第四章 存储器管理资料
第4章1-存储器管理PPT课件
28.01.2021
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⑵ 不必给程序分配连续的内存空间,可以较好地利 用较小的内存块,这便于存储器用紧缩来解决存储 器的碎片问题。 动态地址再定位的缺点:需要附加的硬件支持,而 且实现存储管理的软件算法比较复杂。
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4.3 连续分配存储方式
计算机对装入内存的程序有两种分配方式:连续分配 和离散分配。 连续分配:为一个用户程序分配一个连续的内存空间, 主要用于60-70年代。它又分为二种:单一连续分配方 式和分区式分配方式 离散分配:将一个用户程序离散的分配到内存空间中 去,它有分页和分段两种分配方式。
区没有被使用的空间最小;
☻仅仅保证所选择的分区能够放得下相关进程即可。
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☻长处:
实现简单; 系统开销小。
☻不足:
因已分配分区存在内零头(Internal Fragment)而
使存储利用率不高;
因分区尺寸固定而使系统无法运行大程序; 因分区数目固定而使活动进程的数目受限。
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逻辑地址(相对地址):相对用户程序模块,以0
地址为起始地址的编址方式。
物理地址(绝对地址):相对于内存,每一单元有
唯一地址的编址方式。
地址重定位(Relocation):把相对地址转换成内存
中的绝对地址的过程,也叫地址映射(map)。
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4.2.1 程序的装入
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当CPU取一条访问内存的指令时,地址变换硬件逻辑 自动将指令中的相对地址与重定位寄存器中的值相加, 再根据和值作为内存的绝对地址去访问该单元的数据。
计算机操作系统-存储器管理
寄存器 高速缓冲存储器
主存
磁盘缓存 磁盘 可移动存储介质
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❖存储器的层次结构
1、主存储器 CPU只能从主存储器中取得指令和数据。 但运行速度远低于CPU执行指令的速度。
2、寄存器 访问速度最快,但价格昂贵。
3、高速缓存 容量远大于寄存器,但比主存小两三个数量级。
4、磁盘缓存 利用主存中的存储空间。
单一连续分配
固定分区分配
动态分区分配
可重定位分区分配
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❖4.2.3 动态分区分配
1. 原理 动态分区分配是根据进程的实际需要,动态地为之分配 内存空间。作业装入内存时,把可用内存分出一个连续 区域给作业,且分区的大小正好适合作业大小的需要。 分区的大小和个数依装入作业的需要而定 2. 实现 在实现过程中涉及如下问题:
❖ 内容及要求 ➢ 四种连续分配方式; ➢ 理解和掌握动态分区分配及动态重定位 分区分配方式; ➢ 掌握动态分区分配算法
编辑版pppt
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❖4.2 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。
单一连续分配
固定分区分配
动态分区分配
可重定位分区分配
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❖4.2.1 单一连续分配方式
FF算法要求空闲分区表以地址递增的次序排列。在分配 内存时,从表首开始顺序查找,直至找到一个大小能满 足要求的空闲分区为止;然后按照作业的大小,从该分 区中划出一块内存空间分配给请求者,余下的空闲分区 仍留在空闲分区表中。若从头用内存低址部分的内存空间,保留了高址部分 的大空闲区。
✓分区分配中的数据结构 ✓分区分配算法 ✓分区分配及回收操作
计算机操作系统第四章存储器管理复习资料
第四章存储器管理第一部分教材习题(P159)15、在具有快表的段页式存储管理方式中,如何实现地址变换?答:在段页式系统中,为了便于实现地址变换,须配置一个段表寄存器,其中存放段表始址和段长TL。
进行地址变换时,首先利用段号S,将它与段长TL进行比较。
若S<TL,表示未越界,利用段表始址和段号来求出该段所对应的段表项在段表中的位置,从中得到该段的页表始址,并利用逻辑地址中的段内页号P来获得对应页的页表项位置,从中读出该页所在的物理块号b,再利用块号b和页内地址来构成物理地址。
在段页式系统中,为了获得一条指令或数据,须三次访问内存。
