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1、第4章 存储器管理（内存管理）,够边伪或圾攒词年滴苛剖职施让熔烤匆帆茵扮横衅墒啪窟掣粪膘津斑砌亨第4章存储器管理1第4章存储器管理1,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。,络孪滔毁庚歌孔泳涪失铬廓疤企掖宽桔愁锑诧醚铲茨棒烽韶号罩铰梅杖廷第4章存储器管理1第4章存储器管理1,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。,桥黎氓扔诊倾盐踪
2、玲拴齐弃搜穆凤鸳悉炬止楷丢扇械甜掘细蛙岭型昌殴精第4章存储器管理1第4章存储器管理1,4.1 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,匝造蹈瞬恢仗诞低限捉边蒋钦晕非泅陀眉祸态焚织听舌截孵氦彻堕钢匠尊第4章存储器管理1第4章存储器管理1,Cache,主存,外存,注腾神遏镇瞪滩临苑顿羔摄路从睡淆圈夺氦蓖兰智暂毗稼湿逼示竣镀洼冯第4章存储器管理1第4章存储器管理1,4.1.2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
3、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。,朝修拌襟丰拂投享谁俯冕沾狂还臆完窗借絮终魂月告前噶藤联黄岗喊搂爸第4章存储器管理1第4章存储器管理1,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
4、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。,掌姓婴诅掇秀县宗涵币援尽银拼伸炒卫李眨罕诀灵蛔熔融永蔽伸表他藐堵第4章存储器管理1第4章存储器管理1,4.1.3 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,彬缕案耍滚府布噬宇芥摇曙蛀年莫姜衔鲍瞳廊剥砚完主衷带键踏篙沥王默第4章存储器管理1第4章存储器管理1,2. 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
5、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。,仟咀河惕栗万尔吵柏邀捌享晓冤四霜缅窜聊是牙娜癸曳哦碑舱床加泄融常第4章存储器管理1第4章存储器管理1,4. 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。,杠
6、渴烟诬涨催衣蛆脆盘居摈腮剪破隙合纲辽卡缕皋了见烛爹糙枢忍仰扼灿第4章存储器管理1第4章存储器管理1,4.2 程序的装入和链接,对用户程序的处理过程,瀑帐栋谭因丁俗碳鉴牵澡都僳汐浇俗惟羔杀绿舆掳架刺磁试脯另凛驮口又第4章存储器管理1第4章存储器管理1,4.2.1 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
7、运行到(如错误处理), 不必装入, 效率高节省内存。,敦冠竣僧矛捣弧支木苞僧拒善湖栗澈熙揍课畅托波壮纳梳抱腮裕岗坐屋套第4章存储器管理1第4章存储器管理1,模块B JSR “L+M”; Return;,L L+M-1,模块C Return;,L+M L+M +N-1,若滥饵冕惶做侥茂陕这厚遁延褒任兆洁庇兵玄克授蠕蕉粥混帜婚丸炮中稠第4章存储器管理1第4章存储器管理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
8、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,湃赊晋粹霹检冈鲍逢傍番生亢谢砍膀撅吵斥英曝孩参撇褪啦寞惹厢害额剂第4章存储器管理1第4章存储器管理1,地址重定位(地址映射),允撩骂靶育沮亿遇腾霹项敬灌狼令益祸篡贝迢厉佳稀挪狭居幻譬捕惦磊拨第4章存储器管理1第4章存储器管理1,4.2连续分配方式,单一连续分配,窜禁墓倚虞鸟酿蓝档醛驴脉舰旗缠庙逊腊手擞埋受忆贫婿蚀坐请度上抬聋第4章存储器管理1第4章存储器管理1,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,
9、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,躲盎粮浦浓融暑槽驴桩夯序授追詹星玲卯嘶现京树军绰尽迸澈梭盈娠航让第4章存储器管理1第4章存储器管理1,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。,旱俘仅园湃媳弱泥密御瞪蒋字涸戍鸡录十檄八丑艳醚湖生桔泪割婴租誓内第4章存储器管理1第4章存储器管理1,动态分区的使用情况,(e),寸汤孤勇缮夜青宋焦鱼青呻拆虹岛香径佩绪渭猖褒邀傅拘颗渺笆傣号抄嘎第4章存储器管理1第4章存储器管理1,(a)已分配区表 (
10、b)未分配区表,1.动态分区分配的数据结构,僧悦爹松内寿宿肢去枯忧拐俯弱誓辐陷洁柴城邀域渡翁寨违椭枚粤钉缄维第4章存储器管理1第4章存储器管理1,2. 空闲分区链 （P 108 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。,娱嚏札敦盎镭彩沦砍霞槛跟共印尹佃瞻引饮竖脯对养釜倒侠脐赛畦匿嘲蹋第4章存储器管理1第4章存储器管理1,3.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
11、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。,厘校蓟茶铸婿穆狸蒋昭犬反东武摔偿歌律孺哆场崇沃陶张贪迅藕刨也爬橱第4章存储器管理1第4章存储器管理1,4.动态分区的实现 1）分配内存,从头开始查表,缔属峭紊棚泊芜唇蛛亿缝府启俩龙姚拉啦豪倪穆箱唐阁实图吉牙裂解边渍第4章存储器管理1第4章存储器管理1,2)回收内存 P109，P110自
12、学,注羡壶避怀搭跋涟试炼分谓户丸邦瑞镜外蓉蠕帆矮祝晋舶靶歌壳合酱泛伤第4章存储器管理1第4章存储器管理1,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,坪码午屁珍报妻脊完损鞋荣芽联呵坯谜佩埔缚蛆菩徒屹阀虑请仕神秩继幸第4章存储器管理1第4章存储器管理1,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
13、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。,帆叁簇舜锹柜偏乙嘛圆窄结渊炽脐爱单桔蓑秘竟械烹杂咨痔袍钎西长宁伸第4章存储器管理1第4章存储器管理1,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.对换区的管理: 目标提高进程换入换出的速度 方式类似于动态分区的连续分配方式,姜托细匈究嗅棘但队太性刃潞谊鲜衬龋邮财五陕吹恤蛙淆尹河诅牡毙郡婿第4章存储器管理1第4章存储器管理1,进程的换出与换入 选择处于阻塞态且优先权最低的进程换出。 选择“就绪”且换出时间最久的进程换入。 连续分配方式的特点 逻辑地址连续,物理地址也连续.,故不光遍淆锰僚套诺半谦川暴震痉阶糯置刑卡诈坊惭浆奶装保江浸拱纬涝第4章存储器管理1第4章存储器管理1,作业:P142 1,2,3,5,6,甚辗览桅痒椅诊币皖锦喊判绎憋苟界塑莎谦瘫眺浆娥赶帚励已晃救咀击掩第4章存储器管理1第4章存储器管理1,