【正文】 第四章 存儲(chǔ)器管理 存儲(chǔ)器分成兩類： ? 內(nèi)存儲(chǔ)器 （ 簡稱內(nèi)存 、 主存 、 物理存儲(chǔ)器 ） ? 處理機(jī)能直接訪問的存儲(chǔ)器 。 用來存放系統(tǒng)和用戶的程序和數(shù)據(jù) ， 其特點(diǎn)是存取速度快 ， 存儲(chǔ)方式是以新?lián)Q舊 ， 斷電信息丟失 。 ? 外存儲(chǔ)器 （ 簡稱外存 、 輔助存儲(chǔ)器 ） ? 處理機(jī)不能直接訪問的存儲(chǔ)器 。 用來存放用戶的各種信息 ， 存取速度相對(duì)內(nèi)存而言要慢得多 ， 但它可用來長期保存用戶信息 。在文件系統(tǒng)中介紹 。 ? 1. 內(nèi)存的物理組織 ? 物理地址 ： ? 把內(nèi)存分成若干個(gè)大小相等的存儲(chǔ)單元 ， 每個(gè)單元給一個(gè)編號(hào) ， 這個(gè)編號(hào)稱為內(nèi)存地址 （ 物理地址 、 絕對(duì)地址 、 實(shí)地址 ） ， 存儲(chǔ)單元占 8位 ， 稱作字節(jié)（ byte） 。 ? 物理地址空間： ? 物理地址的集合稱為物理地址空間 （ 主存地址空間 ） ， 它是一個(gè)一維的線性空間 。 ? ? 程序邏輯地址 ： 用戶編程序時(shí)所用的地址（ 或稱邏輯地址 、 虛地址 ） ， 基本單位可與內(nèi)存的基本單位相同 ， 也可以不相同 。 ? 程序邏輯地址空間 （ 邏輯地址空間 、 虛地址空間 ） :用戶的程序地址的集合稱為邏輯地址空間 ， 它的編址總是從 0開始的 ， 可以是一維線性空間 ， 也可以是多維空間 。 ? 1. 存儲(chǔ)管理功能 ? (1)地址映射 ? 將 程序邏輯地址空間 中使用的邏輯地址變換成主存中的地址的過程 ? (2) 主存分配 ? 按照一定的算法把某一空閑的主存區(qū)分配給作業(yè)或進(jìn)程。 ? (3) 存儲(chǔ) 保護(hù) ? 保證用戶程序 (或進(jìn)程 映象 )在各自的存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)操作，互不干擾。 ? (4) 提供虛擬存儲(chǔ)技術(shù) ? 使用戶程序的大小 和結(jié)構(gòu) 不受主存容量和結(jié)構(gòu) 的限制，即使在用戶程序比實(shí)際主存容量還要大的情況下，程序也能正確運(yùn)行． ? 地址映射 ? 一 、 什么是地址映射 ? 地址映射 ? 將程序地址空間中使用的邏輯地址變換成主存中的物理地址的過程稱為地址映射 。 有時(shí)也稱為地址重定位 。 ? 二 、 地址映射方式 （ 程序的鏈接方式 ） ? 地址映射的功能就是要建立虛實(shí)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ， 實(shí)現(xiàn)地址映射有三種方式： ? ? ? ? 1. 編程或編譯時(shí)確定地址映射關(guān)系（ 對(duì)應(yīng)與靜態(tài)鏈接方式 ） ? ? 編程時(shí)確定虛－實(shí)地址的關(guān)系是指在用機(jī)器指令編程時(shí) ， 程序員直接按物理內(nèi)存地址編程 ， 這種程序在系統(tǒng)中是不能做任何移動(dòng)的 ， 否則就會(huì)出錯(cuò) 。 ? ? 靜態(tài)地址映射是在程序裝入內(nèi)存時(shí)完成從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換的 。 ? 在一些早期的系統(tǒng)中都有一個(gè)裝入程序 （ 加載程序 ） ， 它負(fù)責(zé)將用戶程序裝入系統(tǒng) ， 并將用戶程序中使用的訪問內(nèi)存的邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址 。 ? 評(píng)價(jià) : ? 優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單 ， 不要硬件的支持 。 ? 缺點(diǎn)是程序一旦裝入內(nèi)存 ， 移動(dòng)就比較困難 。有時(shí)間上的浪費(fèi) 。 在程序裝入內(nèi)存時(shí)要將所有訪問內(nèi)存的地址轉(zhuǎn)換成物理地址 。 ? ? 動(dòng)態(tài)地址映射是在程序執(zhí)行時(shí)由系統(tǒng)硬件完成從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換的 。 ? 系統(tǒng)中設(shè)置了重定位寄存器 。 ? 動(dòng)態(tài)地址映射是由硬件執(zhí)行時(shí)完成的，程序中不執(zhí)行的程序就不做地址映射的工作，這樣節(jié)省了 CPU的時(shí)間 。 ? 重定位寄存器的內(nèi)容（ 程序裝入內(nèi)存的基址 ）由操作系統(tǒng)用特權(quán)指令來設(shè)置，比較靈活 。 ? 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地址映射必須有硬件的支持，并有一定的執(zhí)行時(shí)間延遲?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中都采用動(dòng)態(tài)地址映射技術(shù)。 ? 動(dòng)態(tài)地址映射技術(shù)能滿足以下目標(biāo)： ? （ 1） 具有給一個(gè)用戶程序任意分配內(nèi)存區(qū)的能力； ? （ 2） 可實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)； ? （ 3） 具有重新分配的能力 ? （ 4） 對(duì)于一個(gè)用戶程序 ， 可以分配到多個(gè)不同的存儲(chǔ)區(qū) （ 通過動(dòng)態(tài)改變重定位寄存器實(shí)現(xiàn) ） 程序的裝入和鏈接 庫鏈接程序裝入模塊裝入程序編譯程序產(chǎn)生的目標(biāo)模塊第一步 第二步 第三步內(nèi)存? 