第4章+存储器管理+(1).ppt

第4章存储器管理（内存管理）,美国数学家冯诺依曼提出著名的“存储程序控制原理”，CPU不断地从存储器中取出指令和需要的数据，执行指令，并把数据保存到存储器中。,存储器是计算机系统的重要资源,虽然存储器的容量迅速增加,但软件的需求也同样在急剧膨胀,存储器仍然是紧俏资源；虽然存储器的访问速度不断增加，仍然存在着与CPU速度不匹配的矛盾。存储器管理是操作系统的最重要部分。,4.1概述4.1.1存储体系,高速缓存Cache：数百K到数M字节、非常快速、昂贵、易丢失内存RAM：数百M到数G字节、中等速度、中等价格、易丢失磁盘：数G到数百G字节、低速、价廉、断电仍保存,Cache,主存,外存,4.1.2内存的几个基本概念内存空间:是由存储单元(字节或字)组成的连续的地址空间;内存空间用来存放当前正在运行程序的代码及数据,是程序计数器所指的存储器。对内存的要求:能直接存取,访问速度尽量快,应与CPU取指速度相匹配；足够大,能装下保证当前正常运行的程序和数据,否则CPU执行速度就会受到内存速度和容量的影响而得不到充分发挥。内存可以分为：系统区：用于存放操作系统用户区：用于装入并存放用户程序和数据。,物理地址和逻辑地址：物理地址指内存单元的地址，也叫绝对地址或实地址；逻辑地址是在程序中使用的地址，从0开始编址,逻辑地址也叫相对地址，虚地址。地址映射（地址变换）：逻辑地址不能直接访问内存单元，必须转换成物理地址，这一转换过程称为地址映射。,4.1.3存储管理的内容,1.内存空间的管理(分配与回收)记录内存的使用情况（内存分配回收的依据）确定分配算法,实施内存分配回收内存分配方式:静态与动态,2.存储共享内存共享：两个或多个进程共用内存中相同区域目的：节省内存空间,提高内存利用率；实现进程通信(数据共享)共享内容：代码数据3.存储保护与安全为多个程序共享内存提供保障,使内存中的各道程序只能访问它自己的区域,避免各道程序间相互干扰,特别是当一道程序发生错误时,不致于影响其他程序的运行。通常由硬件完成保护功能,由软件辅助实现。,4.内存“扩充”通过虚拟存储技术实现用户在编写程序时，不应该考虑内存的容量，所以要采用一定技术来“扩充”内存的容量，使用户能够使用比实际内存容量大的多的内存空间。5.程序的装入创建进程的第一件事,就是将程序和数据装入内存。,4.2程序的装入和链接,对用户程序的处理过程,4.2.1程序的链接,链接的具体工作：(1)对相对地址进行修改(2)变换外部调用符号程序的链接方式静态链接方式:装入前进行链接,将所有模块的相对地址链接起来,形成整个程序的连续的逻辑地址。装入时动态链接:边装入、边链接,各模块独立分开装入内存的不同位置,便于修改,便于共享。运行时动态链接:边运行、边装入,有些模块往往不会运行到(如错误处理),不必装入,效率高节省内存。,模块BJSR“L+M”;Return;,LL+M-1,模块CReturn;,L+ML+M+N-1,绝对装入方式：编译产生的是绝对地址,按此绝对地址装入程序和数据。逻辑地址与物理地址完全相同，不需要任何地址映射。可重定位装入方式：根据内存当前的情况，把装入模块装入到合适位置。地址变换在装入时完成，以后不再改变，叫做静态重定位。动态运行时装入方式：程序运行过程中,在内存中的位置可以改变,因此边运行,边装入，叫做动态重定位。地址变换在运行阶段完成。,4.2.2程序的装入,地址重定位(地址映射),4.2连续分配方式,单一连续分配,固定分区分配系统把内存用户区划分为若干分区,分区大小可以相等,也可以不等。一个进程占据一个分区。,操作系统,分区1,分区2,分区3,分区4,动态分区分配内存不是预先划分好的，而是当作业装入时，根据作业的需求和内存空间的使用情况来决定是否分配。若有足够的空间，则按需要分割一部分分区给该进程；否则令其等待。,动态分区的使用情况,(e),(a)已分配区表(b)未分配区表,1.动态分区分配的数据结构,2.空闲分区链（P108图4-5）将描述分区分配情况的信息附加在分区中。具体地说，是放在每个分区的首尾两个字中。描述信息包括：(1)状态信息:“0”表示该区空闲,“1”表示已分配。(2)该区的大小(以字或块为单位)。(3)指针信息:构成空闲区链。,3.分区分配算法首次适应算法FF:空闲分区按地址排序，找到第一个满足请求的分区,将其分割并分配。特点：简单、快速循环首次适配算法RFF:上次找到的空闲区的下一个找起，若最后一个分区还不满足，返回到头部继续找。特点：空闲分区分布均匀，查找空闲分区更快。最佳适配算法BF(Best-Fit):空闲分区按大小排序，找到第一个满足请求的空闲分区。特点:用最小的空间满足要求。,4.动态分区的实现1）分配内存,从头开始查表,2)回收内存P109，P110自学,可重定位分区分配随着分区不断地分配和回收，内存中会出现许多“碎片”。为了利用这些碎片，可采用“紧凑”的技术把许多分散的小分区（即碎片）拼接成一个可被利用的大分区。这意味着进程在内存中的位置进行了移动（浮动），必须对程序和数据的进行重定位（进行新的地址变换）。,物理地址,重定位寄存器中的地址,+,相对地址,对换当内存空间紧张时,系统将内存中某些进程暂时移到外存,把外存中某些进程换进内存,使用前者所占用的区域。对换技术是提高内存利用率的有效措施，自60年代初期出现以来，现在已被广泛应用于操作系统中。,对换的单位进程对换页面对换(置换)对换空间的管理1.外存的划分:文件区和对换区2.对换区的管