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第5章内存的管理1
* 关于同步互斥 焦点一:资源 焦点二:执行顺序 互斥:1、2都有要求,同步对2有要求 * Load r1 m1,将m1的读取出,放入r1 Store r1 m1,将r1的数据写入m1 第5章 内存管理 * 内存管理基础-存储的层次结构 存储层次结构 * 寄存器 数据需求 缓存 内存 外存 CPU读取数据顺序 ① * 寄存器:是存储容量有限的高速存储部件。 特点 位于CPU内。 寄存器以名字标识, 没有地址编号。 作用 可用来暂存指令、数据和地址 分类 通用寄存器 指令指针寄存器 标志寄存器 段寄存器 * 内存 特点 外存 特点 * 高速缓存 作用:弥补了CPU和内存速度上的差异。 分类 (1)L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存,分为数据缓存和指令缓存。 由静态RAM组成 容量不大 CPU管芯面积不能太大,一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32KB~256KB。 * (2)L2 Cache(二级缓存) 结构:内部、外部两种芯片组成。 内部的芯片二级缓存运行速度与CPU主频相同 外部的二级缓存运行速度是CPU主频的一半 L2高速缓存容量也会影响CPU的性能,原则是越大越好 (3)L3 Cache(三级缓存) 分类 外置(早期) 内置(现在) 作用:进一步降低内存延迟,同时提升大数据量计算时CPU的性能。 * 高速缓存与内存速度的对比 * 三级存储结构:高速缓存、内存和外存 为什么采用该结构 降低成本 处理器与存储设备速度平衡问题 处理器的发展: 摩尔定律,即每 18 个月处理器的速度增加一倍。 存储设备发展 速度、容量 * * 5.1存储管理的功能 虚拟存储器 地址变换 内外存数据传输的控制 内存的分配与回收 内存信息的共享与保护 * 5.1.1虚拟存储技术 虚拟存储技术 使用户程序的大小和结构不受主存容量和结构的限制,即使在用户程序比实际主存容量还要大的情况下,程序也能正确运行。 5.1.2地址变换-基础概念 程序名空间 源程序中的各种符号名的集合所限定的空间称为程序名空间。 例: C语言中,指针变量在程序中使用符号表示 * * 逻辑地址 经编译后,源程序中的各种符号地址转换成实际地址码(0起始) 。 例:C语言中,指针变量的值(操作)就是逻辑地址。 逻辑地址空间 程序地址的集合称为逻辑地址空间。 物理地址 把内存分成若干个大小相等的存储单元,每个单元给一个编号,这个编号称为内存地址(物理地址、绝对地址、实地址),存储单元占8位,称作字节(byte)。 物理地址空间 物理地址的集合称为物理地址空间(主存地址空间)。 * * 地址重定位 定义:将逻辑地址空间中使用的逻辑地址变换成内存中的物理地址的过程。 源程序 编译链接 逻辑地址空间 地址重定位 物理地址空间 (物理存储单元 的地址编码) (程序中 的符号) (程序中的 实际地址码) 地址重定位类型 静态地址映射 动态地址映射 * * 静态地址映射 静态地址映射是在程序执行之前由专门的重定位程序完成地址映射 地址重定位表达式: 物理地址=程序起始物理地址+逻辑地址 优点:实现简单,不要硬件的支持。 缺点: 程序分配的内存空间必须为连续空间,程序在执行过程中不能移动; 用户必须事先确定所需要的存储量; 程序和数据难以共享,造成内存空间的浪费。 * 程序执行之前由专门的重定位程序完成地址映射 * 动态地址映射 动态地址映射是在程序执行时由系统硬件逐条指令地完成从逻辑地址到物理地址的转换的。 动态地址重定位机构由基地址寄存器BR和逻辑地址(虚地址)寄存器VR组成。 内存物理地址MA与逻辑地址的转换关系为: MA=(BR)+(VR) * 指令LOAD A 500中的500为逻辑地址,在执行指令 LOAD A 500时,动态重定位。 右图中只是加载到内存,并未执行。 * 5.1.3内外存数据传输的控制 覆盖技术(见5.3) 交换技术(见5.3) * 5.1.4内存的分配与回收 内存的分配和回收 按照一定的算法把某一空闲的内存分配给进程,并在进程结束时回收该进程占用的内存。 * 保证用户程序(或进程映象)在各自的存储区域内操作,互不干扰(保护),同时又可以共享系统的资源。 存储保护的目的有两个: 保护系统程序区(不被用户读写)。 不允许用户程序读写不属于自己内存空间的数据(不同用户程序互不干扰)。 5.1.5内存信息的共享及保护 上下界寄存器保护法 下界寄存器:存放程序装入内存后的开始地址 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 * * 基址+限长寄存器保护法 基址寄存器=下界寄存器(首地址) 限长寄存器:存放程序长度 基址+限长=上界寄存器(末地址) 判别式: 基址寄存器≤
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