操作系統(tǒng)存儲(chǔ)管理.ppt

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1、第三章存儲(chǔ)管理3.1存儲(chǔ)概述3.2分區(qū)存儲(chǔ)管理3.3段式存儲(chǔ)管理3.4頁式存儲(chǔ)管理3.5段頁式存儲(chǔ)管理3.6覆蓋和交換技術(shù)3.7虛擬存儲(chǔ)存儲(chǔ)管理是指存儲(chǔ)器資源（主要指內(nèi)存并涉及外存）的管理重要資源“瓶頸”：關(guān)鍵、緊張帕金森定律內(nèi)存多大，程序多長操作系統(tǒng)3.1存儲(chǔ)概述3.1.1存儲(chǔ)組織3.1.2存儲(chǔ)管理的目的3.1.3存儲(chǔ)管理的功能3.1.4重定位3.1.5鏈接操作系統(tǒng)3.1.1存儲(chǔ)組織存儲(chǔ)器的功能是保存數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器的發(fā)展方向是高速、大容量和小體積內(nèi)存在訪問速度方面的發(fā)展：DRAM、SDRAM、SRAM等；硬盤技術(shù)在大容量方面的發(fā)展：接口標(biāo)準(zhǔn)、存儲(chǔ)密度等；存儲(chǔ)組織是指在存

2、儲(chǔ)技術(shù)和CPU尋址技術(shù)許可的范圍內(nèi)組織合理的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)其依據(jù)是訪問速度匹配關(guān)系、容量要求和價(jià)格?！凹拇嫫?內(nèi)存-外存”結(jié)構(gòu)“寄存器-緩存-內(nèi)存-外存”結(jié)構(gòu)；操作系統(tǒng)微機(jī)中的存儲(chǔ)層次組織快速緩存：DataCacheTLB(TranslationLookasideBuffer)內(nèi)存：DRAM,SDRAM等；外存：軟盤、硬盤、光盤、磁帶等；訪問速度越慢，容量越大，價(jià)格越便宜；最佳狀態(tài)應(yīng)是各層次的存儲(chǔ)器都處于均衡的繁忙狀態(tài)（如：緩存命中率正好使主存讀寫保持繁忙）；操作系統(tǒng)3.1.2存儲(chǔ)管理的目的充分利用內(nèi)存，為多道程序并發(fā)執(zhí)行提供存儲(chǔ)基礎(chǔ)盡可能方便用戶使用自動(dòng)裝入用戶程序用戶程序

3、中不必考慮硬件細(xì)節(jié)系統(tǒng)能夠解決程序空間比實(shí)際內(nèi)存空間大的問題程序在執(zhí)行時(shí)可以動(dòng)態(tài)伸縮內(nèi)存存取速度快存儲(chǔ)保護(hù)與安全共享與通信了解有關(guān)資源的使用狀況實(shí)現(xiàn)的性能和代價(jià)操作系統(tǒng)3.1.3存儲(chǔ)管理的功能（1）存儲(chǔ)分配和回收：分配和回收算法及相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)存的使用情況——設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)存分配表，（內(nèi)存分配回收的依據(jù)）內(nèi)存空間劃分問題？靜態(tài)或動(dòng)態(tài)，等長或不等長操作系統(tǒng)3.1.3存儲(chǔ)管理的功能（2）存儲(chǔ)共享：兩或多個(gè)進(jìn)程共用內(nèi)存中相同區(qū)域目的：節(jié)省內(nèi)存空間，提高內(nèi)存利用率實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信（數(shù)據(jù)共享）共享內(nèi)容：代碼共享，要求代碼為純代碼數(shù)據(jù)共享存儲(chǔ)保護(hù)設(shè)置地址空間訪問權(quán)限（讀、寫、執(zhí)行）

