Linux操作系统原理与应用教学作者张玲第1-6章第5章课件.pptVIP

第5章 存 储 管 理 　　　　　　5.1 存储管理概述　　操作系统中用于管理内存空间的模块称为内存管理模块，它负责内存的全部管理工作，具体地说就是要完成4个功能，即存储空间的分配、存储地址的变换、存储空间的保护以及存储空间的扩充。 5.1.1 内存的分配与回收　　内存分配是为进入系统准备运行的程序分配内存空间，内存回收是当程序运行结束后回收其所占用的内存空间。为实现此功能，系统须跟踪并记录所有内存空间的使用情况，按照一定的算法为进程分配和回收内存空间。　　存储分配方案主要包括以下要素：　　(1) 描述存储分配的数据结构：系统需采用某种数据结构(表格、链表或队列等)来登记当前内存使用情况以及空闲区的分布情况，供存储分配程序使用。在每次分配或回收操作后，系统都要相应地修改这些数据结构以反映这次分配或回收的结果。 　　(2) 实施分配的策略：确定内存分配和回收的算法。好的算法应既能满足进程的运行要求，又能充分利用内存空间。　　分配策略及相关数据结构的设计直接决定存储空间的利用率以及存储分配的效率，因而对系统的整体性能有很大的影响。 5.1.2 地址变换　　由于用户在编写程序时无法预先确定程序在内存中的具体位置，所以只能采用逻辑地址进行编程。而当程序进入内存后，必须把程序中的逻辑地址转换为程序所在的实际内存地址。这一转换过程称为存储空间的地址变换，或称为地址映射。地址变换是由内存管理模块与硬件的地址变换机构共同完成的。 　　1. 地址的概念　　1) 符号地址　　在用高级语言编写的源程序中，我们使用符号名(变量名、函数名、语句标号等)来表示操作对象或控制的转移地址。比如用变量名代表一个存储单元、用函数名代表函数的入口地址、用语句标号代表跳转地址等。这些符号名的集合称为符号名空间。因此，高级语言程序使用的地址空间是符号名空间，编程者不需考虑程序代码和数据的具体存放地址。　　例如，以下所示的是一个C源程序的片段： 　　main()　　{ int i=1;　　 …　　 i++;　　 …　　}　　此源程序中没有具体地址，只有符号名。这里main代表的是程序的入口地址，i代表的是一个数据的存放地址。 　　2) 逻辑地址　　编译程序将源代码中的语句逐条翻译为机器指令，为每个变量分配存储单元，并用存储单元的地址替换变量名。这些指令和数据顺序存放在一起，从0开始编排地址，形成目标代码。目标代码所占有的地址范围称为逻辑地址空间，范围是0～n-1，n为目标代码的长度。逻辑地址空间中的地址称为逻辑地址，或称为相对地址。在访问内存的指令中用逻辑地址来指定一个操作数的地址，在跳转指令中用逻辑地址来表示要跳转到的那条指令的地址。　　例如，对上例所示的源程序进行编译，生成的目标代码的反汇编结果如下： 　 …　　…　　0000004B: LDS R24,0x0060 ;从0060地址取数据，加载到R24　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 寄存器　　0000004D: ADIW R24,0x01 ;R24寄存器内容加1　　0000004E: STS 0x0060,R24 ;将R24寄存器内容写回0060地址　　…　 0x0001 ;i变量的存储单元　　… 　　左侧列出的是指令和数据的逻辑地址，从0地址开始顺序排列。i变量被分配到逻辑地址0060处，i++语句被译为LDS、ADIW和STS 3条指令，它们排在逻辑地址004B、004D和004E处。在目标代码的指令中已看不到符号名了，而代之以具体的地址值。如LDS和STS指令的操作数地址是0060，表示要到这个地址(也就是i变量)读/写数据。 　　3) 物理地址　　物理内存由一系列的内存单元组成，这些存储单元从0开始按字节编址，称为内存地址。当目标程序加载到内存中时，它所占据的实际内存空间就是它的物理存储空间，物理空间中的地址称为物理地址，或称为绝对地址。　　每次程序加载时所获得的实际地址空间取决于系统当时的运行状态，因而是不确定的。但物理地址空间不会是从0开始的，因为系统内存的低端地址通常被操作系统占用。由此可看出，程序的逻辑地址空间与物理地址空间是不同的。由于编译程序无法预知程序执行时的实际内存地址，所以目标程序中的地址都是从0开始的逻辑地址，而实际地址只有在程序加载时才能得知。 　　假设上面例子的程序加载到内存，它分配到的内存地址空间是从1024(即十六进制的0x0400)开始的，则程序中各条指令和变量的地址是原来的相对地址加上1024这个基址。因此程序在内存的起始地址为0x0400，LDS、ADIW和STS 3条指令的绝对地址分别为0x044B、0x044D和0x044E，i变量的绝对地址