清华大学计算机系列教材-计算机操作系统教程-第5章ppt课件.ppt

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1、第5章存储管理5.1存储管理的功能5.2分区存储管理5.3覆盖与交换技术5.4页式管理5.5段式与段页式管理5.6局部性原理和抖动问题本章小结习题1本章主要讨论内存管理问题。主要包括：几种常用的内存管理方法、内存的分配和释放算法、虚拟存储器的概念、控制主存和外存之间的数据流动方法、地址变换技术和内存数据保护与共享技术等。下面先介绍存储管理的功能。25.1存储管理的功能存储器是计算机系统的重要资源之一。因为任何程序和数据以及各种控制用的数据结构都必须占用一定的存储空间，因此，存储管理直接影响系统性能。存储器由内存（primarys

2、rotage）和外存（secondarystorage）组成。内存由顺序编址的块组成，每块包含相应的物理单元。因此，内存可以看成是一个由字或字节构成的大型一维数组，每个字或字节都有它们自己的地址，为了加速通常安排字长为16，32或64位。操作系统和（用户）程序要运行都要先装载到内存中。CPU要通过启动相应的输入输出设备后才能使外存与内存交换信息。3在计算机系统中，内存管理在很大程度上影响着这个系统的性能，这使得存储管理成为人们研究操作系统的中心问题之一。虽然随着硬件技术和生产水平的迅速发展，内存的成本急速下降，但是，内存容量仍是

3、计算机资源中最关键且最紧张的资源。因此，对内存的有效管理仍是现代操作系统中十分重要的问题。45.1.1虚拟存储器虚拟存储器是存储管理的核心概念。现代计算机系统的物理存储器都分为内存和外存，内存价格昂贵，不可能用大容量的内存存储所有被访问的或不被访问的程序与数据段。而外存尽管访问速度较慢，但价格便宜，适合于存放大量信息。这样，存储管理系统把进程中那些不经常被访问的程序段和数据放入外存中，待需要访问它们时再将它们调入内存。那么，对于那些一部分数据和程序段在内存而另一部分则在外存的进程，怎样安排它们的地址呢？通常由用户编写的源程序，首

4、先要由编译程序编译成CPU可执行的目标代码。然后，链接程序把一个进程的不同程序段链接起来以完成所要求的功能。5显然，对于不同的程序段，应具有不同的地址。有两种方法安排这些编译后的目标代码的地址。一种方法是按照物理存储器中的位置赋予实际物理地址。这种方法的好处是CPU执行目标代码时的执行速度高。但是，由于物理存储器的容量限制，能装入内存并发执行的进程数将会大大减少，对于某些较大的进程来说，当其所要求的总内存容量超过内存容量时将会无法执行。另外，由于编译程序必须知道内存的当前空闲部分及其地址，并且把一个进程的不同程序段连续地存放起来

5、，因此编译程序将非常复杂。还有，程序在内存中将不能移动。6另一种方法是编译链接程序把用户源程序编译后链接到一个以0地址为始地址的线性或多维虚拟地址空间（逻辑地址空间）。这里，链接既可以是在程序执行以前由链接程序完成的静态链接，也可以是在程序执行过程中由于需要而进行的动态链接。而且，每一个进程都拥有这样一个空间（这个空间是一维的还是多维的由存储管理方式决定）。每个指令或数据单元都在这个虚拟空间中拥有确定的地址，把这个地址称为虚拟地址（virtualaddress）。显然，进程在该空间的地址排列可以是非连续的，其实际物理地址由虚拟地

6、址到实际物理地址的地址变换机构变换得到。由源程序到实际存放该程序指令或数据的内存物理位置的变换如图5.1所示。7图5.1地址变换与物理存储器将进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器。虚拟存储器不考虑物理存储器的大小和信息存放的实际位置，只规定每个进程中互相关连的信息的相对位置。与实际物理存储器只有一个（单机系统中），且被所有进程共享不一样，每个进程都拥有自己的虚拟存储器，且虚拟存储器的容量是由计算机的地址结构和寻址方式确定的。例如，直接寻址时，如果CPU的有效地址长度为16位，则其寻址范围为0到64K。思

7、考：目前PC的最大虚拟存储器是多少？8图5.1中的编译和链接主要是语言系统的设计问题。不过，由虚拟存储器到物理存储器的变换是操作系统所必须解决的问题。要实现这个变换，必须要有相应的硬件支持，并使这些硬件能够完成统一管理内存和外存之间数据和程序段自动交换的虚拟存储器功能。即，由于每个进程都拥有自己的虚存，且每个虚存的大小不受实际物理存储器的限制，因此，系统不可能提供足够大的内存来存放所有进程的内容。内存中只能存放那些经常被访问的程序和数据段等。这就需要有相当大的外部存储器，以存储那些不经常被访问或在某一段时间内不会被访问的信息。待

8、到进程执行过程中需要这些信息时，再从外存中自动调入主存。9因此，所谓的虚拟存储器就是操作系统对内存与辅存进行统一管理，当程序运行时并不是将所有的程序与数据装入内存，而是先装入一部分，当用到不在内存的程序或数据时再从辅存中调入内存；如果内存中没有足够的空间，则将内