第九章存储管理 91概述 、存储器的层次:三级存储器结构 本章主要讨论几种常用的内存管理技术。 由硬件寄存器 构成,速度等 Cache 存取速度增加 同于电子线路 的开关速度 Cpu可以 直接访问 成本增加 内存 由顺序编制的 单元组成的 维数组 容量减少 只有通过 外存 内存的后备支 内存,cpu 持,如:磁盘 才能访问 、磁带 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 第九章 存储管理 9.1 概述 一、存储器的层次：三级存储器结构 本章主要讨论几种常用的内存管理技术。 Cache 内存 外存 由硬件寄存器 构成，速度等 同于电子线路 的开关速度 由顺序编制的 单元组成的一 维数组 内存的后备支 持，如：磁盘 、磁带 Cpu可以 直接访问 只有通过 内存，cpu 才能访问 存取速度增加 成本增加 容量减少
静态链接:进行事先链接,以后不 再拆开的链接方式 按模块中的地址 装入时动态链接:便于实现目标模 到内存对应位置 块的共享:实现多个模块共享一个模在装入程序时, 块、而不要每个程序都含有该模块的 际使用情况,重 运行时动态链接:在运行期间需要地方。,把程序装 拷贝 存位置 个模块才装载一个模块 编辑 编译 装) 连接 配 数学 源 目标 核型/用PL、程序/汇编个模块 模块执行 代码 符号、名字 浮动地址 相对地址 内存的 (以0为基地址)(同一的外部物理地址 访问地址) 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 二、用户程序的处理过程 执行 代码 数学 模型 源 程序 目标 模块 装配 模块 编辑 用PL 编译 连接 装配 符号、名字 浮动地址 （以0为基地址） 相对地址 （同一的外部 访问地址） 内存的 物理地址 汇编 9.1 概述 绝对装入方式：按模块中的地址， 将程序和数据装入到内存对应位置。 可重定位方式：在装入程序时， 根据当时内存的实际使用情况，重 新调整装入的内存位置，把程序装 入到内存的适当地方。 –静态链接：进行事先链接，以后不 再拆开的链接方式 –装入时动态链接：便于实现目标模 块的共享：实现多个模块共享一个模 块、而不要每个程序都含有该模块的 拷贝。 –运行时动态链接：在运行期间需要 一个模块才装载一个模块
9.1概迷 三、地址重定位(映射)-- Relacation 定义:把程序中的逻辑地址变成内存中的物理地址的过程 名字空间:编程人员采用相对地址来编程,其源程序存放的空间 地址空间:经汇编或编译后其目标程序占有的地址范围称为地址空间; 这些地址编号是相对于起始地址而定的,称为逻辑地址或相对地 址 存储空间:存储空间是目标程序装入内存后占用的一系列物理单元的 集合,这些单元编号称为物理地址或绝对地址。 2.三大地址空间的关系 编译 地址重定位 名字空间 地址空间 存储空间 连接 源程序 相对目标程序 (绝对地址.物理地址) (名字/符号) (相对地址.逻辑地址) 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 绝对目标程序 (绝对地址.物理地址) 名字空间 地址空间 存储空间 源程序 (名字/符号) 相对目标程序 (相对地址.逻辑地址) 编译 连接 地址重定位 三、地址重定位（映射）---Relacation 1. 定义：把程序中的逻辑地址变成内存中的物理地址的过程。 名字空间：编程人员采用相对地址来编程，其源程序存放的空间 地址空间：经汇编或编译后其目标程序占有的地址范围称为地址空间； 这些地址编号是相对于起始地址而定的，称为逻辑地址或相对地 址。 存储空间：存储空间是目标程序装入内存后占用的一系列物理单元的 集合，这些单元编号称为物理地址或绝对地址。 2. 三大地址空间的关系 9.1 概述