程序的裝入 1. 絕對(duì)裝入方式 (Absolute Loading Mode) 1. 絕對(duì)裝入方式 (Absolute Loading Mode) 程序中所使用的絕對(duì)地址 ， 既可在編譯或匯編時(shí)給出 ， 也可由程序員直接賦予 。 但在由程序員直接給出絕對(duì)地址時(shí) ， 不僅要求程序員熟悉內(nèi)存的使用情況 ， 而且一旦程序或數(shù)據(jù)被修改后 ， 可能要改變程序中的所有地址 。 因此 ，通常是寧可在程序中采用符號(hào)地址 ， 然后在編譯或匯編時(shí) ，再將這些符號(hào)地址轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址 。 2. 可重定位裝入方式 (Relocation Loading Mode) L O A D 1 ,2 5 0 0365L O A D 1 ,2 5 0 0365100001100012500150005000250010000作 業(yè) 地 址空 間內(nèi)存空間3. 動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入方式 (Denamle Runtime Loading) 動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)的裝入程序 ， 在把裝入模塊裝入內(nèi)存后 ，并不立即把裝入模塊中的相對(duì)地址轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址 ， 而是把這種地址轉(zhuǎn)換推遲到程序真正要執(zhí)行時(shí)才進(jìn)行 。 因此 ， 裝入內(nèi)存后的所有地址都仍是相對(duì)地址 。 程序的鏈接 1. 靜態(tài)鏈接方式 (Static Linking) 圖 43 程序鏈接示意圖 模塊 AC A L L B ；R e t u r n ；0L － 1模塊 BC A L L C ；R e t u r n ；0M － 1模塊 CR e t u r n ；0N － 10模塊 AJ S R “ L ”R e t u r n ；L － 1模塊 BJ S R “ L ＋ M”R e t u r n ；LL ＋ M － 1L ＋ ML ＋ M ＋ N － 1模塊 CR e t u r n ；( a ) 目標(biāo)模塊 ( b ) 裝入模塊 在將這幾個(gè)目標(biāo)模塊裝配成一個(gè)裝入模塊時(shí) ， 須解決以下兩個(gè)問題： (1) 對(duì)相對(duì)地址進(jìn)行修改 。 (2) 變換外部調(diào)用符號(hào)。 程序的鏈接 1. 靜態(tài)鏈接 (static Linking) 2. 裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接 (Load time Dynamic Linking) 裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接方式有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 便于修改和更新。 (2) 便于實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)模塊的共享。 3. 運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接 (Runtime Dynamic Linking) 近幾年流行起來的運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接方式 ， 是對(duì)上述在裝入時(shí)鏈接方式的一種改進(jìn) 。 這種鏈接方式是將對(duì)某些模塊的鏈接推遲到執(zhí)行時(shí)才執(zhí)行 ， 亦即 ， 在執(zhí)行過程中 ， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)被調(diào)用模塊尚未裝入內(nèi)存時(shí) ， 立即由 OS去找到該模塊并將之裝入內(nèi)存 ， 把它鏈接到調(diào)用者模塊上 。 凡在執(zhí)行過程中未被用到的目標(biāo)模塊 ， 都不會(huì)被調(diào)入內(nèi)存和被鏈接到裝入模塊上 ， 這樣不僅可加快程序的裝入過程 ， 而且可節(jié)省大量的內(nèi)存空間 。 內(nèi)存分配 ? 在多道程序設(shè)計(jì)的環(huán)境中，內(nèi)存分配的功能包括：制定分配策略、構(gòu)造分配用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、響應(yīng)系統(tǒng)的內(nèi)存分配的請(qǐng)求和回收系統(tǒng)釋放的內(nèi)存區(qū)。內(nèi)存管理策略有三種： ? 放置策略 ? 決定內(nèi)存中放置信息的區(qū)域 （ 或位置 ） ，即如何在若干個(gè)空閑區(qū)中選擇一個(gè)或幾個(gè)空閑區(qū)的原則； 內(nèi)存分配 ? 調(diào)入策略 ? 決定信息裝入內(nèi)存的時(shí)機(jī) ， 有兩種 （ 1）在用戶請(qǐng)求時(shí)調(diào)入 ， 稱為 請(qǐng)調(diào) ； （ 2） 根據(jù)某種算法 ， 確定系統(tǒng)將要使用的信息 ， 并在執(zhí)行前預(yù)先調(diào)入內(nèi)存 ， 稱為 預(yù)調(diào) ； ? 淘汰策略 ? 當(dāng)內(nèi)存不足時(shí) ， 決定將某些信息調(diào)出內(nèi)存的策略 (交換與覆蓋 ) 。 內(nèi)存分配 ? 分區(qū)存儲(chǔ)管理 ? 分區(qū)存儲(chǔ)管理是滿足多道程序設(shè)計(jì)的最簡單的一種存儲(chǔ)管理方法，它允許 多個(gè) 用戶程序同