)存储保护：确保多道程序都在各自分配到存储区域内操作，互不干扰，防止一道程序破坏其它作业或系统文件的信息。 （三） 基本概念 1.定位（存储分配）：为具体的程序和数据等分配存储单元或存储区。 2.映射：把逻辑地址转换为相应的物理地址的过程。 3.隔离：按存取权限把合法区与非法区分隔，实现存储保护。 4.名空间 程序员在程序中定义的标识符 程序符号集合 由程序员自定义 没有地址的概念 5.地址空间 程序用来访问信息所用地址单元的集合 逻辑（相对）地址的集合 由编译程序生成 6.存储空间 主存中物理单元的集合 物理（绝对）地址的集合 由装配程序等生成 7.逻辑地址与物理地址 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而编址。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，可直接寻址 8.存储共享 内存共享：两个或多个进程共用内存中相同区域 目的：节省内存空间，提高内存利用率 如 实现进程通信（数据共享） 共享内容： 代码共享（要求代码为纯代码） 数据共享 9.存储保护与安全 为多个程序共享内存提供保障,使在内存中的各道程序, 只能访问它自己的区域，避免各道程序间相互干拢，特别是当一道程序发生错误时, 不致于影响其他程序的运行。通常由硬件完成保护功能，由软件辅助实现。（特权指令不能完成存储保护） 1) 存储保护 2) 保护过程---防止地址越界 1) 存储保护 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） 2) 保护过程---防止地址越界 每个进程都有自己独立的进程空间，如果一个进程在运行时所产生的地址在其地址空间之外，则发生地址越界。即当程序要访问某个内存单元时，由硬件检查是否允许，如果允许则执行，否则产生地址越界中断，由操作系统进行相应处理。 10.内存“扩充” 通过虚拟存储技术实现 ,用户在编制程序时，不应该受内存容量限制，所以要采用一定技术来“扩充”内存的容量，使用户得到比实际内存容量大的多的内存空间 具体实现是在硬件支持下，软硬件相互协作，将内存和外存结合起来统一使用。通过这种方法把内存扩充，使用户在编制程序时不受内存限制 2. 可重定位装入方式 5.3 连续分配存储管理 5.3.1 单用户存储管理 工作流程 单一连续区分配采用静态分配和静态重定位方式，亦即作业或进程一旦进入主存，就一直等到它运行结束后才能释放主存。如图所示的主存分配与回收法。并且由装入程序检查其绝对地址是否超越，即可达到保护系统的目的。 单用户系统缺点 1. 分区分配中的数据结构 2. 分区分配操作 3.空闲分区链表 4.分配算法 按空闲块链接的方式不同，可以有以下四种算法： 最佳适应法 最坏适应法 首次适应法 循环首次适应法（下次适应法） 5.3.4 可重定位分区分配 3. 动态重定位分区分配算法 多重分区分配作业Ａ、Ｂ分别被分成两个片段放进互不相连的存储区域中。由两个变址寄存器实现控制。 6.分区的保护 为了防止一作业有意或无意地破坏操作系统或其它作业。一般说来，没有硬件支持，实现有效的存储保护是困难的。通常采取： 界限寄存器方式 保护键方式 系统择取两种措施，或二者兼而有之。 3)保护键方式为每个分区分配一个单独的保护键,相当于一把锁;为每个进程分配一个相应的保护键,相当于一把钥匙; 内存回收时的情况 2) 回收内存 为了实现动态分配，系统设立空闲分区链表：每个空闲块的前后两个单元，放置必要的说明信息和指针。系统只要设立一个链首指针，指向第一个空闲块即可。