【正文】 1第四章第四章 存儲器管理存儲器管理 齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬2第四章第四章 存儲器管理存儲器管理n 如何對存儲器進行有效的管理，不僅影響到如何對存儲器進行有效的管理，不僅影響到存儲器的利用率，而且還對系統(tǒng)性能有重大存儲器的利用率，而且還對系統(tǒng)性能有重大影響。影響。n 存儲器：內存（本章）存儲器：內存（本章） 外存（第六章）外存（第六章） 齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬3主要內容主要內容n new 存儲器的層次結構存儲器的層次結構n 程序的裝入和鏈接程序的裝入和鏈接 n 連續(xù)分配方式連續(xù)分配方式n 基本分頁存儲管理方式基本分頁存儲管理方式n 基本分段存儲管理方式基本分段存儲管理方式n 虛擬存儲器的基本概念虛擬存儲器的基本概念n 請求分頁存儲管理方式請求分頁存儲管理方式n 頁面置換算法頁面置換算法n 請求分段存儲管理方式請求分段存儲管理方式齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬4本章學習目標本章學習目標n 了解存儲管理的研究對象和目的了解存儲管理的研究對象和目的n 了解存儲管理的基本功能和有關的基本概念了解存儲管理的基本功能和有關的基本概念n 掌握分頁存儲管理和分段存儲管理的基本概掌握分頁存儲管理和分段存儲管理的基本概念念n 掌握請求分頁和請求分段存儲管理的基本原掌握請求分頁和請求分段存儲管理的基本原理理齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬New n n n 5齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬寄存器高速緩存內存磁盤緩存磁盤可移動存儲器6三層由快到慢寄存器與主存（前四者）由操作系統(tǒng)直接管理，可快速訪問，稱為可執(zhí)行存儲器。后兩者需要通過 I/O訪問齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬n – 容量大小容量大小n – 速度與速度與 CPU完全協(xié)調完全協(xié)調– 長度以字為單位長度以字為單位 ，幾十至幾百個，幾十至幾百個7齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬n 高速緩存高速緩存– 局部性原理局部性原理– CPU與內存之間與內存之間n 磁盤緩存磁盤緩存– 頻繁使用的磁盤數(shù)據(jù)暫存在內存中的頻繁使用的磁盤數(shù)據(jù)暫存在內存中的 磁盤高速磁盤高速緩存中緩存中8齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬9預備知識預備知識n 地址空間的概念地址空間的概念n 1．內存空間．內存空間 (物理空間物理空間 ) 內存是由若干個存儲單元組成的，每個存儲單內存是由若干個存儲單元組成的，每個存儲單元的編號稱為內存地址元的編號稱為內存地址 (或物理地址或物理地址 )n 2．邏輯空間．邏輯空間 經(jīng)過匯編或編譯后形成目標程序是以經(jīng)過匯編或編譯后形成目標程序是以 0為基址順為基址順序進行編址的，目標程序占據(jù)的地址空間稱為作業(yè)序進行編址的，目標程序占據(jù)的地址空間稱為作業(yè)的邏輯地址空間。邏輯空間中的地址稱為邏輯地址的邏輯地址空間。邏輯空間中的地址稱為邏輯地址，這是一個相對地址。，這是一個相對地址。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬10 程序的裝入和鏈接程序的裝入和鏈接n 為作業(yè)創(chuàng)建進程需將其裝入內存。為作業(yè)創(chuàng)建進程需將其裝入內存。 要把程序要把程序裝入內存，就要對程序進行編譯和鏈接裝入內存，就要對程序進行編譯和鏈接 。l 1. 編譯編譯 由編譯程序把源程序翻譯成若干個由編譯程序把源程序翻譯成若干個目標模塊；目標模塊；l 2. 