三、地址重定位(映射) 3.重定位的两种方式 ◆重定位:当用户程序调入内存时,需把相对地址转换为绝对地址, 同时要对程序中与地址相关的指令进行修改,这一过程称为重定位 (1)静态重定位 令在程序装入时进行,通过处理机中的一对界地址寄存器来实现;界 地址寄存器分为下界和上界地址寄存器,分别存放该作业在内存中 的起始和终止地址,程序中的逻辑地址与下界地址相加得到物理地 址,见图示。 D 物理地址 逻辑地址 下界地址一内存中的起始地址 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 3. 重定位的两种方式 ❖ 重定位：当用户程序调入内存时，需把相对地址转换为绝对地址， 同时要对程序中与地址相关的指令进行修改，这一过程称为重定位。 (1) 静态重定位 ❖ 在程序装入时进行，通过处理机中的一对界地址寄存器来实现；界 地址寄存器分为下界和上界地址寄存器，分别存放该作业在内存中 的起始和终止地址，程序中的逻辑地址与下界地址相加得到物理地 址，见图示。 三、地址重定位（映射） x ’ = x + D 物理地址 逻辑地址 下界地址—内存中的起始地址
三、地址量定位(噢射) 逻辑地址空间 物理地址空间 上界 界地址寄存器 下界 D 界地址寄存器 时机:在程序执行之前进行; 实现:由装配程序根据将要装入的内存起始位置直接修改装配模 块中的有关使用地址的指令。 特点:一次性全部完成,一旦装入内存,不能再移动 性能分析: 优点——实现简单,不需要硬件机构; 缺点-—程序重定位之后就不能在在内存中移动;要求程序的存储空 间是连续的,不能放在若干个不连续的区域内。 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 三、地址重定位（映射） • 时机：在程序执行之前进行； ▪ 实现：由装配程序根据将要装入的内存起始位置直接修改装配模 块中的有关使用地址的指令。 ▪ 特点：一次性全部完成，一旦装入内存，不能再移动。 ▪ 性能分析： 优点---实现简单，不需要硬件机构； 缺点---程序重定位之后就不能在在内存中移动；要求程序的存储空 间是连续的，不能放在若干个不连续的区域内。 逻辑地址空间 x L D 上界 下界 界地址寄存器 物理地址空间 L x ’ D 界地址寄存器
三、地址重定位(映射) (2)动态重定位 在程序执行过程中进行,当CPU访问内存指令时由动态变换机构自动 进行地址转换 时机:在程序执行过程中,cpu每次访问内存单元前才进行地址转换 实现:装配模块不加任何修改而转入内存,由定位寄存器和加法器硬 件完成。 特点:部分、动态地完成。 性能分析: 优点——程序裝入内存之后再搬迁也不会影响其正确执行;每个目标模 块装入的存储区不必顺序相邻,只需要各自对应的定位寄存器即可 缺点——需要硬件支持。 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 (2)动态重定位 ▪ 在程序执行过程中进行，当CPU访问内存指令时由动态变换机构自动 进行地址转换。 ▪ 时机：在程序执行过程中，cpu每次访问内存单元前才进行地址转换。 ▪ 实现：装配模块不加任何修改而转入内存，由定位寄存器和加法器硬 件完成。 ▪ 特点：部分、动态地完成。 ▪ 性能分析： 优点---程序装入内存之后再搬迁也不会影响其正确执行；每个目标模 块装入的存储区不必顺序相邻，只需要各自对应的定位寄存器即可。 缺点---需要硬件支持。 三、地址重定位（映射）
三、地址量定位(噢射) 例 内存 000 100L0AD1,1300 100LOAD1,300 3005678 13005678 400 1400 0 1000 1000 100LOAD1,300 1100LOAD1,300 3005678 400 13005678 1400 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 三、地址重定位（映射） ▪ 例： 0 100 300 400 LOAD 1，300 5678 LOAD 1，300 5678 0 100 300 400 1000 1100 1300 1400 LOAD 1，1300 5678 1000 1100 LOAD 1，300 1300 5678 1400 内存 1000 +
