四川大学操作系统原理、操作系统课件 存储器管理（2）.ppt

计算机系统存储层次示意 讲在前面－存储管理的方案 分区存储管理 段式存储管理 页式存储管理 段页式存储管理 交换和覆盖技术 讲在前面－存储管理目的 操作系统的“方便”性 便于用户装入程序，无须了解底层细节 可实现动态的存储空间伸缩，适应不同程序的需要 操作系统的“合理”性 合理分配内存空间，保证多道程序的顺利运行 合理保护内存空间，防止各种可能的破坏泄漏 操作系统的“有效性” 有效保持内存空间的可用性，防止对资源的浪费 有效实现“小空间大容量”，提高计算机的适应性 有效配合CPU的调度过程，实现系统运行的稳定 讲在前面－存储管理目的 内存的管理、分配与回收 空间的使用情况记录—位图、分配表、分区表 空间的分配与回收—定长与不定长、静态与动态 地址重定位（地址映射） 物理地址与逻辑地址的差别 实模式与保护模式 共享与保护 内存共享：进程与线程、中间件应用 内存保护：如何防止地址越界或操作越权？ 内存的扩充 虚拟存储：如何使用小内存空间来运行大的程序？ 6.1.2 程序的准备执行 相关知识回顾 进程创建 高级调度（作业调度） 程序的执行过程 编译：源代码形成（多个）目标模块 链接：链接相关库函数，形成装入模块 装入：装入内存 运行 对换的引入 所有可运行的进程必须小于内存空间 当进程处于阻塞或就绪时交换到磁盘 进程在运行过程中将多次进出内存 存储保护 上、下界存储保护： 上、下界保护是一种简单的存储保护技术。 系统可为每个作业设置一对上、下界寄存器，分别用来存放当前运行作业在内存空间的上、下边界地址，用它们来限制用户程序的活动范围。 基址—限长存储保护： 上、下界保护的一个变种是采用基址-限长存储保护。 6.2.1 单一连续分配 最简单的管理方式（只有分配与回收） 操作系统和用户程序共享RAM 除了嵌入式系统外，其他的计算机不再使用这种方式 6.2.2 固定分区分配 早期支持多道程序的管理方式 将用户可使用内存区划分为固定大小，根据作业长度分配内存 支持多道程序的大型机使用，目前几乎不再使用 6.2.2 固定分区分配 有n个分区，则可同时装入n个作业/任务。 分区大小： 相等 不相等，利用率较高 内存分配： 数据结构 将分区按大小排序，并将其地址、分配标识作记录 特点： 简单 有碎片（内零头） 6.2.3 可变分区分配 要点 在运行的过程中建立分区 使分区的大小刚好与作业的大小相等。 空闲分区的组织方式 分配的三种情况 分配算法 回收方法 6.2.3 可变分区分配 分配方法举例 首次适应法 最佳适应法 最坏适应法 不同分配算法的对比 6.2.3 可变分区分配-回收 关于内存空间的分配与回收 如何定义内存管理的数据结构？ 如何设计内存管理的基本算法？ 关于内存空间的共享和保护 你能够想象到哪些硬件保护机制？ 你能够想象到哪些软件保护机制？ 关于内存空间的扩充 你能够想象到哪些可以运行大程序的方法？ 关于内存管理面临的性能问题 有哪些性能参数？如何保证内存管理的性能？ 课堂练习：可变分区分配 已知主存有256KB容量，其中os占用低址20KB，可以有这样的一个作业序列：作业1要求 80KB；作业2要求16KB；作业3要求140KB；作业1完成；作业3完成；作业4要求 80KB；作业5要求120KB。试用首次适应算法和最佳适应算法分别处理上述作业序列(在存储分配时，从空白区高址处分割作为已分配区)，并完成以下各步： (1) 画出作业1、2、3进入主存后，主存的分配情况。 (2) 作业1、3完成后，画出主存分配情况。 (3) 画出两种算法中空白区的分区描述器信息(假定分区描述器所需占用的字节数已包含在作业所要求的主存容量中)及空白区链接情况。 (4) 哪种算法对该作业序列而言是适合的？ 6.3 分页式存储管理 分页存储管理基本思想 用户程序划分 把用户程序按逻辑页划分成大小相等的部分，称为页（page） 。从0开始编制页号，页内地址是相对于0编址。 逻辑地址 用户程序的划分是由系统自动完成的，对用户是透明的。 通常，一页的大小为2的整数次幂，因此，地址的高位部分为页号，低位部分为页内地址 分页存储管理基本思想 内存空间 按页的大小划分为大小相等的区域，称为块或内存块（物理页面，页框） 内存分配 以页为单位进行分配，并按作业的页数多少来分配。逻辑上相邻的页，物理上不一定相邻 页地址映射 页表 页大小的选择 页地址映射 分页存储管理中的信息保护 快表和联想存储器 两级页表和多级页表 页表内容 页表包含以下几个表项： 页号：登记程序地址空间的页号。 块号：登记相应的页所对应的内存块号 其它：登记与存储信息保护有关的信息。 页面与页表 页面 页面和物理块：逻辑空间和内存空间 由机器的地址结构决定 页太大，页内碎片