操作系統(tǒng)第4章 存儲管理ppt課件.ppt

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1、第4章存儲管理計算機系統(tǒng)存儲器可分為兩類：一類是主存儲器(PrimaryStorage，簡稱主存或內(nèi)存)，另外一類是輔助存儲器(SecondaryStorage，簡稱輔存或外存)，外存是內(nèi)存的擴充。CPU直接存取內(nèi)存中的指令和數(shù)據(jù)，內(nèi)存的訪問速度快，但容量??；外存不與CPU直接交互，它只是用來存放暫時不執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，但可以啟動相應(yīng)的I/O設(shè)備進行內(nèi)、外存的信息交換，其訪問速度慢，但容量大。顯然，存儲器是計算機系統(tǒng)的重要資源之一，對存儲器的有效管理是現(xiàn)代操作系統(tǒng)一個非常重要的問題。本章要點：存儲管理的任務(wù)和功能；連續(xù)存儲管理方式；分頁存儲管理方式；分段存儲管理方式；虛擬存儲管理；

2、4.1存儲管理概述如何使得計算機系統(tǒng)有足夠的存儲空間、更快的存取速度，如何提高存儲器的利用率，這是存儲管理的任務(wù)和功能。在早期的單用戶操作系統(tǒng)中，一次只允許調(diào)入一個用戶進程到內(nèi)存中運行，存儲管理的任務(wù)很簡單，就是負責存儲區(qū)的分配與回收。隨著操作系統(tǒng)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代操作系統(tǒng)的任務(wù)和功能發(fā)生了很大的變化，已經(jīng)擴充到以下幾個方面：對主存空間的分配與回收、地址重定位、存儲器的擴充、存儲共享與保護。4.1.1虛擬存儲為了更好地理解存儲管理的功能，在此首先引入在存儲管理中使用到的虛擬存儲器的概念及存儲管理相關(guān)技術(shù)。1．虛擬存儲器虛擬存儲器是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)存儲管理中的核心概念。由于內(nèi)存的訪問速度

3、快，但容量小，且內(nèi)存價格昂貴，所以不可能用大容量的內(nèi)存存儲所有被訪問的或不被訪問的程序與數(shù)據(jù)段。而外存盡管訪問速度較慢，但價格便宜，適合存放大量程序和數(shù)據(jù)。實踐證明，在一個作業(yè)或進程的執(zhí)行過程中，其大部分程序和數(shù)據(jù)并不經(jīng)常被訪問。這樣，存儲管理系統(tǒng)把作業(yè)或進程中那些不經(jīng)常被訪問的程序段和數(shù)據(jù)放入外存中，待需要訪問它們時再將它們調(diào)入內(nèi)存。那么，對于那些一部分數(shù)據(jù)和程序段在內(nèi)存而另外一部分則在外存的進程，怎樣安排它們的地址呢?通常由用戶編寫的源程序，首先要由編譯程序編譯成CPU可執(zhí)行的目標代碼。然后，鏈接程序把一個進程的不同程序段鏈接起來以完成所要求的功能。顯然，對于不同的程序段，應(yīng)具

4、有不同的地址。有兩種方法安排這些編譯后的目標代碼的地址。一種方法是按照物理存儲器中的位置賦予實際物理地址（本章即將介紹的連續(xù)存儲管理就屬于這種方法）。這種方法的好處是CPU執(zhí)行目標代碼時的執(zhí)行速度高。但是，由于物理存儲器的容量限制，能裝入內(nèi)存并發(fā)執(zhí)行的進程數(shù)將會大大減少，對于某些較大的進程來說，當其所需求的總內(nèi)存容量超過內(nèi)存所能分配的最大容量時將會無法執(zhí)行。另外，由于編譯程序必須知道內(nèi)存的當前空閑部分及其地址，并且把一個進程的不同程序段連續(xù)地存放起來，因此編譯程序?qū)⒎浅?fù)雜。另一種方法是編譯鏈接程序把用戶源程序編譯后鏈接到一個以0地址為始地址的線性或多維虛擬地址空間（本章即將介紹的

5、動態(tài)分頁管理和分段管理應(yīng)用到這種方法）。這里，鏈接既可以是在程序執(zhí)行以前由鏈接程序完成的靜態(tài)鏈接，也可以是在程序執(zhí)行過程中由于需要而進行的動態(tài)鏈接。而且，每一個進程都擁有這樣一個空間(當然，這個空間可能是一維的，也可能是多維的，這由存儲管理方式?jīng)Q定)。每個指令或數(shù)據(jù)單元都在這個虛擬空間中擁有確定的地址，通常，把這個地址稱為虛擬地址(VirtualAddress，VA)。顯然，進程在該空間的地址排列可以是非連續(xù)的，其中從虛擬地址到實際內(nèi)存地址的地址由硬件提供的變換機構(gòu)自動完成。由源程序到實際存放該程序指令或數(shù)據(jù)的實際內(nèi)存地址的變換如圖4-1所示。圖4-1地址變換簡單示意圖用戶源程序存

6、儲的虛地址實際內(nèi)存地址編譯鏈接地址變換通常將進程中的目標代碼和數(shù)據(jù)等的虛擬地址組成的虛擬空間稱為虛擬存儲器(VirtualStoreorVirtualMemory)。虛擬存儲器不考慮物理存儲器的大小和信息存放的實際位置，只規(guī)定每個進程中互相關(guān)連的信息的相對位置。與實際物理存儲器只有一個(單機系統(tǒng)中)，且被所有進程共享不一樣，每個進程都擁有自己的虛擬存儲器，且虛擬存儲器的容量是由計算機的地址結(jié)構(gòu)和尋址方式確定的。2．覆蓋技術(shù)所謂“覆蓋”(Overlay)就是一個進程的若干個程序段，或幾個進程的某些部分共享同一內(nèi)存空間。覆蓋技術(shù)的基本思想是把內(nèi)存的同一區(qū)域分配給一道程序的若干個子程序或

7、數(shù)據(jù)段。開始時只有程序的一部分裝入內(nèi)存，在其執(zhí)行過程中根據(jù)請求，動態(tài)地把其他部分裝入到該程序原來占用的存儲區(qū)域中，覆蓋先前裝入的程序部分。覆蓋技術(shù)通過覆蓋結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，覆蓋結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，在圖中，程序A大小為120KB，程序B大小為32KB，程序C大小為16KB，在內(nèi)存中，首先為程序A開辟120KB的內(nèi)存空間，然后為程序B和程序C再開辟32KB的空間即可，這是由于在運行時，程序B不調(diào)用程序C，而程序C也不調(diào)用程序B。在DOS操作系統(tǒng)中，命令解釋程序的暫駐部分就是與用