6、第六篇 存储管理.ppt

第六章 存储管理 重要资源 “瓶颈”：关键、紧张 帕金森定律： 内存多大，程序多长 存储器的层次结构 存储器的层次结构 高速缓存（Cache）： 少量的、非常快速、昂贵、易变的。 内存（RAM）： 若干兆字节、中等速度、中等价格、易变的。 磁盘： 数百兆或数千兆字节、低速、廉价、不易变的。 存储器的层次结构 由操作系统协调这些存储器的使用。 重要性：直接存储要求内存速度尽量快到与CPU取值速度相匹配，大到能装下当前运行的程序与数据，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。 存储器的层次结构 内存：是由存储单元（字节或字）组成的一维连续的地址空间，简称内存空间。用来存放当前正在运行程序的代码及数据，是程序中指令本身地址所指的，亦即程序计数器所指的存储器。 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。 存储管理的目的 1、充分利用内存，为多道程序并发执行提供存储基础。 2、尽可能方便用户使用。 自动装入用户程序 用户程序中不必考虑硬件细节 3、系统能够解决程序空间比实际内存空间大的问题。 存储管理的目的 4、程序在执行时可以动态伸缩； 5、内存存取速度快； 6、存储保护与安全； 7、共享与通信； 8、了解有关资源的使用情况； 9、实现性价比。 6.1 存储管理的功能 1、存储分配 记录内存的使用情况 ——设置相应的内存分配表（内存分配回收的依据） 内存空间的划分问题？ ——静态或动态，等长或不等长 6.1 存储管理的功能 内存分配表 位示图表示法：用一位（bit）表示一个空闲页面（0：空闲，1：占用） 6.1 存储管理的功能 空闲页面表：包括首页面号和页面个数，连接若干个页面作为一组登记在表中 空闲块表：空闲块首地址和空闲块长度，没有记录的区域即为进程所占用 空闲块链表：将所有的空闲块连成一个链表。 6.1 存储管理的功能 确定分配算法 实施内存分配 回收内存 分配回收方式：静态分配与动态分配 6.1 存储管理的功能 2、存储共享 内存共享：两个或多个进程共用内存中相同的区域 目的：节省内存空间，提高内存效率。 实现进程通信（数据共享） 共享内容：代码共享（要求代码为纯代码） 数据共享 6.1 存储管理的功能 3、存储保护 目的：为多个程序共享内存提供保障，使在内存中的各道程序，只能访问它自己的区域，避各道程序间相互干扰，特别是当一道程序发生错误时，不至于影响其它程序的运行。通常由硬件完成保护功能，由软件辅助实现。 含义： ——保护系统程序不被用户侵犯 ——不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数据 6.1 存储管理的功能 保护过程：每个进程都有自己独立的进程空间，如果一个进程在运行时所产生的地址在其地址空间之外，则发生地址越界。即当进程要访问某个内存单元时，由硬件检查是否允许，如果允许则执行，否则产生地址越界中断，由操作系统进行相应处理。 一般由硬件提供一对寄存器 ——基址寄存器：存放起始地址 ——限长寄存器：存放长度（上下界寄存器） 6.1 存储管理的功能 4、存储扩充 通过虚拟存储技术实现 用户在编制程序时，不应该受内存容量限制，所以要采用一定的技术来“扩充”内存容量，使用户得到比实际内存容量大得多的内存空间。 具体实现：在硬件的支持下，软硬件相互协作，将内存和外存结合起来统一使用。通过这种方法把内存扩充，使用户在编制程序时不受内存限制。 6.1 存储管理的功能 5、地址映射（地址重定位、地址变换） 逻辑地址（相对地址、虚地址） 物理地址（绝对地址、实地址） 地址映射 6.1 存储管理的功能 由于用户的逻辑地址空间都是从0开始的，而当该程序装入内存运行时又不是从0开始，因此就需要将逻辑地址转换成实际的内存地址。 6.3 存储管理方式 6.3.1 单一连续的存储管理 所谓单一，是指内存中只驻留一道作业。为便于地址转换，把作业连续的存放在内存中，而不是离散的存放。 单一连续的存储管理思想主要用在早期的单道批处理系统中，采用静态分配的方式，即作业或进程一进入内存，就要等到它运行结束后才能释放内存。 优缺点 优点：方法简单，易于实现。 缺点： 1)内存利用率低：一个作业独占主存储空间，降低存储空间的利用率； 2)处理器利用率低：处理器和外部设备串行工作； 3)外设的利用率低：系统中的资源为一个用户控制。 分区式存储管理 分区管理的基本思想就是给每一个内存中的进程划分一段存储区，用以连续存放各进程的程序和数据，使各进程并发执行。 这是能满足多道程序设计需要的最简单的存储管理技术 固定式分区 动态式分区 1、固定式分区 存储分配情况 缺点 1、预先规定了分区大小，大程序无法