第四章存储器管理(操作系统经典和讲义 值得看存储器管理)ppt课件

内存：DRAM, SDRAM等；
外存：软盘、硬盘、光盘、磁带等；
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存储器的分类
存储器分为主存储器（主存）和辅助存储器（辅存）。
主存：处理器可直接存取指令和数据的存储器；
主存空间一般可以分成两部分
A、系统区——用以存放OS常驻主存部分， B、用户区——主存的管理就是对用户区进行管理。
不知道以后操作系统将把程序装入何处，只好从0地址开始编址。 ）
目标程序中指令地址都是相对0编址的，使用的是相 对地址、逻辑地址。可以执行并不就能执行，还必 须由操作系统调入内存才能执行。通常把编译程序 形成的从0开始编址的地址空间称为作业的地址空间。
(每个可执行程序都有一个自己的地址空间。)
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1. 地址映射
地址映射：将用户程序中的逻辑地址转换为运行时
由机器直接寻址的物理地址。(逻辑地址
物理地址)
– 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序分配一个合 适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存 物理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址 进行的，所以要进行地址转换。
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(b) 程序只能在主存中运行
字节 字 双字 块段体
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(c) 物理地址：（绝对地址，实地址）存储
控制部件能够识别的主存单元编号(或字
节地址)，也就是主单元的实际地址(需
要区分存贮体中不同的存贮单元，统一编号, 这些编号称为地址)
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存储空间（2）
存储空间：主存中一系列存储信息的物理单 元的集合。这些单元的编号，称为物理地址 或绝对地址、内存地址。
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。
A、 其首地址为0，其余指令中的地址都相对 于首地址来编址。
B、 不能用逻辑地址在内存中读取信息。
地址空间 ––– 一个目标程序所限定的地址集合。 实例说明：
逻辑地址控制——指程序中相对地址的全体。 202物0/4/理28 地址空间 —— 相对于. 实际的主存地址空间。 12
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2. 重定位：把程序中相对地址变换为绝对地址
举例：
0 LOAD 1, 6
100 LOAD 1, 6
2 ADD 1, 8 相对 102 ADD 1, 8
4 STORE 1, 10
104 STORE 1, 10 矛盾
6A
106 A
8B
程序装入 108 B
10
100 主存部分
地址单元
1、地址空间
用高级语言编程时，要定义变量、函数，程序中有 函数调用，有转向等，都是以它们的名字进行的， 程序员在一个“名字空间”驾御自己的程序。通常 把程序员用的地址空间为名空间。
源程序必须经过编译才能执行。程序将被安排成一 个从地址0开始的地址空间。这就成为可以执行的目 标程序，并存入一个以.exe结尾的文件中。（编译程序
存储空间的大小是由主存的实际容量决定的。 存储空间按字节编址，从0开始，扩展到系统 配置可用的最大数量，比如，1M、32M、 128M、256M等。
一个编译好的程序存在于它自己的地址空间 中，当要它在计算机上运行时，才把它装入 存储空间。
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(d)逻辑地址：（相对地址，虚地址）用户的程序
实例：OS/360-MFT采用固定分区存储管理
技术，OS/360-MTV是采用可变分区存储管理技 术，OS/2，WindowsNT, DOS/VSE是采用虚拟存 储管理技术。
主存储器管理技术可分为两大类：实存储器
202管0/4/2理8 和虚拟存储器管理. 。
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(广义) 存储器的层次
寄存器 高速缓存 主存储器 磁盘缓存 固定磁盘 可移动存储介质
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存储层次结构
寄存器(register) 命令处理程序
快速缓存(cache) 内存(priDmOaSr核y心storage) 外存(secondary storage)
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快速缓存：
– Data Cache
– TLB(Translation Lookaside Buffer)
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程序执行过程与地址空间的转换过程
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例： Address: mov Ax,1
名空间
…
编译 Obj 目标地址
地址空间
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EXE文件装入
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存贮空间
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因为多道程序系统中，主存将存放多道作业，而 程序员在编写程序时，不可能了解自己的程序将放在主 存中何处运行，不可能用绝对地址来编写程序。
不变换会出错
– 实质上：这个地址变换过程，是把作业地址空间中使用的逻辑地
址变换成主存空间中的物理地址的过程，这种变换就是地址映射
(重定位) 。
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从用户工作环境来看
运行一个用户程序的过程
在操作系统中， 把编好源程序 后上机调试的 工作分成四个 步骤，称为四 个作业步：
编辑 编译 连 接 运行
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§主存管理的基础
(1) 主存的物理组织和逻辑组织 (a) 主存分三级： 为能更多的存放并更快地处理用户信
息目前许多计算机把存储器分为三级。
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cpu可访
高速缓存 n+k ~ 几百k
主存
nM ~ 几百M
外存
n+M~nG(G=1kn)
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用户的程序在运行时应存放在主存中，以便处 理机访问。但是由于主存容量有限。所以把那些不 马上使用的程序、数据放在外部存储器(又称次级存 储)中。当用到时再把它们读入主存。图中的三级存 储器，从高速缓冲存储器(简称缓存)到外部存储器 (以后简称外存)，其容量愈来愈大，而访问数据的 速度则愈来愈慢，价格也愈来愈便宜，如IBM的缓 存的最大传输速度为每双字120~225毫微秒，主存 的传输速度每字1微秒。)
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主讲：刘 拥 民
Lym37212004@
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§主存管理的基础
§实存管理
§虚拟存贮管理
(Virtual storage)
今天虽然主存价格已相当便宜，但主存容量 仍然是计算机四大硬件资源中最关键而又最紧张 的“ 瓶颈”资源。因此对主存的管理和有效使 用仍然是今天操作系统十分重要的内容。许多操 作系统之间最明显的区别特征之一往往是所使用 的存储管理方法不同。