第一次访问内存中的段表,从中取得页表始址;第二次访问内存中的页表,从中取出该页所在的物理块号,并将该块号与页内地址一起形成指令或数据的物理地址;第三次访问才是真正从第二次访问所得的地址中,取出指令或数据。
显然,这使访问内存的次数增加了近两倍。
为了提高执行速度,在地址变换机构中增设一个高速缓冲寄存器。
每次访问它时,都须同时利用段号和页号去检索高速缓存,若找到匹配的表项,便可从中得到相应页的物理块号,用来与页内地址一起形成物理地址;若未找到匹配表项,则仍须再三次访问内存。
19、虚拟存储器有哪些特征?其中最本质的特征是什么?答:虚拟存储器有以下特征:多次性:一个作业被分成多次调入内存运行,亦即在作业运行时没有必要将其全部装入,只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可;以后每当要运行到尚未调入的那部分程序时,再将它调入。
多次性是虚拟存储器最重要的特征,任何其他的存储器管理方式都不具有这一特征。
因此,认为虚拟存储器是具有多次性特征的存储器系统。
对换性:允许在作业的运行过程中进行换进、换出,也即,在进程运行期间,允许将那些暂不使用的程序和数据,从内存调至外存的对换区(换出),待以后需要时再将它们从外存调至内存(换进);甚至还允许将暂不运行的进程调至外存,待它们重又具备运行条件时再调入内存。
操作系统课件之第四章存储器管理
• 存储器管理概述 • 存储器组织结构 • 内存分配与回收 • 虚拟内存管理 • 存储器管理性能优化
01
存储器管理概述
存储器管理的功能
内存分配
为每个进程分配所需的 内存空间,包括代码、
数据和堆栈。
内存回收
当进程完成或释放其内 存时,操作系统负责回
收这些内存。
内存保护
动态分配策略
根据进程的实际需要动态 地分配物理内存。
分段式分配策略
将进程的逻辑地址空间划 分为多个段,每个段对应 一个物理内存区域。
05
存储器管理性能优化
内存访问冲突的解决
内存访问冲突是指多个进程同时访问同一内存地址时产生 的冲突,可能导致数据错误或程序崩溃。
解决内存访问冲突的方法包括使用锁机制、信号量机制、 避免死锁等,以实现进程间的互斥访问和同步控制。
确保每个进程只能访问 其分配的内存空间,防
止非法访问。
内存扩充
通过虚拟内存技术,将物理 内存与外部存储器结合,提
供更大的可用内存空间。
存储器管理的分类
固定分区存储器管理
将内存划分为固定大小的分区 ,每个进程分配一个分区。
可变分区存储器管理
根据进程大小动态分配内存分 区过页表进 行映射。
引用计数
通过跟踪每个内存块的引用计数来回 收内存,当引用计数为零时,该内存 块可以被回收。
分代收集
将内存中的对象按照存活时间和使用 频率分为不同的代,根据不同代的特 性采用不同的回收策略。
内存优化技术
内存压缩
通过压缩内存中的数据来减 少内存占用和提高内存利用 率。
内存共享
通过共享内存中的数据来减 少内存占用和提高数据利用 率。
第四章存储器管理9697088页PPT
• 将分区按大小排序,并将其地址、分配标识作 记录
• 例:dos的MCB(memory control block)
三、特点:
• 简单,分区大小固定,造成存储空间的浪费
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存储器管理
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分区 大小 起址 状态 号 (KB) (KB)
1 12
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已分配
2 32
32
已分配
3 64
64
已分配
内存
库
编译程 序产生 的目标
模块
链接 程序
装入 模块
装入 程序
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存储器管理
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4.2.1 程序的装入
1、绝对装入: 编译后,装入前已产生了绝对地址(内存地址),装入 时不再作地址重定位。 • 绝对地址的产生:(1)由编译器完成,(2)由程序 员编程完成。 对(1)而言,编程用符号地址。 • 优点:装入过程简单,实现容易。 • 缺点:过于依赖于硬件结构,不适于多道程序系统。
2500
365
12500
365
+
5000 作业J
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处理机一侧 存储器一侧 存储器管理
主存
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图4.10动态重定位分区分配算法
请求分配u.size 检索空闲分区链(表)
无法分配, 否 返回
空闲分区总和 否 >=u.size?
