操作系统C 第4章 存储器管理1

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4.3 连续分配方式
• 连续分配方式：是指为一个用户程序分 配一个连续的内存空间。 • 连续分配包括：单一连续分配、固定分 区分配、动态分区分配、动态重定位分 区分配。
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4.3.1 单一连续分配
又叫单用户连续分配，内存分系统区和 用户区，用于单用户单任务操作系统。
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4.3.2 固定分区分配
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4.1.3 高速缓存器(Cache)和磁盘缓存
1.高速缓存 • Cache由硬件寄存器构成，CPU可直接存取其中 的信息，存取速度远大于内存,Cache直接做在 CPU中。 2.磁盘缓存 利用主存储器空间暂存从磁盘中读出或写入的 信息，减少访问磁盘的次数。
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4.2 程序的装入和链接
用户程序的主要处理阶段：
内存的分配（图4-6）与回收（图4-7）
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4.3.6 可重定位分区分配
1 动态重定位的引入
由于内存零头或碎片存在，会使大的作业不 能装入，因此要拼接或紧凑这些碎片形成一 个大的存储空间（图4-8），在此过程中需 要对已经装入的用户程序进行移动，即对用 户程序的地址重定位。
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2 动态重定位的实现
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逻辑地址（相对地址）：用户程序经编译之后的 地址，一般情况下，每个目标模块都以0为基地 址顺序编址。 绝对地址（物理地址）：内存中各物理存储单元 的地址，是从统一的基地址顺序编址。
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2.可重定位装入（图4-2）方式
• 程序和数据装入内存时需对装入模块中的地址 进行修改，这种把逻辑地址转变为内存物理地 址的过程叫地址重定位。 • 又因为地址变换通常是在装入时一次完成的， 以后不再修改，所以又叫静态重定位。
第四章 存储器管理
1 2 3 4 5 6 7 8 9 （ ） 存储器的层次结构 程序的装入和链接 连续分配方式 基本分页存储管理方式 基本分段存储管理方式 虚拟存储器的基本概念 请求分页式存储管理方式 页面置换算法 请求分段式存储管理方式
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4.1 存储器的层次结构
在理想情况下，存储器应该：速度快、容 量大、价格便宜。 4.1.1多级存储结构
• 分区管理是能够满足多道程序运行的最简 单的存储管理方案。
• 分区分配的基本思想是把内存划分成若干 个连续区域，每个分区装入一个运行程序。 • 分区分配可归纳成固定分区和可变分区。
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4.3.2 固定分区分配
固定分区分配的基本思想：将内存用户 空间划分为若干个固定大小区域，一旦 划分好，在运行期间不再重新划分。每 个分区装入一个作业。 • 划分分区的方法：分区大小相等；分区 大小不等： • 内存分配：分区使用表（图4-4）包括分 区的起始地址，大小，状态
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练习题 4
• 动态重定位的方式有哪几种？ ① 连续分配方式下的重定位 ② 离散分配方式下的重定位
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练习题 5
• 内存保护是否可以完全由软件来实现？ 为什么？
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练习题 6
• 整体对换是否将整个进程换出？能否说 “整体对换从逻辑上也扩充了内存，整 体对换实现了虚拟存储器功能”？
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4）最坏适应算法： • 空闲分区按容量由大到小排列成一个空 闲分区链，选一个最大的空闲分区分配 给作业使用。 • 不会形成太多的不可用的小分区，但缺 少大的分区。
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5）快速适应算法
• 按照空闲分区的大小进行分类，形成多 个空闲分区链，另设一张管理索引表 • 属于分类搜索法
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3 分区分配操作
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总结
• 存储器的层次 • 程序的装入和链接 • 连续分配方式
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练习题 1
• 某系统采用动态分区分配方式管理内存， 内存空间640k,高端40k存放操作系统。在 内存分配时优先使用低端空间，对下列请 求序列，分别绘图表示首次适应算法和最 佳适应算法进行内存分配和回收后内存的 使用情况
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• • • • •
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2 装入时动态链接 目标模块边装入边链接。 • 装入时动态链接的优点： ① 便于修改和更新 ② 便于实现目标模块的共享
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3 运行时动态链接 只链接需要运行的模块，加快程序的装入， 提高内存利用率
思考：三种程序的装入和链接方式的优缺 点比较。
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答 案
• 绝对装入：不需要地址转换，但只适用于 单道程序处理环境。 • 可重定位装入：地址变换通常在装入时一 次完成，但不允许程序运行时移动位置。 • 动态运行时装入：在装入时不进行地址转 换，在运行时动态的转换，需要硬件的支 持。
作业1申Fra Baidu bibliotek130K 作业2申请60K 作业3申请100K 作业2释放60K 作业4申请200K
• • • • • •
作业3释放100K 作业1释放130K 作业5申请140K 作业6申请60K 作业7申请50K 作业6释放60K
操作
首次适应
已分配分区 (作业 始址 大小) 空闲分区 (作业 始址 大小)
