《存儲(chǔ)器管理》ppt課件

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1、第3章存儲(chǔ)器管理主講：周文強(qiáng)課程：操作系統(tǒng)本章內(nèi)容：3.1存儲(chǔ)器管理概述3.2單一連續(xù)分配管理方式3.3分區(qū)存儲(chǔ)管理方式3.4覆蓋技術(shù)與對(duì)換技術(shù)3.1存儲(chǔ)管理概論★存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要資源之一，存儲(chǔ)管理直接影響系統(tǒng)性能。因?yàn)槿魏纬绦蚝蛿?shù)據(jù)以及各種控制用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都必須占用一定的存儲(chǔ)空間★存儲(chǔ)器由內(nèi)存和外存組成?！飪?nèi)存：也稱(chēng)主存，是CPU能直接存取指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器分類(lèi)內(nèi)存硬盤(pán)緩存的引入用于解決主存訪問(wèn)速度與CPU處理速度不相匹配的一種部件（由集成于CPU芯片中的專(zhuān)門(mén)的高速存取電路實(shí)現(xiàn)）?；蛴糜诮鉀Q輔存訪問(wèn)速度與CPU處理速度不相匹配的一

2、種部件（由主存的一部分實(shí)現(xiàn)）。需要解決緩存內(nèi)容與原內(nèi)容不一致的問(wèn)題CPU內(nèi)存I/O系統(tǒng)外設(shè)內(nèi)存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位內(nèi)存的在系統(tǒng)中的地位高速緩存器內(nèi)存外存存儲(chǔ)器容量減少每位存儲(chǔ)器成本增加存儲(chǔ)器存取速度加快存儲(chǔ)器存取時(shí)間減少程序和數(shù)據(jù)可以被CPU直接存取程序和數(shù)據(jù)必須先移到內(nèi)存，才能被CPU訪問(wèn)三級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)3.1.1存儲(chǔ)體系存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)管理是操作系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要資源——主存儲(chǔ)器主要內(nèi)容包括：主存儲(chǔ)空間的分配和去配地址轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)保護(hù)主存儲(chǔ)空間共享主存儲(chǔ)空間擴(kuò)充存儲(chǔ)管理主要針對(duì)主存儲(chǔ)器中用戶(hù)區(qū)域進(jìn)行管理，同時(shí)，也包括對(duì)輔存儲(chǔ)

3、器的管理。操作系統(tǒng)核心用戶(hù)區(qū)域3.1.2存儲(chǔ)器管理的主要功能內(nèi)存的分配和回收（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）地址變換邏輯地址→物理地址轉(zhuǎn)換方式：靜態(tài)重定位，程序（作業(yè)）裝入時(shí)實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換的一次完成動(dòng)態(tài)重定位，（必須借助硬件實(shí)現(xiàn)），CPU訪問(wèn)程序指令和數(shù)據(jù)之前實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換內(nèi)存的共享主存儲(chǔ)器資源的共享某一主存區(qū)域的共享內(nèi)存的保護(hù)防止操作系統(tǒng)和各用戶(hù)程序在主存儲(chǔ)器中各存儲(chǔ)區(qū)域訪問(wèn)時(shí)相互干擾保護(hù)操作系統(tǒng)占有的主存區(qū)保護(hù)各程序的私有主存區(qū)保護(hù)可供多個(gè)程序訪問(wèn)的主存共享區(qū)內(nèi)存的擴(kuò)充3.1.3地址變換為使程序正確執(zhí)行。一個(gè)程序裝入內(nèi)存，要進(jìn)行邏輯地址到物理地址的重定位，實(shí)現(xiàn)從邏輯

4、地址到物理地址的變換，重定位可分為靜態(tài)重定位和動(dòng)態(tài)重定位。1.邏輯地址邏輯地址（相對(duì)地址，虛地址）：用戶(hù)的程序經(jīng)過(guò)匯編或編譯后形成目標(biāo)代碼，目標(biāo)代碼通常采用相對(duì)地址的形式。其首地址為0，其余指令中的地址都相對(duì)于首地址來(lái)編址。不能用邏輯地址在內(nèi)存中讀取信息。2.物理地址物理地址（絕對(duì)地址，實(shí)地址）：內(nèi)存中存儲(chǔ)單元的地址。物理地址可直接尋址。3.地址變換地址變換：將虛擬空間中已鏈接和劃分好的內(nèi)容裝入內(nèi)存，并將虛擬地址映射為內(nèi)存地址的問(wèn)題。稱(chēng)之為地址重定位或地址映射。實(shí)現(xiàn)地址映射的方式（對(duì)可執(zhí)行程序）：靜態(tài)重定位動(dòng)態(tài)重定位靜態(tài)重定位在可執(zhí)行文件中，列出各