是
紧凑形成连 续空闲区
找到大于u.size的可用 分区否?
存储器管理
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从头开始查表
检索完否? Y
返回
图
N
4
-
m.size>u.size? N 继续检索下一个表项
存储器的管理课件文本
第4章 存储器管理
02
最佳适应法
可以在上述两种数据结构上实施,但要求按自由块从小到大的顺序排序。分配从头开始查找,即从小端到大端的方向查找。直到找到第一个满足要求的自由块。显然,所能找到的自由块能满足要求的最小块。
最坏适应算法
数据结构和排序方法如上。当分配空间时不 是从小往大查,而是从大往小查,因此,所找到的自由块是所有自由块中最大者。
0
M-1
N-1
0
目标模块
装入模块
0
L-1
模块A JSR “L” Return ; 模块B JSR”L+M” Return 模块C Return
L
L+M-1
L+M
L+M+N-1
图4.5 程序链接示意图
第4章 存储器管理
4.2.连续分配存储管理方式
连续分配是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间,连续分配有两种:单道程序的连续分配和多道程序的连续分配。多道程序的连续分配又称为分区分配方式,它包括固定分区、动态分区和动态重定位分区三种。下面就是对各种连续存储管理的研究。
第4章 存储器管理
第4章 存储器管理
(2)可重定位装入方式
又称静态重定位。是在程序执行之前,有操作系统的重定位装入程序完成。一般用于多道程序环境中,编译程序不能预知所编译的目标模块在内存什么地方。重定位程序根据装入程序的内存起始地址,直接修改所涉及到的逻辑地址,将内存的起始地址加上逻辑地址得到正确的内存地址。
教学内容
存储器管理概述 连续分配存储管理方式 分页存储管理方式 分段存储管理方式 虚拟存储器的基本概念 请求分页 请求分段存储管理 LINUX系统的内存管理方法 本章小结
存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中,存储器是信息处理的来源与归宿,占据重要位置。
但是,在现有技术条件下,任何一种存储装置,都无法从速度、容量、是否需要电源维持等等多方面,同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢,容量由小到大的存储装置层次。
图4-1 计算机系统存储器层次示意图2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache:容量很小、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问;•内存RAM:容量在若干KB、MB、GB,中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问;•磁盘高速缓存:一般设于主存中;•多种类型的磁盘:容量在数MB或数GB,低速、价廉、不需要电源维持、CPU不可直接访问;由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理(主存管理)的目的1、尽可能地方便用户;提高主存储器的使用效率,使主存储器在速度、规模和成本之间获得较好的权衡。
(注意CPU和主存储器,这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能:•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址,虚地址):用户源程序经过编译/汇编、链接后,程序内每条指令、每个数据等信息,都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址,实地址):是一个实际内存(字节)单元的编址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间,它是从0开始的、是一维的;●将用户程序被装进内存,一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时,通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的,需要把(程序中的)逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射;例如指令LOAD L,2500 /*将2500号单元内的数据送入寄存器L*/ ----P123图4-3 作业装进内存时的情况地址映射分静态和动态两种方式。
第四章 存储器管理(1-2)
物理地址空间
Load A data1
100
Load A 200
1100
Load A 1200
编译 连接
data1 3456 200 3456
地址映射
1200 3456 。 。
第四章 存 储 器 管 理
地址映射的方式
静态地址映射: 1)程序被装入内存时由操作系统的连接装入程序完成 程序的逻辑地址到内存地址的转换; 2)地址转换工作是在程序执行前由装入程序集中一次 完成。 假定程序装入内存的首地址为BR,程序地址为VR,内存 地址为MR,则地址映射按下式进行:MR=BR+VR