鏈接鏈接 由鏈接程序把目標模塊以及相關的由鏈接程序把目標模塊以及相關的庫函數(shù)鏈接在一起，形成完整的裝入模塊；庫函數(shù)鏈接在一起，形成完整的裝入模塊；l 3. 裝入裝入 由裝入程序把裝入模塊裝入內存。由裝入程序把裝入模塊裝入內存。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬11 程序的裝入程序的裝入n 將一個裝入模塊裝入內存時，有三種方式：將一個裝入模塊裝入內存時，有三種方式：l絕對裝入方式絕對裝入方式l可重定位裝入方式可重定位裝入方式l動態(tài)運行時裝入方式動態(tài)運行時裝入方式關鍵在于將邏輯地址轉換為物理地址的時機不同齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬12Absolute Loading Moden 若編譯時知道程序將在內存的若編譯時知道程序將在內存的 (起始起始 )駐留地駐留地址，址， 編譯程序將產生絕對編譯程序將產生絕對 (物理物理 )地址的目標地址的目標代碼代碼 。 只適用單道程序環(huán)境。只適用單道程序環(huán)境。n 裝入模塊不需再地址轉換，直接裝入內存。裝入模塊不需再地址轉換，直接裝入內存。n 絕對地址，即可在編譯或匯編時給出，也可絕對地址，即可在編譯或匯編時給出，也可由程序員直接給出。通常在程序中采用符號由程序員直接給出。通常在程序中采用符號地址，在編譯或匯編時，再將其轉換為絕對地址，在編譯或匯編時，再將其轉換為絕對地址。地址。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬13Relocation Loading Moden 多道程序環(huán)境下，各目標模塊的起始地址均多道程序環(huán)境下，各目標模塊的起始地址均從從 0開始，程序中的其它開始，程序中的其它 地址都是相對于起地址都是相對于起始地址計算的，不是絕對的物理地址始地址計算的，不是絕對的物理地址 ，編譯，編譯程序無法預知目標模塊應放于何處。程序無法預知目標模塊應放于何處。n 裝入時，需根據(jù)內存當前的情況，將模塊裝裝入時，需根據(jù)內存當前的情況，將模塊裝入到內存的適當位置，入到內存的適當位置， 存在一個邏輯地址空存在一個邏輯地址空間到內存物理地址空間的轉換過程間到內存物理地址空間的轉換過程 （即（即 重定重定位位 ）。）。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬14Relocation Loading Moden 邏輯地址與實際裝入內存的物理地址會不同。邏輯地址與實際裝入內存的物理地址會不同。Load 1,2500 的作用是把 2500單元中的數(shù)據(jù)送至寄存器 1。在裝入時，指令的地址會由原來的 1000，變?yōu)?11000，取數(shù)地址 2500也會變?yōu)?12500。該例中，在裝入時對目標程序中指令和數(shù)據(jù)的地址修改過程稱為 重定位 。該 地址變換是在裝入時一次完成 的 ，不再改變，故稱為 靜態(tài) 重定位 。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬15Dynamic Runtime Loadingn 把程序裝入內存后，并不立即把裝入模塊中把程序裝入內存后，并不立即把裝入模塊中的邏輯地址轉換為物理地址，仍是相對地址的邏輯地址轉換為物理地址，仍是相對地址。邏輯地址到物理地址的。邏輯地址到物理地址的 轉換直到程序真正轉換直到程序真正運行時運行時 才進行。才進行。n 不僅允許裝入模塊裝入到內存中的任何位置不僅允許裝入模塊裝入到內存中的任何位置，而且，而且 允許程序在運行時在內存中移動允許程序在運行時在內存中移動 。（。