存储器的层次结构

1、存储器的层次结构存储器的层次结构CPUCacheRAMDISK500GB200MB/S18GB12GB/S512KB8MB400GB/S重定位及其方式重定位及其方式 1 逻辑地址逻辑地址(空间相对地址空间相对地址)符号名字空间符号名字空间 int a,b; a=10;逻辑地址空间逻辑地址空间(编译后目标程序的地址范围编译后目标程序的地址范围)2 存储空间存储空间(绝对地址绝对地址)存储空间存储空间:所有物理存储单元的集合所有物理存储单元的集合/物理地址的集合物理地址的集合源源程程序序目标目标代码代码目标目标代码代码名空间名空间逻辑地址空间逻辑地址空间存储空间存储空间os0000 .1000 1

2、1001102110411061108 . . . .物理内存物理内存OS重定位的概念重定位的概念举例举例:教学计划及其实施教学计划及其实施Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128程序程序A的代码的代码000100102104106108Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128110611061108110811101110逻辑地址逻辑地址重定位分类重定位分类:静态重定位静态重定位Load R1,106Load R1,106Add R1,108Add R1,108Store R1,110Store R1,1102342

3、34128128程序程序A的代码的代码0001001021041061080000 .1000 . .11001102110411061108 . . . .物理内存物理内存OSLoad R1,Load R1,11061106Add R1,Add R1,11081108Store R1,Store R1,11101110234234128128加载时定位加载时定位Load R1,Load R1,11061106Add R1,Add R1,11081108Store R1,Store R1,11101110234234128128静态重定位特点静态重定位特点w 优点优点无需硬件支持无需硬件支持,

4、OS装载时由软件实现装载时由软件实现w 缺点缺点需要分配一个连续的存储空间需要分配一个连续的存储空间用户需要事先确定所程序所需的存储量用户需要事先确定所程序所需的存储量装载后不能在内存中移动装载后不能在内存中移动重定位分类重定位分类:动态重定位动态重定位Load R1,106Load R1,106Add R1,108Add R1,108Store R1,110Store R1,110234234128128程序程序A的代码的代码0001001021041061080000 .1000 . .11001102110411061108 . . . .物理内存物理内存OSLoad R1,Load R

5、1,106106Add R1,Add R1,108108Store R1,Store R1,110110234234128128重定位寄存器重定位寄存器(位于位于CPU中中)+1000动态重定位特点动态重定位特点w 优点优点不要求分配连续的存储空间不要求分配连续的存储空间,可按页或段分配可按页或段分配用户作业可动态申请附加的存储空间用户作业可动态申请附加的存储空间,并可在内存并可在内存中移动中移动有利于程序段的共享有利于程序段的共享w 缺点缺点需要硬件的支持需要硬件的支持实现存储管理的软件算法比较复杂实现存储管理的软件算法比较复杂存储器管理的功能存储器管理的功能w 内存的分配和回收内存的分配和

6、回收记录内存使用情况记录内存使用情况存储的按需分配存储的按需分配存储的回收存储的回收w 内存容量的内存容量的“扩充扩充”w 地址转换地址转换常采用动态重定位常采用动态重定位,需要硬件支持需要硬件支持w 存储保护存储保护为了保护区域内信息不被破坏，必须实现存为了保护区域内信息不被破坏，必须实现存储保护。存储保护的工作必须由硬件和软件储保护。存储保护的工作必须由硬件和软件配合来实现。配合来实现。存储分配方式存储分配方式w 静态分配静态分配采用静态重定位方式采用静态重定位方式装入时确定其在内存中的位置装入时确定其在内存中的位置运行中不能再申请内存运行中不能再申请内存运行中不能在内存中移动运行中不能在

7、内存中移动w 动态分配动态分配采用动态重定位方式采用动态重定位方式装入时确定其在内存中的位置装入时确定其在内存中的位置运行中可申请内存运行中可申请内存可在内存中移动可在内存中移动存储管理中的分配技术存储管理中的分配技术连续分区管理页式管理段式管理段页式管理连续分区管理连续分区管理存储管理存储管理: 连续分配连续分配w 一道作业的全部内容一道作业的全部内容(程序和数据程序和数据)装入到内存的装入到内存的一个连续存储区中一个连续存储区中,作业在执行过程中不会发生作业在执行过程中不会发生内存与外存交换的现象内存与外存交换的现象,作业的容量要受到物理作业的容量要受到物理内存容量的限制。内存容量的限制。

8、w 属于实存管理技术属于实存管理技术w 四种方案四种方案单道连续区管理单道连续区管理多道固定分区管理多道固定分区管理多道可变分区管理多道可变分区管理多道可重定位分区管理多道可重定位分区管理1.单道连续区管理单道连续区管理存储管理:连续分配000020KB100KB256KBOS用户程序用户程序需需80KB存储空间存储空间空闲区空闲区一次只能装入一个作业一次只能装入一个作业2.多道固定分区管理多道固定分区管理存储管理:连续分配000020KB28KB44KB76KB140KB256KBOS分区大小不等分区大小不等分区大小相等分区大小相等000020KB40KB60KB80KB100KB120KB

9、.256KBOS.16KB8KB作业作业1 需需14KB32KB64KB作业作业2 需需60KB116KB2.多道固定分区管理多道固定分区管理(续续)存储管理:连续分配000020KB28KB44KB76KB140KB256KBOS16KB8KB32KB64KB116KB需建立固定分区说明需建立固定分区说明表表分区号分区号起始地址起始地址长度长度状态状态作业名作业名120KB8KB0228KB16KB0344KB32KB0476KB64KB05140KB116KB0作业作业J1 需需14KB1J11J2内零头内零头(碎片碎片)问题问题作业作业J2 需需60KB作业作业J1 14KB作业作业J2

