操作系统存储器管理.ppt

存储器（Memory） 定义 能接收数据、保存数据、而且能根据命令提供这些数据的装置 存储器的分类 内存储器（简称内存、主存、物理存储器） 处理机能直接访问的存储器，用来存放系统和用户的程序和数据 特点：存取速度快，存储方式是以新换旧，断电则信息丢失 外存储器（简称外存、辅助存储器） 处理机不能直接访问的存储器。 用来存放用户的各种信息，存取速度相对内存而言要慢得多，但它可用来长期保存用户信息。如磁盘、光盘 系统存储器的配置 由内、外存储器组成 程序的指令和数据只有存放在CPU能直接访问的内存中，这个程序或这个程序的部分才能够被执行 系统存储器的配置 内存组织 物理内存由系统实际提供，由字节组成，容量受实际存储单元的限制 逻辑内存也称虚拟内存，它把内存和外存统一进行管理，它的容量受计算机地址的位数和辅存容量限制 内存的使用（二部分） 系统区 即系统程序使用的区域 主要存放操作系统、一些标准子程序、例行程序和系统数据等 用户区 用于装入并存放用户程序和数据 存储管理 定义 存储管理是针对内存的 主存是CPU直接存取指令和数据的设备，是系统程序和用户程序共享的重要系统资源 目标 尽量方便用户 充分发挥内存的利用率 存储管理 功能 存储空间的地址转换 程序语言的符号地址空间到进程的物理地址空间的转换 存储空间的分配和释放 负责分配和回收内存 为管理主存而设置相应的组织机制，记录主存的状态信息、已分配、未分配块、分配策略等 主存空间的扩充 提供虚拟存储、程序覆盖技术 目的是扩展运行大型程序的能力 存储共享和保护 保护系统程序和各用户程序的运行不受干扰 存储空间的地址变换 相关概念 程序地址 用户在程序中使用的是符号名，编译系统在产生的目标程序中使用的地址是相对于程序开始设置的，称为逻辑地址（或相对地址、虚地址） 以0为基址顺序编址 程序地址空间（逻辑地址空间、虚地址空间） 用户的程序地址的集合称为逻辑地址空间，它的编址总是从0开始的 可以是一维线性空间，也可以是多维空间 存储空间的地址变换 相关概念 物理地址(绝对地址) 可执行程序在计算机中运行时使用的是内存的物理地址 地址转换（地址重定位，地址映射） 由程序的逻辑地址空间到运行时真正使用的物理地址空间的转换叫“地址转换” 地址转换也称程序的地址重定位、地址映射 地址重定位 定义 将一个作业从它的逻辑地址变换成它要装入的、或要重定位的主存地址的过程称之为 “地址重定位”（地址映射） 在多道程序系统中，为了方便用户的使用，对于每个作业的主存空间可以看成是由地址0开始的连续的地址空间，称之为逻辑地址空间 然而作业运行在主存内，需要进行地址的转换 方式 静态重定位 动态重定位 地址重定位 静态重定位 是指在作业执行之前进行的重定位 是在目标程序装入指定内存区的时候，由装配程序在程序执行之前一次完成逻辑地址至物理地址的转换，以后地址不再改变 地址转换工作主要靠重定位装入程序来完成 特点 实现简单，不需要专门的硬件支持 缺点 程序一经定位后就不能再在主存中移动，不能重新分配内存，不利于内存的有效利用； 要求作业分配连续的主存空间，主存资源利用率低； 不同用户难于共享主存中的同一程序 地址重定位 动态重定位 指在程序执行过程中进行的重定位 在目标程序执行中，每当形成一个访问内存的有效地址时，就动态进行地址变换 由于每形成一条指令都需变换，所以需要硬件支持 如基地址寄存器和限长寄存器等，以加快地址变换 地址转换工作通过硬件的地址变换机构实现 设置一个重定位寄存器（RR），用来存放装入主存空间时的起始地址 作业访问主存空间的地址是由逻辑地址与重定位寄存器的地址来确定 地址重定位 动态重定位 特点 目标程序无需改动就可直接装入内存，程序代码移动只要改动基地址寄存器即可实现，有利于解决内存管理出现的中碎块问题 多个相对独立的目标模块，可以分别装入互不相邻的内存区域。有利于程序分段，充分利用内存空间。这样便于内存的充分利用和资源的共享 对程序中不执行的部分，不做地址映射工作，节省了CPU的时间 缺点 需要附加硬件的支持，增加了系统的开销 存储空间的分配和释放 在计算机中，无论是程序（系统、用户）、数据还是文件，必须装入主存才能进行处理 系统通过空间分配管理表，记录系统中可用的空间及占用的空间状态，来管理内存的分配和释放 处理过程 应用程序提出空间申请 若有足够内存，则装入程序执行；否则，等待或显示内存空间不足 程序执行完毕，提出回收申请，系统回收内存 存储空间的分配和释放 存储分配方式 直接分配 在源程序中直接使用主存的物理地址 对用户要求高、使用不方便、易出错，早期计算机系统中使用，如直接读写屏幕缓冲区 静态分配 在作业装入前，由程序一次性说明作业所包含的地址空间，确定后在整个程序执行