（動態(tài)重定位分區(qū)分配）動態(tài)重定位分區(qū)分配）齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬16 程序的鏈接程序的鏈接n 根據(jù)鏈接時間的不同，可分為：根據(jù)鏈接時間的不同，可分為：l靜態(tài)鏈接靜態(tài)鏈接l裝入時動態(tài)鏈接裝入時動態(tài)鏈接l運行時動態(tài)鏈接運行時動態(tài)鏈接關鍵在于進行鏈接的時機齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬17Static Linkingn 在在 程序運行之前把各目標模塊及庫函數(shù)鏈接程序運行之前把各目標模塊及庫函數(shù)鏈接成一個完整的裝入模塊，以后不再拆開成一個完整的裝入模塊，以后不再拆開 。n 裝配時需解決兩個問題：裝配時需解決兩個問題：– (1)對相對地址進行修改。對相對地址進行修改。– (2)變換外部符號。變換外部符號。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬18n 模塊模塊 ABC在鏈接前其內部地址均是相對于起始地在鏈接前其內部地址均是相對于起始地址址 0而言的。而言的。n 鏈接成一個裝入模塊后，鏈接成一個裝入模塊后， BC的首地址分別變成了的首地址分別變成了 L和和 L+M，這就需要修改，這就需要修改 BC中的中的 相對地址相對地址 ，將其全，將其全部加上部加上 L或或 L+M；對于；對于 ABC各模塊中所使用的各模塊中所使用的 外部外部調用符號調用符號 ，也都需進行變換，也都需進行變換， CALL B需變換為需變換為JSL L。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬19Loadtime Dynamic Linkingn 編譯的目標模塊在編譯的目標模塊在 裝入內存時，邊裝入邊鏈裝入內存時，邊裝入邊鏈接接 。n 即在裝入一個目標模塊時，若發(fā)生一個外部即在裝入一個目標模塊時，若發(fā)生一個外部模塊調用，將引起裝入程序去找出相應的外模塊調用，將引起裝入程序去找出相應的外部目標模塊，并將它裝入內存，還需修改目部目標模塊，并將它裝入內存，還需修改目標模塊中的相對地址。標模塊中的相對地址。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬20Loadtime Dynamic Linkingn 優(yōu)點優(yōu)點 : VS 靜態(tài)鏈接靜態(tài)鏈接 各目標模塊分開存放，便于修改或更新各目標模塊分開存放，便于修改或更新 。靜。靜態(tài)鏈接要修改或更新時，需重新打開裝入模態(tài)鏈接要修改或更新時，需重新打開裝入模塊，低效。塊，低效。 可將一個目標模塊鏈接到幾個應用模塊，實可將一個目標模塊鏈接到幾個應用模塊，實現(xiàn)多個應用程序對該模塊的共享現(xiàn)多個應用程序對該模塊的共享 。靜態(tài)鏈接。靜態(tài)鏈接，每個應用模塊都必須含有該目標模塊的完，每個應用模塊都必須含有該目標模塊的完整拷貝，無法共享。整拷貝，無法共享。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬21Runtime Dynamic Linkingn 把對某些模塊的鏈接推遲到執(zhí)行時進行。把對某些模塊的鏈接推遲到執(zhí)行時進行。n 在執(zhí)行過程中，當發(fā)現(xiàn)一個被調用模塊尚未在執(zhí)行過程中，當發(fā)現(xiàn)一個被調用模塊尚未裝入內存時，立即由裝入內存時，立即由 OS去找到該模塊并鏈去找到該模塊并鏈接到調用者模塊上。接到調用者模塊上。n 優(yōu)點：本次執(zhí)行優(yōu)點：本次執(zhí)行 不需要的模塊不鏈接不需要的模塊不鏈接 ?？杉?。可加快裝入過程，而且節(jié)省內存空間。快裝入過程，而且節(jié)省內存空間。