存储器的层次结构

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1、 存储器的层次结构CPUCacheRAMDISK500GB 200MB/S18GB 12GB/S512KB8MB 400GB/S重定位及其方式 1 逻辑地址(空间相对地址)符号名字空间 int a,b; a=10;逻辑地址空间(编译后目标程序的地址范围) 2 存储空间(绝对地址)存储空间:所有物理存储单元的集合/物理地址的集合源 程 序目标 代码目标 代码名空间逻辑地址空间存储空间os0000. 1000 1100 1102 1104 1106 1108.物理内存OS重定位的概念举例:教学计划及其实施 Load R1,106 Add R1,108 Store R1,110 234 128 程序

2、A的代码 000 100 102 104 106 108 Load R1,106 Add R1,108 Store R1,110 234 128 1106 1108 1110逻辑地址重定位分类:静态重定位 Load R1,106 Add R1,108 Store R1,110 234 128 程序A的代码000 100 102 104 106 108 0000. 1000. 1100 1102 1104 1106 1108.物理内存OS Load R1,1106 Add R1,1108 Store R1,1110 234 128 加载时定位 Load R1,1106 Add R1,1108 S

3、tore R1,1110 234 128 静态重定位特点w 优点 无需硬件支持,OS装载时由软件实现 w 缺点需要分配一个连续的存储空间用户需要事先确定所程序所需的存储量装载后不能在内存中移动重定位分类:动态重定位 Load R1,106 Add R1,108 Store R1,110 234 128 程序A的代码000 100 102 104 106 108 0000. 1000. 1100 1102 1104 1106 1108.物理内存OS Load R1,106 Add R1,108 Store R1,110 234 128 重定位寄存器 (位于CPU中)+1000动态重定位特点w 优

4、点 不要求分配连续的存储空间,可按页或段分配用户作业可动态申请附加的存储空间,并可在内存 中移动有利于程序段的共享 w 缺点需要硬件的支持实现存储管理的软件算法比较复杂存储器管理的功能w 内存的分配和回收记录内存使用情况 存储的按需分配 存储的回收 w 内存容量的“扩充” w 地址转换 常采用动态重定位,需要硬件支持 w 存储保护为了保护区域内信息不被破坏，必须实现存 储保护。存储保护的工作必须由硬件和软件 配合来实现。存储分配方式w 静态分配采用静态重定位方式装入时确定其在内存中的位置运行中不能再申请内存运行中不能在内存中移动w 动态分配采用动态重定位方式装入时确定其在内存中的位置运行中可申

5、请内存可在内存中移动存储管理中的分配技术连续分区管理三三四四一一二二页式管理段式管理段页式管理连续分区管理存储管理: 连续分配w 一道作业的全部内容(程序和数据)装入到内存的 一个连续存储区中,作业在执行过程中不会发生 内存与外存交换的现象,作业的容量要受到物理 内存容量的限制。 w 属于实存管理技术 w 四种方案单道连续区管理多道固定分区管理多道可变分区管理多道可重定位分区管理1.单道连续区管理存储管理:连续分配000020KB100KB256KBOS用户程序 需80KB存储空间空闲区一次只能装入一个作业2.多道固定分区管理存储管理:连续分配000020KB 28KB44KB76KB140K

6、B256KBOS分区大小不等分区大小相等000020KB40KB60KB80KB100KB120KB.256KBOS16KB8KB作业1 需14KB32KB64KB作业2 需60KB116KB2.多道固定分区管理(续)存储管理:连续分配000020KB 28KB44KB76KB140KB256KBOS16KB8KB32KB64KB116KB需建立固定分区说明表分区号起始地址长度状态作业名120KB8KB0228KB16KB0344KB32KB0476KB64KB05140KB116KB0作业J1 需14KB1J11J2内零头(碎片)问题作业J2 需60KB作业J1 14KB 作业J2 60KB

