操作系统原理与实践 邹鹏 第三章+内存管理.ppt

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1、第三章内存管理内存管理相关概念及方法与技术目的与要求：掌握程序处理基本过程中内存管理相关环节的概念及内存管理的各种方法与技术。重点与难点：目标程序结构及各种链接程序与装入程序的设计原理；各主要内存管理方式的相关概念及基本方法与技术。作业：2，3，4，5，6，7，8，10，11，15，16，17，18第三章内存管理3.1内存管理概述3.2连续分配内存管理3.3基本分页内存管理3.4基本分段内存管理3.5段页式内存管理3.6虚拟存储管理3.1内存管理概述3.1.1计算机存储系统3.1.2程序处理与内存管理3.1.3内存管理方法与技术的

2、衍化3.1.4现代操作系统内存管理功能要求3.1.1计算机存储系统3.1.2程序处理与内存管理程序处理基本过程内存装入模块装入程序链接程序编译程序源程序…库…目标模块符号名空间目标地址空间统一的目标地址空间物理地址空间数据和指令构成：存取访问问题布局？程序地址空间及形成目标模块（由编译/汇编得到）：相对地址链接过程实现各目标模块相对地址的统一内存管理物理部件MMU负责将逻辑地址转换为物理地址X86体系结构MMU支持分页和分段机制内存管理方式实模式和保护模式3.1.2程序处理与内存管理可按照记录的形式来组织目标程序文件目标程序可由一

3、条表头记录、若干条正文记录及一条结尾记录构成表头记录：包含表头记录标志字符H、程序名称、起始地址以及程序长度正文记录：包含有正文记录标志字符T、记录长度、机器指令、程序数据以及指令与数据的装入地址信息等结尾记录：用来表明程序的结束并指定程序执行的起始地址，可包含有结尾记录标志字符E和起始执行地址3.1.2程序处理与内存管理3.1.2程序处理与内存管理表头记录格式示例3.1.2程序处理与内存管理正文记录格式示例3.1.2程序处理与内存管理结尾记录格式示例程序装入与链接程序的链接与装入过程是一个相互交织的过程，链接与装入功能的分配在一

4、定程度上受到链接程序和装入程序的设计策略的影响链接程序承担同属一个程序的各目标模块（包括库例程目标模块）的链接功能，具体包括各目标模块地址空间的统一以及有关地址敏感代码的修正；而装入程序则主要承担装入模块（即可执行程序或动态链接库例程）的装入功能，其间也会发生装入模块地址空间的调整及相关地址敏感代码的修正过程3.1.2程序处理与内存管理程序装入内存空间装入内存空间是程序运行的前提条件。也正因如此，在执行程序各条指令及访问有关数据时须基于内存地址（又称为物理地址或绝对地址）来进行指令与数据的存取。而程序装入模块中原有的指令和数据地址

5、则不一定是内存地址，且往往是相对地址（又称为逻辑地址、虚拟地址），即相对于装入模块起始位置为0推算得到的地址。所以，程序的执行同时还要求以相对地址到内存地址的转换为先决条件。3.1.2程序处理与内存管理程序装入模块组织结构就装入模块的组织结构而言，一般由程序前缀部分和程序正文部分构成。前者包括程序名称、程序大小、程序执行起始地址、程序装入起始地址、重定位表、动态链接表等关于程序的装入、链接和执行及地址转换等方面的管理控制信息；后者则为程序的可执行代码即机器指令序列，其中并包括常量数据等3.1.2程序处理与内存管理程序装入过程可以是

6、在执行之前一下子完全装入到内存空间，也可以是伴随执行过程及调用需要分步骤装入到内存空间。前者要求装入模块是由整个程序的所有目标模块及库例程目标模块经链接和整合构成的可执行文件；而后者则不要求在启动执行程序时装入整个程序的所有目标模块，也即程序执行所需的部分目标模块（对应于所谓的动态链接库例程）是在程序执行的过程中伴随其被调用才进行链接的，且相关目标模块的装入可能先于程序的启动执行，也可能滞后于程序的启动执行，因为动态链接库例程可被多个程序同时共享和调用。3.1.2程序处理与内存管理程序装入过程与地址变换类似地，程序关于相对地址到内

7、存地址的转换可以是一下子全部完成，也可以是伴随程序的分步骤装入和执行过程分阶段完成的，而前者又可细分为装入之前一下子全部完成和装入时一下子全部完成两种情况。为此，程序装入内存的过程可划分为绝对装入、可重定位装入及运行时链接装入等三种方式。3.1.2程序处理与内存管理3.1.2程序处理与内存管理绝对装入模块及绝对装入方式3.1.2程序处理与内存管理可重定位装入模块及可重定位装入方式静态可重定位装入方式和动态可重定位装入方式如果在程序装入时一次性地完成程序中所有地址敏感指令及数据的地址修正且以后不再改变，则称对应的地址变换为静态重定位

8、；但如果在程序装入时并不进行由相对地址到绝对地址的转换过程，而是伴随程序执行进展来逐步进行程序中相关地址敏感指令及数据的地址修正，则称对应的地址变换为动态重定位。静态可重定位装入方式并不允许程序在装入之后的运行过程中发生内存位置的移动动态可重定位装