5、個(gè)需要重定位的地址單元和相對(duì)地址值。當(dāng)用戶(hù)程序被裝入內(nèi)存時(shí)，一次性實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，以后不再轉(zhuǎn)換（一般在裝入內(nèi)存時(shí)由軟件完成）。即：裝入時(shí)根據(jù)所定位的內(nèi)存地址去修改每個(gè)重定位地址項(xiàng)，添加相應(yīng)偏移量。評(píng)價(jià):優(yōu)點(diǎn)：不需硬件支持，可以裝入有限多道程序缺點(diǎn)：一個(gè)程序通常需要占用連續(xù)的內(nèi)存空間，程序裝入內(nèi)存后不能移動(dòng)。不易實(shí)現(xiàn)共享。說(shuō)明：重定位表中列出所有修改的位置。如：重定位表的150表示相對(duì)地址150處的內(nèi)容為相對(duì)地址(即100為從0起頭的相對(duì)位置)。在裝入時(shí)，要依據(jù)重定位后的起頭位置(2000)修改相對(duì)地址。重定位修改：重定位表中的150-

6、>絕對(duì)地址2150(=2000+150)內(nèi)容修改：內(nèi)容100變成2100(=100+2000))。動(dòng)態(tài)重定位動(dòng)態(tài)重定位是在程序執(zhí)行時(shí)由系統(tǒng)硬件完成從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換的。動(dòng)態(tài)重定位是由硬件地執(zhí)行時(shí)完成的，程序中不執(zhí)行的程序就不做地址映射的工作，這樣節(jié)省了CPU的時(shí)間。重定位寄存器的內(nèi)容由操作系統(tǒng)用特權(quán)指令來(lái)設(shè)置，比較靈活。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地址映射必須有硬件的支持，并有一定的執(zhí)行時(shí)間延遲?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中都采用動(dòng)態(tài)地址映射技術(shù)。動(dòng)態(tài)重定位優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：OS可以將一個(gè)程序分散存放于不連續(xù)的內(nèi)存空間，可以移動(dòng)程序，有利用實(shí)現(xiàn)共享。能夠支持程序執(zhí)行中產(chǎn)生的地址

7、引用，如指針變量（而不僅是生成可執(zhí)行文件時(shí)的地址引用）。缺點(diǎn)需要硬件支持（通常是CPU），OS實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。它是虛擬存儲(chǔ)的基礎(chǔ)。3.1.4各種存儲(chǔ)管理方式對(duì)內(nèi)存的存儲(chǔ)管理方式，根據(jù)是否把作業(yè)全部裝入，全部裝入后是否分配到一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)域，可以分為如下幾種管理方式：最早出現(xiàn)的一種存儲(chǔ)管理方式。在主存中僅駐留一道程序，整個(gè)用戶(hù)區(qū)為一用戶(hù)獨(dú)占。當(dāng)用戶(hù)作業(yè)空間大于用戶(hù)區(qū)時(shí)，該作業(yè)不能裝入。這種分配方式僅能用于單用戶(hù)、單任務(wù)的操作系統(tǒng)中，不能用于多用戶(hù)系統(tǒng)和單用戶(hù)多任務(wù)系統(tǒng)中。3.2單一連續(xù)分配管理方式3.2.1基本原理在單用戶(hù)連續(xù)存儲(chǔ)管理方式下，內(nèi)存中僅駐

8、留一道程序，整個(gè)用戶(hù)區(qū)被一用戶(hù)獨(dú)占。1、1、當(dāng)用戶(hù)作業(yè)空間大于用戶(hù)區(qū)時(shí)，該作業(yè)不能裝入。2、當(dāng)用戶(hù)作業(yè)空間小于用戶(hù)區(qū)時(shí)，剩