操作系统第4章 存储管理 ppt课件.ppt

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1、第4章存储管理4.1概述4.2连续分配方式4.3分页存储管理4.4分段存储管理4.5虚拟存储器本章主要内容存储管理一直是操作系统中的重要组成部分，因为冯·诺依曼体系结构就是建立在存储程序概念上的，访问存储器的操作占CPU时间的70%左右。计算机系统中的存储器一般分为主存储器（简称主存、内存）和辅助存储器（简称辅存）。由于CPU只能直接与内存进行通信，因此计算机系统的程序以及与该程序相关的数据，只有被装入到内存中才能有效地执行。计算机系统能否高效地管理内存空间，不仅直接反映存储器的利用率，还会影响整个操作系统的性能。第4章存储管理4.1概述4.2连续分配方式4.3

2、分页存储管理4.4分段存储管理4.5虚拟存储器4.1概述4.1.1存储层次4.1.2地址转换4.1.3程序的装入1．层次结构寄存器高速缓存主存储器磁盘缓存固定磁盘可移动存储介质2．高速缓存高速缓存通常采用静态存储器（SRAM），速度小于25ns，常见的容量有128KB和256KB两种。它可以位于CPU和MMU之间（称为虚地址Cache），也可以位于MMU和内存之间（称为实地址Cache）。Cache的管理Cache数据的一致性问题4.1概述4.1.1存储层次4.1.2地址转换4.1.3程序的装入1．逻辑地址和物理地址通常用户程序是用高级语言编写的，并以二进制的形

3、式保存在计算机的辅存中，称为源程序，源程序经过编译得到计算机能理解的目标程序，目标程序中的地址称为逻辑地址（相对地址）。计算机主存中每个存储单元都有一个编号与之对应，这些编号称为物理地址（绝对地址）。2．地址转换将用户程序中的指令或数据的逻辑地址转换为存储空间中物理地址的工作称为地址转换或重定位。地址转换有两种方法：静态重定位、动态重定位内存1300+N130011001000N3001000LOAD1,30012345LOAD1,300123450程序静态地址重定位动态地址重定位CPU存储器程序内存1300+N130011001000N3001000LOAD1

4、,30012345LOAD1,3001234503001000问题：保护操作系统不受用户进程所影响，保护用户进程不受其他用户进程所影响方法:存储键保护系统将主存划分成大小相等的若干存储块，并给每个存储块都分配一个单独的保护键（锁）；在程序状态字PSW中设置有保护键字段，对不同的作业赋予不同的代码（钥匙）；钥匙和锁相配才允许访问界限寄存器（下页图）上、下界防护：硬件为分给用户作业的连续的主存空间设置一对上、下界，分别指向该存储空间的上、下界基址、限长防护：基址寄存器存放当前正执行者的程序地址空间所占分区的始址，限长寄存器存放该地址空间的长度3．存储保护CPU＜界限

5、寄存器逻辑地址YN寻址错误物理地址基址寄存器内存4.1概述4.1.1存储层次4.1.2地址转换4.1.3程序的装入对用户程序的处理步骤程序在运行期间，被分为不同的生命期，每一步地址都有不同形式：编译阶段链接阶段装入阶段执行阶段程序的链接根据链接时间的不同，可把链接分成如下三种：(1)静态链接。在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开。我们把这种事先进行链接的方式称为静态链接方式。(2)装入时动态链接。这是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的链接方式。(3)运行时动态链接。这是指

6、对某些目标模块的链接，是在程序执行中需要该(目标)模块时，才对它进行的链接。程序链接示意图程序的装入1．绝对装入方式(AbsoluteLoadingMode)2．可重定位装入方式(RelocationLoadingMode)3．动态运行时装入方式(DynamicRun-timeLoading)第4章存储管理4.1概述4.2连续分配方式4.3分页存储管理4.4分段存储管理4.5虚拟存储器4.2连续分配方式4.2.1单用户存储管理4.2.2固定分区存储管理4.2.3可变分区存储管理4.2.4交换这是最简单的一种存储管理方法，用于早期单用户系统中。它的最大特点是内存分

7、配方式简单，整个内存空间被分割成系统区和用户区两部分，系统区用来存放操作系统驻留代码和数据，剩余空间则全部作为用户区，分配给一个用户作业使用。os内核代码用户进程空闲区域系统区用户区基址寄存器单用户存储管理内存分配单用户存储管理的存储保护CPU＜界限寄存器逻辑地址YN寻址错误物理地址基址寄存器内存+4.2连续分配方式4.2.1单用户存储管理4.2.2固定分区存储管理4.2.3可变分区存储管理4.2.4交换固定分区存储管理是满足多道程序环境的最简单的存储管理方案。“固定”是指分区的大小和个数是在开机时由系统管理员指定，直到关机都不会再重新划分。每个分区只能存储一个

8、进程，进程也只能在它所驻