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2）循环首次适应算法：
• 从上次找到的空闲分区开始向下找，直到找到 一个大小能够满足要求的分区为止。 • 采用循环查找方式 • 该方法使内存中的空闲分区分布更均匀，减少 了查找空闲分区的开销，但会使内存缺乏大的 空闲分区。
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3）最佳适应算法： • 空闲分区按照由小到大顺序形成一个空 闲分区链，每次为作业分配内存时，总 是把能够满足要求、又是最小的空闲分 区分配给作业，避免大材小用。 • 该算法产生小的空闲区
1) 2) 3) 4) 5) 编辑阶段—创建源文件 编译阶段—生成目标文件（目标模块） 连接阶段—生成可执行文件（装入模块） 装入阶段—地址重定位，装入内存 运行阶段—得到结果
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用户程序处理的三个步骤(图4-1)：
编译—链接—装入
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4.2.1 程序的装入
1.绝对装入方式
程序逻辑地址与内存中绝对地址相同，即 编译时生成的目标模块使用的地址与装入 内存的地址一致。
最佳适应
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练习题2
存储器管理的基本任务？
• 为多道程序的并发执行提供良好的存储器环境， 具体包括： 各得其所，独立运行 实现虚拟存储器，为用户提供大的存储空间 为用户对信息的使用提供方便 使存储器有较高的利用率
① ② ③ ④
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练习题 3
• 在什么情况下需要进行重定位？为什么 引入动态重定位？
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• 静态链接：实现简单，但程序模块的修改 和更新难，不易实现共享。 • 装入时动态链接：便于对程序模块进行修 改和更新，并且可以对目标模块共享。 • 运行时动态链接：便于修改和更新，实现 共享，还可以加速装入，提高内存的利用 率。
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知识回顾
• 什么叫做逻辑地址，什么叫做物理地址？ • 程序的装入方式有三种，分别是什么？ • 程序的链接方式有三种，分别是什么？
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2 对换空间的管理 • 将外存分为文件区和交换区 • 文件区存放长期保存的文件，采用离散分 配，目的就是提高文件存储器的利用率。 • 交换区存放频繁换入换出的进程，采用连 续分配，目标是提高换入换出速度。
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3 进程的换入和换出 • 换出过程：处于阻塞且优先级最低为换出 进程 • 换入过程：处于就绪状态但已换出的进程
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1 分区分配中的数据结构
已分配分区表： 分区序号、分区始地址、大小、状态标志 空闲分区表： 分区序号、分区始地址、大小、状态标志 空闲分区链（图4-5）：双向链接
空闲分 区的两 种形式
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2 分区分配算法
1）首次适应算法FF：
• 空闲分区以地址递增的顺序排列，从头开始找 到一个大小能够满足要求的分区为止。 • 该算法首先利用内存中低址部分的空闲分区。 • 低址部分不断被划分，留下了难以利用的小的 空闲分区。 • 每次查找都从低址部分开始，增加了查找空闲 分区的时间开销。
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3.动态运行时装入方式
装入程序把装入模块装入内存后，并不立即将 相对地址转换成绝对地址，而是把地址转换推 迟到程序执行时才进行。
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4.2.2 程序的链接
1 静态链接方式（图4-3）
程序运行之前链接目标模块和需要的库函数，以 后不再拆开。 • 静态链接必须解决两个问题： ① 相对地址进行修改 ② 变换外部调用符
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4.3.3 动态分区分配(可变分区分配)
• 为了解决内存浪费问题，系统不预先划分固 定分区，而是在装入程序时为各作业分配其 大小恰好适应作业大小的空间，且分区的个 数是可变的。 • 根据进程的需要，动态的分配内存空间。
• 在实际分配中涉及到：分区分配所用的数据 结构、分区分配算法、分区的分配和回收工 作。
CPU寄存器
主存
辅存
寄存器 高速缓存 主存 磁盘缓存 磁盘 移动存储介质
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特点：
• 存储层次中越往上，存储介质的访问速度越快、存储容 量越小、价格越昂贵。
• 其中，寄存器、高速缓存、主存、磁盘缓存属于存储器 管理的范畴，掉电后存储信息不存在。磁盘和移动存储 介质属于设备管理范畴，信息长期保存。 • 寄存器和主存储器有叫做可执行存储器，存储的信息可 使用load或store指令进行访问；而对辅存的访问需要 中断、设备驱动程序、设备的运行。
• 在动态运行时装入方式中，作业装入内 存后所有的地址仍然是相对地址，将相 对地址转换成物理地址的工作推迟到程 序执行时进行。为了不影响指令的执行 速度，必须由硬件地址变换机构支持 （图4-9）
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3 动态重定位分区分配操作
动态重定位分区分配操作与动态分区分 操作法基本相同，差别在于增加了紧凑 功能，（图4-10）
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4.1.2 主存储器与寄存器
1 主存储器：是指CPU能直接存取指令和数据的 存储器。CPU和I/O系统都要和内存打交道， 对内存的访问是通过一系列对指定地址单元进 行读或写来实现的。
CPU
内存
I/O系统
外 设
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2. 寄存器
• 寄存器访问速度最快，完全能够与CPU 协作，价格昂贵。 • 长度一般以字为单位 • 用于加速存储器的访问速度。
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4.3.7 对换
1 对换的引入
• 所谓“对换”是指把内存中暂时不能运行的进 程或暂时不用的程序或数据调出到外存，腾出 空间，再把外存上具备运行条件的进程或数据 调入内存。即内存与外存数据交换。 • 整体对换(进程对换)：提高内存利用率，解决 内存紧张问题。 • 部分对换（页面对换，分段对换）：支持虚拟 存储器系统