7、作业J1 14KB 作业J2 60KB物理内存3.多道可变分区管理(概念)存储管理:连续分配内存地址 000020KB256KBOSJ1 需14KBJ2 需30KB空闲区已分配区J3 需60KB区大小 14KB30KB60KB132KBJ4 需60KBJ5 需20KBJ1 14KB J2 30KB J3 60KB J4 60KB J5 20KB10KB72KB外零头(碎片)3.多道可变分区管理(数据结构)存储管理:连续分配0000 20KB256KBOSJ1 需14KBJ2 需30KBJ3 需60KBJ4 需60KBJ5 需20KB10KB72KB方案一:设置两张存储管理表大 小位 置状态14

8、 K20 K已分空表 目 60 K64 K已分60 K124 已分20 K34 K已分空表 目已分分区表UBT大 小位 置状态10 K54 K空闲空表 目 72 K184 空闲空表 目 空表 目 空表 目空闲分区表FBT3.多道可变分区管理(数据结构)存储管理:连续分配方案二:空闲存储区链1N+2 N个字(已分区) 1N+20N+2向前指 针 N个字(空闲分区) 0N+2向后指 针0 L+ 20 L+ 20 M+ 20 M+ 20 N+ 20 N+ 2Free指针3.多道可变分区管理(回收与合并)w 回收可能出现的四种情况JobB回收区回收区Free1JobA回收区Free2Free2回收区回

9、收区Free1JobB回收区回收区JobA存储管理:连续分配3.多道可变分区管理(分配算法) w 最佳适应算法总是找最接近作业大小的区分配需按分区大小排序 w 最差适应算法总是找能装下作业的最大的区分配易发生大作业不能装入的情况 w 首次适应算法按分区起始地址排序顺序找到第一个满足要求的分区就分 w 下次适应算法按分区起始地址排列并构成一个环每次都从上次分配位置向后找到满足要求的分区分配存储管理:连续分配4.多道可重定位分区管理w 避免出现“内零头”与“外零头” w 通过移动已分配区收集零头(需要耗费处理资源) w 采用动态重定位方式, 作业在内存中移动后,只 要改动重定位寄存器的值即可 w

10、分配算法与可变分区基本相同,区别在于“拼接” w 拼接的时机 回收时拼接(拼接较频繁) 不能满足分配时拼接(拼接次数较少) w 缺点 需要硬件支持 耗费处理机时间存储管理:连续分配分区的存储保护w 界限寄存器方式 处理机中设置上界和下界寄存器,处理机对每一条访 存指令中的地址与界限寄存器比较,若不在上/下界间 则产生越界中断,禁止访问。也可用基址/限长寄存器方式实现OSJob80KB168KB80KB168KB上界寄存器下界寄存器PSW分区的存储保护w 存储保护键 可实现存/或取的单独保护可实现多个用户程序间更好的共享内存A块B块C块内存0 1 1 0 1 存储键 取保护位1 1 0 0 00

11、 1 0 1 10 1 1 0CPU程序状态字PSW虚拟存储器虚拟存储器是一种存储管理技术，用以完成用小的 内存实现在大的虚拟空间中程序的运行工作。为了给大作业用户提供方便,使它们摆脱对主存和辅 存的分配和管理问题,由操作系统把多级存储器统一管 理起来,实现自动覆盖。一个大作业在执行时, 其一部分地址空间在主存,另 一部分在辅存.因此,从效果来看,这样的系统,好象用户提 供了存储容量比实际主存大得多的存储器,人们称这样 的存储器为虚拟存储器。因为这样的存储器实际上并不存在而只是系统增加 自动覆盖功能，给用户造成的一种幻觉,仿佛它有一个 很大的主存供它使用。这是虚拟存储器的最初概念。虚拟存储器(续)w 限制 受CPU地址宽度的限制( 32位地址可访问4GB的内存 )受外存容量大小的限制 w 硬件支持 高速,大容量外存(如硬盘)一定容量的内存(若内存小,会频繁与外存交换,性能低 )需要虚地址到实地址动态转换的硬件机构