② 便于实现对目标模块的共享:将内存中的一个模块可 以连接到多个程序中。 ③ 要运行的程序都必须在装入时,全部连接调入内存。
第四章 存 储 器 管 理
3. 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking) 动态链接方式:将对某些模块的链接推迟到执行时才实施, 亦即,在执行过程中,当发现一个被调用模块尚未装 入内存时,立即由OS去找到该模块并将之装入内存, 把它链接到调用者模块上。特点如下: 特点:凡在执行过程中未被用到的目标模块,都不会被调 入内存和被链接到装入模块上,这样不仅可加快程序 的装入过程,而且可节省大量的内存空间。
硬件支持:在动态地址重定位机构中,有一个基地址寄存器BR和一 个程序地址寄存器VR,一个内存地址寄存器MR。
转换过程:MR=BR+VR
第四章 存 储 器 管 理
把程序装入起始地址为100的内存区
0 100
重定位寄存器 1000
…
MOV r1,[50]
0 1000 1100
… …
MOV r1பைடு நூலகம்[50]
四章节存储器管理-资料
• 采用循环查找的方式 • 优点:空闲分区的分布得更均匀;缺点:会缺乏大空闲分区;
(3) 最佳适应算法。
• 找到满足要求,又是最小的空闲分区 • 从小到大形成一空闲分区链 • 但切割剩余部分是最小的
第四章 存 储 器 管 理
从头 开始 查表
可以采用这样两个方法来解决这一问题: ① 采用离散分配方式来解决难以找到一块连续的大内存空间的问题: ② 只将当前需要的部分页表项调入内存, 其余的页表项仍驻留在磁盘上, 需要时再调入。
第四章 存 储 器 管 理 1. 两级页表(Two-Level Page Table)
逻辑地址结构可描述如下:
第四章 存 储 器 管 理
• 为加快转换速度,增设重定位寄存器,用于存放起始 地址
• 在小分区“拼凑”时,不需对程序作任何修改
第四章 存 储 器 管 理 2.
0 100
LOAD1,2500
2500 365
相对地址 2500
重定位寄存器 10000
10000 10100
LOAD1,2500
+
12500
365
5000
作业J
15000
第四章 存 储 器 管 理
4.2 连续分配方式
4.2.1 单一连续分配 (单用户、单任务)
把内存分为系统区和用户区两部分 系统区仅提供给OS使用,通常是放在内存的低址部分; 用户区是指除系统区以外的全部内存空间, 提供给用户使 用。
第四章 存 储 器 管 理
4.2.2 固定分区分配
1. 划分分区的方法 (1) 分区大小相等。 (2) 程序太小时浪费内存,程序太大时可能不足以装入。 (3) (2) 分区大小不等。 (4) 多个较小的分区,适量的中等分区,少量大分区
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第四章 存 储 器 管 理
一.地址映射(地址重定位)
• 逻辑地址(程序地址,相对地址,虚地址): 用户的程序经过汇编或编译后形成目标代码,目 标代码通常采用相对地址的形式;
由逻辑地址组成的空间称为逻辑地址空间(或程 序地址空间)
– 其首地址为0,其余指令中的地址都相对于首地址来 编址。
存储层次结构
高
速 度
寄存命器令(处re理gi程st序er) 内存高(速pr缓iDmO存aSr核(yc心ascthoer)age)
外存(secondary storage)
低
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小 容 量
大
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第四章 存 储 器 管 理
主存管理的功能
• 地址映射(地址重定位) • 主存分配和回收 • 存储保护和共享 • 主存扩充(虚拟内存)
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第四章 存 储 器 管 理
分配结构
• 分配结构是用来登记内存使用情况的数据 结构。如空闲区表、空闲区队列等。
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辽东学储 器 管 理
引起内存分配和回收的原因
• 进程的开始和结束。
• 进程运行的过程中,它所占用的内存也可能发生 变化。如栈的变化。
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第四章 存 储 器 管 理
实现虚拟内存的基本原理
• 将程序正在使用的部分内容放在内存,而暂时不 用的部分放在外存,在需要时由系统调入内存, 并将不需要(或暂不需要)的部分调出内存。
• 由于程序在执行时,在一段时间内一般仅使用它 的程序的一部分(或一小部分),所以程序仅有 部分装入内存完全能够正确执行。
• 要由操作系统结合相关硬件来完成上述工件,这 样计算机好象为用户提供了一个容量远大于内存 的存储器,这个存储器称为虚拟存储器。
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第四章 存 储 器 管 理
