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第四章 存储器管理 4.1 存储器的层次结构 4.2 程序的装入和链接 4.3 连续分配方式 4.4 基本分页存储管理方式 4.5 基本分段存储管理方式 4.6 虚拟存储器的基本概念 4.7 请求分页存储管理方式 4.8 页面置换算法 4.9 请求分段存储管理方式 存储管理的目的和功能 主要任务 为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率，以及从逻辑上扩充内存。 功能 主存的分配和管理 提高主存利用率 存储保护 地址映射 内存扩充 4.1 存储器的层次结构 4.1.1 多级存储器结构 4.1.2 主存储器与寄存器 4.1.3 高速缓存和磁盘缓存 4.1.1 多级存储器结构 存储器系统：支持OS运行硬件环境的一个重要方面，作业必须把它的程序和数据存放在内存中才能运行 多道程序系统中，若干个程序和相关的数据要放入内存，操作系统要管理、保护程序和数据，使它们不至于受到破坏 操作系统本身也要存放在内存中并运行 4.1.1 多级存储器结构 存储系统设计三个问题： 容量、速度和成本 容量：需求永无止境 速度：能匹配处理器的速度 成本问题：成本和其他部件相比应在合适范围之内 4.1.1 多级存储器结构 容量、速度和成本 三个目标不可能同时达到最优，要作权衡 存取速度快，每bit价格高 容量大，每bit价格越低，同时存取速度也越慢 解决方案：采用层次化的存储体系结构 当沿着层次下降时 每bit的价格将下降，容量将增大，速度将变慢，处理器的访问频率也将下降 4.1.1 多级存储器结构 4.1.1 多级存储器结构 CPU寄存器：CPU的组成部分 主存： CPU运行时访问，存取指令、数据 要求访问速度快 辅存：I/O设备，访问涉及中断、设备驱动 物理设备运行等，访问速度慢 不同层次的存储介质，由OS统一管理。 存储管理负责主存的管理 设备管理负责辅存的管理 4.1.2 主存储器与寄存器 主存储器 可执行存储器、内存、主存 保存进程运行时的程序和数据，CPU运行时只能从主存取指令和数据 速度远低于CPU执行指令速度，引入寄存器、高速缓存 寄存器 CPU组成部分，访问速度最快，造价昂贵，容量小 4.1.3 高速缓存和磁盘缓存 高速缓存（CACHE） 介于寄存器和主存之间，可分为两级、多级 暂存主存中频繁访问的信息，减少访问主存的次数（如页表、段表） 磁盘缓存 暂存需要频繁访问的磁盘数据，减少磁盘访问次数 4.2 程序的装入和链接 4.2.1 程序的处理步骤 4.2.2 程序的装入 4.2.3 程序的链接 4.2.4 重定位 4.2.1 程序的处理步骤 4.2.2 程序的装入 1. 绝对装入方式(Absolute Loading Mode) 2. 可重定位装入方式(Relocatable Loading Mode) 3. 动态运行时装入方式(Dynamic Run-time Loading) 1. 绝对装入方式(Absolute Loading Mode) 直接指定方式 程序中所使用的绝对地址，既可在编译或汇编时给出， 也可由程序员直接赋予。 由程序员直接给出绝对地址时，不仅要求程序员熟悉内存的使用情况，而且一旦程序或数据被修改后，可能要改变程序中的所有地址。因此，通常是宁可在程序中采用符号地址，然后在编译或汇编时，再将这些符号地址转换为绝对地址。 2. 可重定位装入方式(Relocatable Loading Mode) 2. 可重定位装入方式 每个程序从0号地址开始编程，使用逻辑地址 程序装入内存后，所有指令中的逻辑地址已经调整为实际内存的物理地址（图中2500→12500） 不允许程序在内存中移动位置 3. 动态运行时装入方式(Dynamic Run-time Loading) 动态运行时的装入程序，在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。因此， 装入内存后的所有地址都仍是相对地址。 运行时可以申请附加空间，装入需要的程序和数据。 装入内存的程序可以移动位置。 4.2.3 程序的链接 1. 静态链接方式(Static Linking) 2. 装入时动态链接(Load time Dynamic Linking) 3. 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking) 1. 静态链接方式(Static Linking) 2. 装入时动态链接(Loadingtime Dynamic