操作系统原理_方敏_存储管理

1、第2页第3页第4页访问访问速度速度频度频度成本成本容量容量 第5页方便使用者，有效利用存储资源，提高系统工作效率。方便使用者，有效利用存储资源，提高系统工作效率。第6页第7页程序程序符号地址符号地址/名地址名地址编译编译0101010010110101010101101010目标文件目标文件逻辑地址逻辑地址/相对地址相对地址虚拟地址虚拟地址/程序地址程序地址加载加载内存内存物理地址物理地址/绝对地址绝对地址定义：当程序被装入内存时，程序的逻辑地址定义：当程序被装入内存时，程序的逻辑地址被转换成内存的物理地址，这一过程称为地址被转换成内存的物理地址，这一过程称为地址重定位重定位(由内存管理单元由

2、内存管理单元(MMU)完成完成)。第8页优点：装入过程简单。优点：装入过程简单。缺点：与硬件的结构过于密缺点：与硬件的结构过于密切，缺乏灵活性。切，缺乏灵活性。0101010010110101010101101010目标文件目标文件加载加载内存内存逻辑地址逻辑地址物理地址物理地址一一对应一一对应例如：单片机，例如：单片机，MS-DOS中中.com格式程序。格式程序。第9页优点：无需硬件支持，容易实现。优点：无需硬件支持，容易实现。早期的操作系统中大多数都采早期的操作系统中大多数都采用这种方法。用这种方法。缺点：必须分配连续的存储区域；缺点：必须分配连续的存储区域；执行期间不能扩充存储空间，执行

3、期间不能扩充存储空间，也不能在内存中移动，内存利也不能在内存中移动，内存利用率低，不便于共享。用率低，不便于共享。第10页BR:基址寄存器，存放程序的起始地址基址寄存器，存放程序的起始地址VR:变址寄存器，存放需要变址寄存器，存放需要变换的逻辑地址变换的逻辑地址第11页第12页第13页第14页第15页特点：一次只能装入一个程序，程特点：一次只能装入一个程序，程序独占整个用户区，如果程序小于序独占整个用户区，如果程序小于用户区，则剩余的空间浪费，如果用户区，则剩余的空间浪费，如果大于，则无法装入。大于，则无法装入。优点：简单，适用于单用户、单任优点：简单，适用于单用户、单任务的操作系统，不需要复

4、杂的硬件务的操作系统，不需要复杂的硬件支持。支持。缺点：一个作业运行时要占用整个缺点：一个作业运行时要占用整个内存地址空间，对内存造成了很大内存地址空间，对内存造成了很大的浪费，不支持大作业。的浪费，不支持大作业。第16页初始化内存空间初始化内存空间分区状态表分区状态表 程序程序A(30K) 程序程序A已分配已分配内碎片：指占用分区之内未内碎片：指占用分区之内未被利用的空间被利用的空间。第17页第18页OSJob1Job2Job4Job3Q: 如何管理这些空闲区？如何管理这些空闲区？m_sizem_addrm_sizem_addrm_sizem_addrm_sizem_addr0线性表格法线性

5、表格法m_sizem_addrm_sizem_addr链接法链接法Job5第19页OSJob2Job4Job5m_sizem_addrm_sizem_addrm_sizem_addr0第20页OSJob2Job4Job5规则：相邻合并，否则插入规则：相邻合并，否则插入第21页第22页第23页第24页第25页“靠拢靠拢”或或“紧凑紧凑” Q:程序地址的再程序地址的再定位？定位？第26页分区存储管理方案分区存储管理方案要求作业存储时必须连续存放要求作业存储时必须连续存放OSJob1Job3Job2Job4Job5页式存储管理方案页式存储管理方案解决作业不连续存放的问题解决作业不连续存放的问题第27

6、页逻辑地址空间逻辑地址空间01K2K3K4K物理地址空间物理地址空间0100K101K102K103K104K105K106K107K108K109KOS012345678实页实页/主页主页0123虚页：大小相同，虚页：大小相同，常为常为2的整数幂。的整数幂。2031Q:如何记录和管如何记录和管理这种映射关系？理这种映射关系？第28页0虚页号虚页号3实页号实页号162135Job1Job2总页表总页表起始地址起始地址长度长度作业作业IDSL页表控制寄存器页表控制寄存器起始地址起始地址长度长度第29页物理地址空间物理地址空间OS012345678逻辑地址空间逻辑地址空间0123203101K2K

7、3K4K0100K101K102K103K104K105K106K107K108K109K虚页号虚页号实页号实页号03162135LOAD A 逻辑地址逻辑地址3页号页号页内偏移量页内偏移量10013453K3100第30页Q:为了取出一个为了取出一个数据，系统需要访数据，系统需要访问内存几次？问内存几次？第31页第32页经常要访问的页表经常要访问的页表表项。表项。第33页位示图位示图bitbyteQ:内存大小：内存大小：256M，每页，每页4K，位示图有多大？，位示图有多大？第34页第35页逻辑单位逻辑单位内存管理采用可变内存管理采用可变分区动态分配法。分区动态分配法。段表段表总段表总段表/

8、系统段表系统段表起始地址起始地址长度长度作业作业ID第36页段表控制寄存器段表控制寄存器第37页第38页第39页逻辑地址空间逻辑地址空间物理地址空间物理地址空间.03K.0.5K03K逻辑地址格式逻辑地址格式?第40页第41页Q：为了获得一条指令或者数：为了获得一条指令或者数据，需要访问内存几次？据，需要访问内存几次？第42页第43页程序程序(190K)A(20K)B(50K)C(30K)D(20K)E(40K)F(30K)覆盖段覆盖段第44页第45页内存内存外存外存Job2Job3Job1Job4第46页第47页第48页第49页第50页逻辑地址空间逻辑地址空间物理地址空间物理地址空间0123

9、45678.012CPUOS缺页中断缺页中断缺页中断处缺页中断处理子程序理子程序3页表页表Q：当内存中没有空闲页面时，如果还要调入一个新页，如何处理？：当内存中没有空闲页面时，如果还要调入一个新页，如何处理？第51页第52页第53页第54页设页面走向为设页面走向为P=4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5，主，主存容量存容量M=3，采用，采用FIFO进行页面淘汰。进行页面淘汰。缺页中断次数缺页中断次数F=9，而缺页率，而缺页率f=9/12=75%第55页Belady现象：可用页面增大，缺页率反而升高的现象。现象：可用页面增大，缺页率反而升高的现象。原因：原因：FIFO算法的置换特征与进

10、程访问内存的动态特征是算法的置换特征与进程访问内存的动态特征是矛盾的，即被置换的页面并不是进程不会访问的。矛盾的，即被置换的页面并不是进程不会访问的。主存容量主存容量M=4缺页中断次数缺页中断次数F=10，而缺页率，而缺页率f=9/12=83%第56页第57页增加系统开销增加系统开销第58页缺页中断次数缺页中断次数F=10，缺页率，缺页率f =1012=83 第59页主存容量主存容量M=4缺页中断次数缺页中断次数F=8，缺页率，缺页率f =8/12=67 结论：结论：LRU算法不会出现算法不会出现Belady现象。现象。第60页第61页第62页第63页第64页第65页第66页主要作用是缓存内存中