9.1概迷 四、存储管理的功能 1.多道并发环境中内存管理面临的问题: 防冲突;保护0S;合理分配;扩充;虚-实。 2.主要功能: 内存的分配与回收; 地址重定位; 内存信息的共享与保护:为了保护存储区内各类程序和信息不受某 些错误程序的破坏和干扰,须采取保护措施。 内存的扩充(满足用户对内存超容量要求):当作业的地址空间大 于分配到的存储空间时需采取内存扩充技术,将内外存联合起来扩 大存储空间,常采用的内存扩充技术有覆盖、交换和虚拟存储技术。 内、外存数据传输的控制。 目标:安全、高效、方便、最大限度地提高内存的利用率。 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 四、存储管理的功能 1. 多道并发环境中内存管理面临的问题： 防冲突； 保护OS； 合理分配； 扩充；虚---实。 2. 主要功能： ▪ 内存的分配与回收； ▪ 地址重定位； ▪ 内存信息的共享与保护:为了保护存储区内各类程序和信息不受某 些错误程序的破坏和干扰，须采取保护措施。 ▪ 内存的扩充（满足用户对内存超容量要求）:当作业的地址空间大 于分配到的存储空间时需采取内存扩充技术，将内外存联合起来扩 大存储空间，常采用的内存扩充技术有覆盖、交换和虚拟存储技术。 ▪ 内、外存数据传输的控制。 目标：安全、高效、方便、最大限度地提高内存的利用率。 9.1 概述
9.2早期的存储管理技术 分区式分配方式 目的:为了满足多道程序设计思想 方法:将内存划分为若干个分区,每个分区分配给一个作业,用静态 重定位方式进行地址转换,提供必要的保护手段,保证各作业互 不干扰。在分区的划分方式上有固定分区和可变分区两种。 团定式分区(静态分区) 思想:存储器事先被划分为若干个大小不等的分区,系统为每个 分区设置一个目录,说明该分区的大小、起始位置、分配状况等 信息,所有分区目录构成一个分区说明表;用户为每个作业规定 所需的最大存储量,存储管理程序负责找出一个足够大的分区分 配给此作业。一旦划分好,在系统运行期间不再重新划分。 实施:通过分区说明表实行内存管理。 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 目的：为了满足多道程序设计思想。 方法：将内存划分为若干个分区，每个分区分配给一个作业，用静态 重定位方式进行地址转换，提供必要的保护手段，保证各作业互 不干扰。在分区的划分方式上有固定分区和可变分区两种。 一、固定式分区（静态分区） ▪ 思想：存储器事先被划分为若干个大小不等的分区，系统为每个 分区设置一个目录，说明该分区的大小、起始位置、分配状况等 信息，所有分区目录构成一个分区说明表；用户为每个作业规定 所需的最大存储量，存储管理程序负责找出一个足够大的分区分 配给此作业。一旦划分好，在系统运行期间不再重新划分。 ▪ 实施：通过分区说明表实行内存管理。 9.2 早期的存储管理技术 ---分区式分配方式
固定式分区0 OS 区号大小起址标志 JobA(k)}第一分区 8K 20K 已分 28k 32K28K 已分 JobB(25k)}第二分区 234 60k 64K60K 已分 Job C(40k) 第三分区 132K124K未分 124k (a)分区说明表 132K 第四分区 A(6 6k)B(25k)c(40k)D(150k) 256K (c)后备队列作业 (b)内存分配图 性能:分区大小固定,状态表的结构可以是顺序表也可以是链表;实现了 多个作业共享内存;分区的分配和回收算法简单;缺点是内存利用不充 足,有“碎片”,即作业所需空间和分区大小不一定恰好相等。 计算机软件技术基础 存储管理
计算机软件技术基础 存储管理 性能：分区大小固定，状态表的结构可以是顺序表也可以是链表；实现了 多个作业共享内存；分区的分配和回收算法简单；缺点是内存利用不充 足，有“碎片” ，即作业所需空间和分区大小不一定恰好相等。 区号 大小 起址 标志 1 8K 20K 已分 2 32K 28K 已分 3 64K 60K 已分 4 132K 124K 未分 A(6k) B(25k) C(40k) D(150k) (a)分区说明表 0 20k 28k 60k 124k OS Job A(6k) ………… Job B(25k) ………… Job C(40k) ………… 256K 第一分区 第二分区 第三分区 132K 第四分区 (c)后备队列作业 (b)内存分配图 一、固定式分区