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬22 程序的裝入和鏈接程序的裝入和鏈接 小結小結n 程序的裝入程序的裝入– 絕對裝入方式絕對裝入方式– 可重定位裝入方式可重定位裝入方式– 動態(tài)運行時裝入方式動態(tài)運行時裝入方式n 程序的鏈接程序的鏈接– 靜態(tài)鏈接方式靜態(tài)鏈接方式– 裝入時動態(tài)鏈接裝入時動態(tài)鏈接– 運行時動態(tài)鏈接運行時動態(tài)鏈接齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬23 連續(xù)分配方式連續(xù)分配方式連續(xù)分配方式，指為一個用戶程序分配一連續(xù)分配方式，指為一個用戶程序分配一個連續(xù)的內存空間。個連續(xù)的內存空間。n 單一連續(xù)分區(qū)分配單一連續(xù)分區(qū)分配 n 固定分區(qū)分配固定分區(qū)分配n 動態(tài)分區(qū)分配動態(tài)分區(qū)分配n 動態(tài)重定位分區(qū)分配動態(tài)重定位分區(qū)分配n 對換對換 (Swapping) 齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬24 單一連續(xù)分區(qū)分配單一連續(xù)分區(qū)分配n (1)系統(tǒng)區(qū)系統(tǒng)區(qū) 僅提供給僅提供給 OS使用，通常為內存使用，通常為內存中的低址部分中的低址部分 (2)用戶區(qū)用戶區(qū) 單一分區(qū)，除系統(tǒng)區(qū)外的全部單一分區(qū)，除系統(tǒng)區(qū)外的全部內存空間，只提供給用戶使用內存空間，只提供給用戶使用n 2. 適用環(huán)境適用環(huán)境 只適用于單用戶、單任務環(huán)境只適用于單用戶、單任務環(huán)境 ？？齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬25 固定分區(qū)分配固定分區(qū)分配n 最早使用的一種最早使用的一種 可運行多道程序的存儲管理可運行多道程序的存儲管理方式方式 。n 將內存空間劃分為若干個固定大小的區(qū)域，將內存空間劃分為若干個固定大小的區(qū)域，在每個分區(qū)中可以裝入一道作業(yè)在每個分區(qū)中可以裝入一道作業(yè) ，當內存中，當內存中劃分成幾個分區(qū)時，便允許幾道作業(yè)并發(fā)運劃分成幾個分區(qū)時，便允許幾道作業(yè)并發(fā)運行；行； 當有一個空閑分區(qū)時，便可從外存的后當有一個空閑分區(qū)時，便可從外存的后備隊列中，選擇一個適當大小的作業(yè)裝入該備隊列中，選擇一個適當大小的作業(yè)裝入該分區(qū)分區(qū) ；當該作業(yè)結束時，又可從后備隊列中；當該作業(yè)結束時，又可從后備隊列中找出另一個作業(yè)調入該分區(qū)。找出另一個作業(yè)調入該分區(qū)。劃分分區(qū)劃分分區(qū)內存分配內存分配齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬26n 1. 分區(qū)大小相等分區(qū)大小相等使所有的內存分區(qū)大小相等。適用于利使所有的內存分區(qū)大小相等。適用于利用一臺計算機去控制多個相同對象的場合。用一臺計算機去控制多個相同對象的場合。缺乏靈活性。缺乏靈活性。n 2. 分區(qū)大小不等分區(qū)大小不等將內存區(qū)分為大小不等的多塊，靈活性將內存區(qū)分為大小不等的多塊，靈活性稍好，可根據(jù)程序的大小為之分配適當?shù)姆稚院?，可根?jù)程序的大小為之分配適當?shù)姆謪^(qū)。區(qū)。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬27n 把分區(qū)按大小排隊，并建立一個把分區(qū)按大小排隊，并建立一個 分區(qū)使用表分區(qū)使用表。分區(qū)表中記錄各分區(qū)的起始地址、大小和。分區(qū)表中記錄各分區(qū)的起始地址、大小和狀態(tài)。狀態(tài)。n 分配內存時，檢索分區(qū)表分配內存時，檢索分區(qū)表 ，如果存在大小合，如果存在大小合適且未分配的分區(qū)，就把其分配給相應的程適且未分配的分區(qū)，就把其分配給相應的程序，然后置序，然后置 “已