操作系统主存管理PPT课件

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内存管理的目的
操作系统的“方便”性
便于用户装入程序，无须了解底层细节 可实现动态的存储空间伸缩，适应不同程序的需要
操作系统的“合理”性
合理分配内存空间，保证多道程序的顺利运行 合理保护内存空间，防止各种可能的破坏泄漏
操作系统的“有效性”
有效保持内存空间的可用性，防止对资源的浪费 有效实现“小空间大容量”，提高计算机的适应性 有效配合CPU的调度过程，实现系统运行的稳定
通常的存储保护方法—— 界地址保护和存储键保护（不介绍）

(1) 上、下界防护
下界寄存器 20KB
需花费较多CPU时间 不灵活
动态地址映射 在程序执行期间进行地址映射 需硬件地址变换机构重定位装入 程序 地址变换快 灵活
2、主存功能——主存分配
① 构造分配用的数据结构 主存资源信息块（M_RIB）、空闲区队列等等
② 制定分配策略
③ 实施主存分配与回收
3、主存扩充
主存扩充也就是提供虚拟存储器
1）问题的提出 物理存储器容量是有限的，用户程序的大小，可能比内存
（一） 主存的共享方式
内存储器（简称内存、主存、物理存储器） 处理机能直接访问的存储器。用来存放
系统和用户的程序和数据，其特点是存取速度快， 断电信息丢失。
主存的共享方式包含三种：
大小不等的区域—— 分区存储管理 分段存储管理
大小相等的片 —— 页式存储管理
两者结合
—— 段页式存储管理
第七章 主存管理
（一） 主存的共享方式 （二） 主存管理的功能 （三） 分区存储管理技术 （四） 页式存储管理技术 （五） 段式及段页式存储管理技术
计算机系统存储结构
寄存器(register) 命令处理程序
快速缓存(cache) DOS核心
内存(primary storage) 外存(secondary storage)
4. 什么是虚ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ存储器
由操作系统和硬件相配合来完成主存和辅存之间的信 息的动态调度。这样的计算机系统好像为用户提供了 一个其存储容量比实际主存大得多的存储器（虚拟存 储器）。
5. 虚拟存储器的核心 逻辑地址与物理地址分开 主存空间与地址空间分开 提供地址变换机构
6. 实现虚拟存储器的物质基础 有相当容量的辅存 足以存放多用户的作业的地址空间 有一定容量的主存 存放运行进程的当前信息 地址变换机构
0
1000 1100 mov r1,[500] 1500 123 1599
599 作业地址空间
256k-1
存储空间
（2）地址映射的定义 将程序地址空间中使用的逻辑地址变换成主存中的地址的 过程称为地址映射。有时也称为地址重定位。
（3）地址映射的方式 编程或编译时确定地址映射关系 静态地址映射 动态地址映射
1. 主存功能——地址映射
0 1
0 1 n-1
作业1地址空间
┆
┆
0 1
m-1
k-1
作业 i 地址空间
主存空间
（1）为什么要进行地址映射
作业的相应进程在处理机上运行时，所要访问的指 令和数据的物理地址和作业地址空间中的地址是不同 的。
0 100 mov r1,[500] 500 123
将500号单 元处的数 据123送到 寄存器r1 中
1. 地址映射 将程序地址空间中使用的逻辑地址变换成主存中的地址的过程。
2. 主存分配 按照一定的算法把某一空闲的主存区分配给作业或进程。
3. 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。
4. 主存扩充（提供虚拟存储技术） 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。即使在用户程序比主存容量还要大的情况下，程序也能正确 运行。
0 100 mov r1,[500] 500 123
重定位寄存器 1000
500
+
逻辑地址
0 1000 1100 mov r1 , [500] 1500 123
1600
599 作业地址空间
256k-1 存储空间
静态地址映射与动态地址映射的区别
静态地址映射 在作业装入过程中进行地址映射 需软件变换机构重定位装入程序
（二）主存管理的功能
一. 几个概念
1、物理地址（绝对地址、实地址）： 把内存分成若干个大小相等的存储单元， 每个单元给一个编号，这个编号称为内 存地址，是计算机主存单元的真实地址。 存储单元占8位，称作字节（byte）。
2. 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），它是一个一维的线性空 间。
3. 逻 辑 地 址 （ 相 对 地 址 、 虚 地 址）: 用户编程序时所用的地址。基本单 位可与内存的基本单位相同，也可 以不相同。
4. 逻辑地址空间（作业地址空间、 虚地址空间）: 用户的程序地址的集合称为逻辑地 址空间，它的编址总是从0开始的。
0 1
n-1 作业地址空间
二. 主存管理的功能
静态地理映射定义：
在作业装入过程中随即进行的地址变换方式称为静态重定位
或静态地址映射。
0
0 100 mov r1,[500]
重定位 装入程序
m mov r1,[500+m]
m+100 123
500 123
m+500
599 作业地址空间
256k-1 存储空间
动态地址映射定义：
在程序运行时确定地址映射关系。在程序执行期间，随 着每条指令和数据的访问自动地连续地进行地址映射。
4、存储保护
1）什么是存储保护 在多道程序设计的环境下，系统中有系统程序和多个用户程序同 时存在，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？ ——主存储器按区分配给各用户程序使用。为了互不影响，由硬 件(软件配合)保证每道程序只能在给定的存储区域内活动，这种 措施叫做存储保护。
2）存储保护方法
容量小，也可能比内存容量大，有时候要大得多。
在主存容量十分紧张的情况下， 如何让用户使用计算机不受主存容量的限制？
2）解决问题的思路 装入部分程序地址空间，它还能正确地执行？
3）实现方法 程序的全部代码和数据存放在辅存中； 将程序当前执行所涉及的那部分程序代码放入主 存中；
程序执行时，当所需信息不在主存，由操作系统 和硬件相配合来完成主存从辅存中调入信息，程 序继续执行。