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1、第四章 存储管理,/？,存储管理是操作系统的重要组成部分,负责管理计算机系统的主存储器. 由于任何程序和数据必须占用主存空间才能得以执行和处理,因此存储管理的优劣直接影响系统的性能.,4.1 存储器,存储器（storage, memmory） 能接收数据和保存数据、而且能根据命令提供这些数据的装置。 一、存储器的层次 目前计算机系统采用层次结构的存储系统。,访问速度越快 价格越高 存储容量越小,主存储器用于保存进程运行时的程序和数据。 由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的速度，为缓和这一矛盾，引入了寄存器和高速缓存。 为了扩充主存储器的存储空间，在磁盘上建立磁盘缓存，操作系统自动实现主
2、存储器和磁盘缓存之间的程序和数据的调进调出，从而面向用户提供比实际主存容量大得多的存储空间。,寄存器,主存,辅存,寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存属于操作系统存储管理范畴，掉电后所存储的信息不复存在。 固定磁盘和可移动介质属于设备管理的对象，所存储的信息将被持久保存。,二、地址转换,1.程序的编译、链接、装入 源程序是不能直接执行的，源程序要经过编译、链接、装入这3个阶段处理后才能装入主存运行。,编译：将源程序翻译成等价的若干目标代码（目标模块）。 链接：把多个目标模块链接在一起，形成一个完整的可重定位目标程序（装载代码模块）。 装入：将装载代码模块装入系统分配的主存区。,2.地址转换,（
3、1）目标程序的逻辑结构 逻辑地址：目标程序所使用的地址称为逻辑地址，也称为程序地址 、虚地址 。 逻辑地址空间：逻辑地址集合称为逻辑地址空间，也称为程序地址空间、虚地址空间。它的编址总是从0开始的，可以是一维的，也可以是二维的。,目标程序1,目标程序2,（2） 内存的物理组织,物理地址： 把内存分成若干个大小相等的存储单元，每个存储单元占8位，称作字节（byte）。每个单元给一个编号，这个编号称为物理地址（内存地址、绝对地址、实地址）， 物理地址空间： 物理地址的集合称为物理地址空间（主存地址空间），它是一个一维空间。,（3）地址转换,将程序使用的逻辑地址变换成主存中的物理地址的过程称为地址转
4、换，也称为地址重定位、地址映射。,地址重定位有两种方式： 静态地址重定位 动态地址重定位,静态地址重定位 目标程序被装入内存时完成程序的逻辑地址到内存物理地址的转换。,物理地址=装入内存首地址+逻辑地址 例如，程序装入内存的首地址为1000，则装入程序就按物理地址=1000+逻辑地址对程序中所有地址部分进行修改，修改后指令Load A，200就变为Load A，1200,优点：不需要硬件支持，易于实现。 缺点：程序必须占用连续的内存空间；一旦程序装入后不能移动位置。 这种技术只在早期单用户单任务系统中使用过。,动态地址重定位 目标程序装入内存时，不进行地址转换。程序装入主存的起始地址置入重定位
5、寄存器中，程序执行过程中，每次访问内存之前，将要访问的逻辑地址加上重定位寄存器的值，从而转换为内存物理地址。,优点： 允许程序在主存中移动，当程序从某个存储区移到另一个区域时，只需要修改相应的寄存器BR的内容即可。 便于多个进程共享同一个程序的代码。 一个程序不一定要求占用一个连续的内存空间。 动态地址重定位的代价： 需要硬件的支持。 实现存储管理的软件算法较为复杂。 现代计算机系统中都采用动态地址重定位。,三、 存储保护,在多道程序设计的环境下，内存中有系统程序和多个用户程序同时存在，系统程序和多个应用程序在主存中各有自己的存储区域，如何保证用户程序不破坏系统程序，用户程序之间不相互干扰？这
6、就是存储保护所要解决的问题。 界地址寄存器被广泛使用的一种存储保护技术机制比较简单，易于实现. 实现方法有两种：上下界保护，基址、限长寄存器保护。,1.上下界保护,下界寄存器：存放程序装入内存后的首地址 上界寄存器：存放程序装入内存后的末地址 判别式：（下界寄存器） 物理地址 （上界寄存器）,例： 有一程序装入内存的首地址是500，末地址是1500，访问内存的逻辑地址是500、345、1005。 下界寄存器：500 上届寄存器：1500 逻辑地址装入内存的首地 物理地址 1、500500 1000 500 1000 1500 2、345500 845 500 845 1500 3、100050
7、0 1505 500 1505 1500,2.基址、限长寄存器保护,基址寄存器：存放程序的起始地址。 限长寄存器：程序的长度（单位：字节） 判别式：0 逻辑地址（限长寄存器） 如果未越界，则按此地址访问主存，否则将产生程序中断越界中断（存储保护中断）,例： 有一程序装入内存的首地址是500，末地址是1500，访问内存的逻辑地址是500、345、1005。 基址寄存器：500 限长寄存器：1000 1、 0 500 1000 2、 0 345 1000 3、 0 1005 1000,3.两种存储保护技术的区别,（1）寄存器的设置不同； （2）判别式中用的判别条件不同 上下界寄存器保护法用的是物理
8、地址 基址、限长寄存器保护法用的是程序的逻辑地址 对于合法的访问地址这两者的效率是相同的，对不合法的访问地址来说，上下界存储保护浪费的CPU时间相对来说要多些。,四、存储管理的功能,(1)地址转换 将程序地址空间中使用的逻辑地址变换成主存中的物理地址的过程. (2)存储保护 保证用户程序(或进程映象)在各自的存储区域内操作，互不干扰。 (3)主存分配和回收 按照一定的算法把某一空闲的主存区分配给进程，进程终止后回收主存区。 (4) 存储扩充 向用户提供一种不受物理存储器大小和结构限制的用户编程时使用的存储器，称为虚拟存储器。 现代计算机操作系统都采用了虚拟存储技术，使得用户编程序时不需要考虑物理内存的结构和容量，极大地方便了用户。,