10、 60KB作业作业J1 14KB作业作业J2 60KB物理内存物理内存3.多道可变分区管理多道可变分区管理(概念概念)存储管理:连续分配内存地址内存地址000020KB256KBOSJ1 需需14KBJ2 需需30KB空闲区空闲区已分配区已分配区J3 需需60KB区大小区大小14KB30KB60KB132KBJ4 需需60KB J5 需需20KBJ1 14KBJ2 30KBJ3 60KBJ4 60KBJ5 20KB10KB72KB外零头外零头(碎片碎片)3.多道可变分区管理多道可变分区管理(数据结构数据结构)存储管理:连续分配000020KB256KBOSJ1 需需14KBJ2 需需30KBJ

11、3 需需60KBJ4 需需60KB J5 需需20KB10KB72KB方案一:设置两张存储管理表大大小小位位置置状态状态14K 20K 已分已分空表空表目目60K 64K 已分已分60K 124已分已分20K 34K 已分已分空表空表目目已分分区表已分分区表UBT大大小小位位置置状态状态10K 54K 空闲空闲空表空表目目72K 184空闲空闲空表空表目目空表空表目目空闲分区表空闲分区表FBT3.多道可变分区管理多道可变分区管理(数据结构数据结构)存储管理:连续分配方案二:空闲存储区链1N+2N个字个字(已分区已分区)1N+20N+2向前指针向前指针N个字个字(空闲分区空闲分区)0N+2向后指

12、针向后指针0L+20L+20 M+20 M+20 N+20 N+2Free指针3.多道可变分区管理多道可变分区管理(回收与合并回收与合并)w 回收可能出现的四种情况回收可能出现的四种情况JobB回收区回收区回收区回收区Free1JobA回收区回收区Free2Free2回收区回收区回收区回收区Free1JobB回收区回收区回收区回收区JobA存储管理:连续分配3.多道可变分区管理多道可变分区管理(分配算法分配算法)w 最佳适应算法最佳适应算法总是找最接近作业大小的区分配总是找最接近作业大小的区分配需按分区大小排序需按分区大小排序w 最差适应算法最差适应算法总是找能装下作业的最大的区分配总是找能装

13、下作业的最大的区分配易发生大作业不能装入的情况易发生大作业不能装入的情况w 首次适应算法首次适应算法按分区起始地址排序按分区起始地址排序顺序找到第一个满足要求的分区就分顺序找到第一个满足要求的分区就分w 下次适应算法下次适应算法按分区起始地址排列并构成一个环按分区起始地址排列并构成一个环每次都从上次分配位置向后找到满足要求的分区分配每次都从上次分配位置向后找到满足要求的分区分配存储管理:连续分配4.多道可重定位分区管理多道可重定位分区管理w 避免出现避免出现“内零头内零头”与与“外零头外零头”w 通过移动已分配区收集零头通过移动已分配区收集零头(需要耗费处理资源需要耗费处理资源)w 采用动态重

14、定位方式采用动态重定位方式, 作业在内存中移动后作业在内存中移动后,只只要改动重定位寄存器的值即可要改动重定位寄存器的值即可w 分配算法与可变分区基本相同分配算法与可变分区基本相同,区别在于区别在于“拼接拼接”w 拼接的时机拼接的时机回收时拼接回收时拼接(拼接较频繁拼接较频繁)不能满足分配时拼接不能满足分配时拼接(拼接次数较少拼接次数较少)w 缺点缺点需要硬件支持需要硬件支持耗费处理机时间耗费处理机时间存储管理:连续分配分区的存储保护分区的存储保护w 界限寄存器方式界限寄存器方式处理机中设置上界和下界寄存器处理机中设置上界和下界寄存器,处理机对每一条访处理机对每一条访存指令中的地址与界限寄存器

15、比较存指令中的地址与界限寄存器比较,若不在上若不在上/下界间下界间则产生越界中断则产生越界中断,禁止访问禁止访问。也可用基址也可用基址/限长寄存器方式实现限长寄存器方式实现OSJob80KB168KB80KB168KB上界寄存器上界寄存器下界寄存器下界寄存器PSW分区的存储保护分区的存储保护w 存储保护键存储保护键可实现存可实现存/或取的单独保护或取的单独保护可实现多个用户程序间更好的共享内存可实现多个用户程序间更好的共享内存A块块B块块C块块内存内存0 1 1 0 1存储键 取保护位1 1 0 0 00 1 0 1 10 1 1 0CPU程序状态字PSW虚拟存储器虚拟存储器 虚拟存储器是一种

16、存储管理技术，用以完成用小的虚拟存储器是一种存储管理技术，用以完成用小的内存实现在大的虚拟空间中程序的运行工作。内存实现在大的虚拟空间中程序的运行工作。 为了给大作业用户提供方便为了给大作业用户提供方便,使它们摆脱对主存和使它们摆脱对主存和辅存的分配和管理问题辅存的分配和管理问题,由操作系统把多级存储器统一由操作系统把多级存储器统一管理起来管理起来,实现自动覆盖。实现自动覆盖。 一个大作业在执行时一个大作业在执行时, 其一部分地址空间在主存其一部分地址空间在主存,另另一部分在辅存一部分在辅存.因此因此,从效果来看从效果来看,这样的系统这样的系统,好象用户提好象用户提供了存储容量比实际主存大得多的存储器供了存储容量比实际主存大得多的存储器,人们称这样人们称这样的存储器为虚拟存储器。的存储器为虚拟存储器。 因为这样的存储器实际上并不存在而只是系统增加因为这样的存储器实际上并不存在而只是系统增加自动覆盖功能，给用户造成的一种幻觉自动覆盖功能，给用户造成的一种幻觉,仿