浙江大学城市学院 操作系统chapter4分解

• 管理四个方面：
– 地址重定位 – 内存的分配和回收 – 存储保护 – 存储共享
地址和重定位
• 相对地址或逻辑地址：
– 用户程序经编译后的每个目标模块通常都是从0为基 址开始顺序编址
– 逻辑地址是面向用户的
• 绝对地址或物理地址：
– 内存中各物理存储单元的地址是从同一的基地址开 始顺序编址的
• 重定位
– 将逻辑地址转换成内存的物理地址的过程 – 静态重定位、动态重定位
名字空间 ．．．．．． ．．．．．． A: JMP B ．．．．．． ．．．．．． B:LOAD r1,D1 ．．．．．． ．．．．．． D1: 1234
地址空间 0 ．．．．．．
．．．．．． 10 JMP 40
(2X/10 yrs)
Time
5
100,000
10,000
Performance
1,000 100
Proces s or
10
1 1980
1985
Mem ory
1990
1995 Year
2000
2005
2010
层次型存储体系
CPU Registers
Executable Memory

Cache Memory Primary Memory
．．．．．． ．．．．．． 40 LOAD 1,[500] ．．．．．． ．．．．．． 500 1234
1000 1010 1040 1500
存储空间 ．．．．．． ．．．．．． JMP 1040 ．．．．．． ．．．．．． LOAD r1,[1500] ．．．．．． ．．．．．． 1234
第四章 存储器管理
本章摘要
• 如何对存储器实行有效的管理，不仅直接 影响到存储器的利用率，而且还对系统性 能有重大影响。
– 介绍有关存储管理的基本概念， – 几种常用的存储技术 – 比较常用的存储技术的优缺点
存储层次结构
• 存储系统设计是计算机体系结构设计的关键问题之 一
– 价格，容量，速度的权衡
~500 Bytes 1 clock cycle
<10MB 1-2 Clock cycles
<1GB 1-4 Clock cycles
Secondary Storage
Rotating Magnetic Memory Optical Memory
< 100GB (per device) 5-50 usec
• 优点：
– 由于在程序执行前就完成了地址变换，所以程序执行的速度较快。 – 不需要硬件的支持，在硬件简单的机器中易于实现。 – 无需增加硬件地址转换机构，便于实现程序的静态连接。
< 15GB (per device) 25 usec – 1 sec
Sequential Accessed Memory
< 5GB (per tape) seconds
现代计算机系统的多级存储层次
• 应用程序局部性原理: 给用户
– 一个采用低成本技术达到的存储容量（容量大，价格低） – 一个采用高速存储技术达到的访问速度（速度快）
– CPU能直接存取指令和数据的存储器
• 主存速度快，但容量有限。 • 存储管理主要是对主存的管理，同时也涉及到主存和外存交
换信息
内存在计算机系统中的地位
存储管理的主要功能
• 内存空间
– 系统区：存放OS本身的程序和信息； – 用户区；存放用户的程序和数据等。
• 存储管理的功能是针对用户区的存储空间进行 有效管理
• 用户对存储器的“容量，价格和速度”要求是相互 矛盾的
– 速度越快，每位价格就高 – 容量越大，每位价格就低 – 容量越大，速度就越慢 – 目前主存一般由DRAM构成
• Microprocessor与Memory之间的性能差异越来越大
–CPU性能提高大约60%/year –DRAM 性能提高大约 9％/year
1000
“Moore’s Law” (really Joy’s Law)
µProc CPU 60%/yr.
(2X/1.5yr)
100 10
1
“Less’ Law?”
Processor-Memory Performance Gap: (grows 50% / year)
DRAM DRAM 9%/yr.
a = 0; a
mov [100],0 100
RAM
交换后进程映象移动 了。
100
mov [100],0 200
静态重定位
• 静态重定位是在目标程序装入内存时，由装入程序对目标程序中的指 令和数据的逻辑地址进行适当调整，转换成内存的物理地址。
• 对每个程序来说，这种地址变换只是在装入时一次完成，在程序运行 期间不再进行重定位。
– L1（32K指令+32K数据） – L2（256K） – L3（3M-8M）
• 内存：2G-8G容量，2ns-3ns • 硬盘：
– 传统硬盘，容量是为500GB-3T， 7200转/分 – 笔记本电脑一般500G，5400转/分 – 固态硬盘 SSD，容量128G-256G
内存定义
• 内存
– Main Memory（或Primary Memory或Real Memory）也称主 存，
Performance
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Processor-DRAM Memory Gap (latency)
地址重定位
• 用户作业调入内存空间时所处 的位置是根据内存空间当时的 状况决定的。
• 一般情况下，同一个程序在每 次调入内存时所占用的位置是 完全不同的。
• 为了保证程序在使用内存的不 同区域时仍能正确地执行，必 须把在程序执行时要访问的存 储单元的位置，由用户在编制 程序时所定的地址变换成它们 在内存的实际地址。
CPU Register
Speed (ns): 0.25ns Size (bytes): 500B
C A C H E
1ns
64KB
MEMORY
100ns 1GB
I/O device
10ms 1TB
计算机典型配置
• CPU：多核多进程，主频不再是速度唯一指标 • CPU寄存器：以堆栈形式存在，字长64位 • Cache: