操作系统的原理与应用-孔宪君-第5章 存储管理1.pptVIP

操作系统原理Principles of Operating System 主讲：孔宪君 第5章 存储管理 存储器是计算机的记忆部件，计算机系统的主要用途是执行程序，在执行程序时，这些程序及其所访问的数据必须在内存里。 由于内存通常太小不足以永久地容纳所有数据和程序，因此计算机系统必须提供外存（如硬盘）以扩充内存的技术。 内存是一个关键性的资源。能否合理而有效地使用它，在很大程度上反映了操作系统的性能，并直接影响整个计算机系统作用的发挥。 5.1.1存储器的层次 三级存储器结构 高速缓存（cache）—内存（primary storage）—外存（secondary storage） 5.1.2 存储管理的功能 1.内存分配和回收 内存的利用率与内存分配的技术、方式和策略有直接关系。 2.内存保护 内存保护就是确保多个进程都在各自分配到内存区域内操作，互不干扰，防止一个进程破坏其他进程的信息。 3.内存扩充 内存“扩充”包含了存储器利用的提高和扩充两方面的内容。为用户提供比内存物理空间大得多的地址空间。比较典型的内存扩充是虚拟存储器。 4.地址映射 地址映射就是将进程的逻辑地址变换为内存中的物理地址。我们需要实现从逻辑地址到物理地址的变换，即实现从虚地址到实地址的变换。这种变换就是重定位。 5.1.3存储空间与地址空间 ①逻辑地址 逻辑地址就是指令在程序中的地址，源程序经编译（或解释）后编排的地址。逻辑地址也叫相对地址或虚拟地址。 ②逻辑地址空间 逻辑地址空间就是某程序的逻辑地址的集合，逻辑地址空间可简称为地址空间。 ③物理地址 物理地址就是进程中的指令和数据在内存中的地址，指令和数据存放在内存中的内存单元编号。物理地址也叫绝对地址或实地址。 ④物理地址空间 物理地址空间是指进程在内存中一系列存储信息的物理单元的集合。物理地址空间也叫存储空间，存储空间与地址空间既相互关联，又相互独立，是内存管理的核心概念。 5.1.4进程的装入方式 ⑴直接装入方式 程序员编程或编译器编译时就知道进程将在内存中的驻留地址，那么就可以生成绝对代码。此时进程可以采用直接装入方式。如MS-DOS的命令文件（.COM）就是在编译时捆绑成绝对代码的。 ⑵重定位装入方式 如果在编译时编译器不知道进程将驻留在内存何处，那么编译器就必须生成可重定位代码。对这种情况，最后绑定会延迟到加载时才进行。此时进程可以采用重定位装入方式，重定位可分为静态重定位和动态重定位。 5.1.5重定位 ①静态重定位 装入程序在装入进程时，一次性绑定（binding）进程在内存中的物理地址， 即物理地址＝基址+逻辑地址。 优点：简单，无需增加硬件就可以实现。 缺点：要求连续的内存存储空间，程序装入内存后就不可移动，且难以做到程序和数据的共享，内存的利用率差 ②动态重定位 进程在装入内存时不进行地址绑定，在指令执行期间CPU每次访问内存时进行地址重定位，这种重定位方法需要硬件的支持，系统中需设置一个地址变换机构。 优点：内存空间的占有量可以改变，容易实现共享。 缺点：需硬件支持，成本增加。 动态重定位是一种允许进程在执行过程中在内存中移动的技术，必须获得硬件地址变换机构的支持。在多任务操作系统中，多个进程在内存中并发执行，进程的创建与撤消，多个进程之间频繁的上下文切换，其内存分配呈现动态性和随机性。静态重定位仅适应于连续分配，不能满足多任务操作系统动态性和随机性的要求，因此多任务操作系统存储管理适合采用离散分配，必须采用动态重定位。 5.2 分区式存储管理 内存分配方式可分为连续分配方式和离散分配方式。 分区式存储管理是连续分配方式，为一个进程分配一个连续的存储空间。 分区式存储管理支持多道程序系统和分时系统，但内存分配存在不可利用的内存空间，即碎片问题。碎片一般可分为内碎片和外碎片。 5.2.1单一连续分配 单一连续分配内存分配优缺点如下： 优点：实现简单，不需要复杂的软、硬件支持。 缺点：存在内碎片问题。资源利用率低，由于存储资源利用率低而造成其他资源利用率低。 5.2.2固定分区分配 固定分区(fixed partitioning)也叫静态分区，固定分区存储管理是实现多道程序设计和分时系统的简单存储管理技术。如图所示， 固定分区的优缺点 优点：易于实现，开销小，内存分配和回收算法简单，支持多任务。 缺点：存在内碎片问题，造成内存的浪费。分区总数固定，限制了并发执行的进程数目。 5.2.3 动态分区 动态分区分配可谓“量体裁衣”。与固定分区相比较，动态分区的优点是没有内碎片。但却引入了另一种碎片，即外碎片。 1．空闲分区链表 2．空闲分区链表 每个空闲分区的前后两个单元，放置空闲分区的说明信息和指针。如图所示，系统设立一个链首指针Free，指向第一