4、，避免各道程序間相互干擾通常由硬件完成保護(hù)功能，由軟件輔助實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)存儲(chǔ)保護(hù)的過程防止地址越界當(dāng)程序要訪問某個(gè)內(nèi)存單元時(shí)，由硬件檢查是否允許，如果允許則執(zhí)行，否則產(chǎn)生地址越界中斷，由操作系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理一般由硬件提供一對(duì)寄存器：基址寄存器：存放起始地址限長寄存器：存放長度防止操作越權(quán)即讀寫保護(hù)代碼段只讀，數(shù)據(jù)段可讀和寫操作系統(tǒng)3.1.3存儲(chǔ)管理的功能（3）內(nèi)存擴(kuò)充：用戶在編制程序時(shí)，不應(yīng)該受內(nèi)存容量限制，所以要采用一定技術(shù)來“擴(kuò)充”內(nèi)存的容量，使用戶得到比實(shí)際內(nèi)存容量大的多的內(nèi)存空間具體實(shí)現(xiàn)是在硬件支持下，軟硬件相互協(xié)作，將內(nèi)存和外存結(jié)合起來統(tǒng)一使用實(shí)現(xiàn)技術(shù)由應(yīng)用程序

5、控制：覆蓋；由OS控制：交換（整個(gè)進(jìn)程空間），虛擬存儲(chǔ)的請(qǐng)求調(diào)入和預(yù)調(diào)入（部分進(jìn)程空間）操作系統(tǒng)3.1.3存儲(chǔ)管理的功能（4）地址變換：（又稱地址重定位、地址映射）可執(zhí)行文件生成中的鏈接技術(shù)程序加載(裝入)時(shí)的重定位技術(shù)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)硬件和軟件的地址變換技術(shù)和機(jī)構(gòu)邏輯地址（相對(duì)地址，虛地址）物理地址（絕對(duì)地址，實(shí)地址）地址映射操作系統(tǒng)3.1.4重定位（地址映射）重定位：在可執(zhí)行文件裝入時(shí)需要解決可執(zhí)行文件中地址（指令和數(shù)據(jù)）和內(nèi)存地址的對(duì)應(yīng)。由操作系統(tǒng)中的裝入程序loader來完成程序在成為進(jìn)程前的準(zhǔn)備工作編輯：形成源文件(符號(hào)地址)編譯：形成目標(biāo)模塊(模塊內(nèi)符號(hào)地址解析)

6、鏈接：由多個(gè)目標(biāo)模塊或程序庫生成可執(zhí)行文件(模塊間符號(hào)地址解析)裝入：構(gòu)造PCB，形成進(jìn)程(使用物理地址)重定位方法：絕對(duì)裝入可重定位裝入動(dòng)態(tài)裝入操作系統(tǒng)1.邏輯地址、物理地址和地址映射邏輯地址（相對(duì)地址，虛地址）：用戶的程序經(jīng)過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)于首地址來編址不能用邏輯地址在內(nèi)存中讀取信息物理地址（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地址映射：將用戶程序中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為運(yùn)行時(shí)由機(jī)器直接尋址的物理地址。當(dāng)程序裝入內(nèi)存時(shí),操作系統(tǒng)要為該程序分配一個(gè)合適的內(nèi)存空間，由于程序的

7、邏輯地址與分配到內(nèi)存物理地址不一致，所以要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換操作系統(tǒng)邏輯地址、物理地址和地址映射操作系統(tǒng)地址映射過程操作系統(tǒng)2.絕對(duì)裝入(absoluteloading)優(yōu)點(diǎn)：裝入過程簡單。缺點(diǎn)：過于依賴于硬件結(jié)構(gòu)，不適于多道程序系統(tǒng)。在可執(zhí)行文件中記錄內(nèi)存地址，裝入時(shí)直接定位在上述(即文件中記錄的地址)內(nèi)存地址。操作系統(tǒng)3.可重定位裝入(relocatableloading)優(yōu)點(diǎn)：不需硬件支持，可以裝入有限多道程序（如MSDOS中的TSR）。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