§4.1 程序的装入和链接
将用户源程序变为可在内存中执行的程序的步骤:
编译:由编译程序将用户源代码编译成若干个目标模 块
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第四章 存 储 器 管 理
图示
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第四章 存 储 器 管 理
四.主存扩充(虚拟内存)
• 为了使程序员在编程时不受内存的结构和 容量的限制,系统为用户构造一种存储器, 其结构可能与内存结构不同,容量可能远 远超过内存的实际容量。这种面向编程的 存储器称为虚拟存储器。由虚存构成的存 储空间称为虚存空间。或称虚地址空间。
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第四章 存 储 器 管 理
存储保护的硬件支持
• 界地址寄存器(界限寄存器)
• 界地址寄存器被广泛使用的一种存储保护 技术
• 机制比较简单,易于实现
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第四章 存 储 器 管 理
实现方法
• 在CPU中设置一对下限寄存器和上限寄存器存放 用户作业在主存中的下限和上限地址
• 进程映像在内存和外存之间传递。由于内存有限, 系统中不可能容纳所有进程,有些进程的映像可 以存放在外存,当要运行这些进程时,必须把它 们调入内存。
• 系统为了充分利用内存空间,有时可能对内存空 间进行调整。
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第四章 存 储 器 管 理
三.存储保护
保证在内存中的多道程序只能在给定的存 储区域内活动并互不产生干扰。 包括: • 防止地址越界 • 防止越权(对共享区有访问权)
• 也可将一个寄存器作为基址寄存器,另一寄存器 作为限长寄存器(指示存储区长度)
• 每当CPU要访问主存,硬件自动将被访问的主存 地址与界限寄存器的内容进行比较,以判断是否 越界
• 如果未越界,则按此地址访问主存,否则将产生
程序中断——越界中断(存储保护中断)
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第四章 存 储 器 管 理
二. 主存分配与回收
要完成内存的分配和回收工作,要求设计 者选择和确定以下几种策略和结构: • 调入策略 • 放置策略 • 置换策略 • 分配结构
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第四章 存 储 器 管 理
调入策略
• 用户程序在何时调入内存的策略。 • 目前有请调和预调两种
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第四章 存 储 器 管 理
放置策略
• 用户程序调入内存时,确定将其放置在何 处的策略。
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第四章 存 储 器 管 理
置换策略
• 当需要将某个用户程序调入内存而内存空 间又不够时,就要确定哪个或哪些程序可 以从内存中移走。
– 不能用逻辑地址在内存中读取信息。
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第四章 存 储 器 管 理
一.地址映射(地址重定位)
▪ 地址映射(地址重定位):用户程序装入内存时对有关
指令的地址部分的修改定义为从程序地址到内存地址的地 址映射,或称为地址重定位
链接:由链接程序将编译后形成的一组目标模块,以 及它们所需要的库函数链接在一起,形成一个完整的 装入模块
装入:由装入程序将装入模块装入内存,构造PCB,形 成进程(使用物理地址)
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第四章 存 储 器 管 理
4.1 程序的装入和链接
内存
库
编译 程序 产生 的目 标模 块
…
链接 程序
装入 模块
装入 程序
第一步
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第二步
第三步
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第四章 存 储 器 管 理
一.地址映射(地址重定位)
• 物理地址(内存地址,绝对地址,实地址): 内存的每个存储单元都有一个编号,这个编号称 为物理地址; 内存地址的集合称为内存空间(或物理地址空 间); 物理地址可直接寻址
第四章 存 储 器 管 理
第四章 存储器管理
4.1 程序的装入和链接
4.2 连续分配方式
4.3 基本分页存储管理方式
4.4 基本分段存储管理方式
4.5 虚拟存储器的基本概念
4.6 请求分页存储管理方式
4.7 页面置换算法
4.8 请求分段存储管理方式
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第四章 存 储 器 管 理