存储器的层次结构.ppt课件

1、存储器的层次构造存储器的层次构造CPUCacheRAMDISK500GB200MB/S18GB12GB/S512KB8MB400GB/S重定位及其方式重定位及其方式 1 逻辑地址逻辑地址(空间相对地址空间相对地址)符号名字空间符号名字空间 int a,b; a=10;逻辑地址空间逻辑地址空间(编译后目的程序的地址范围编译后目的程序的地址范围)2 存储空间存储空间(绝对地址绝对地址)存储空间存储空间:一切物理存储单元的集合一切物理存储单元的集合/物理地址的集物理地址的集合合源源程程序序目的目的代码代码目的目的代码代码名空间名空间逻辑地址空间逻辑地址空间存储空间存储空间os0000 .1000 1

2、1001102110411061108 . . . .物理内存物理内存OS重定位的概念重定位的概念举例举例:教学方案及其实施教学方案及其实施Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128程序程序A的代码的代码000100102104106108Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128110611061108110811101110逻辑地址逻辑地址重定位分类重定位分类:静态重定位静态重定位Load R1,106Load R1,106Add R1,108Add R1,108Store R1,110Store R1,1102342

3、34128128程序程序A的代码的代码0001001021041061080000 .1000 . .11001102110411061108 . . . .物理内存物理内存OSLoad R1,1106Load R1,1106Add R1,1108Add R1,1108Store R1,1110Store R1,1110234234128128加载时定位加载时定位Load R1,1106Load R1,1106Add R1,1108Add R1,1108Store R1,1110Store R1,1110234234128128静态重定位特点静态重定位特点w 优点优点w 无需硬件支持无需硬件支

4、持,OS装载时由软件实现装载时由软件实现w 缺陷缺陷w 需求分配一个延续的存储空间需求分配一个延续的存储空间w 用户需求事先确定所程序所需的存储量用户需求事先确定所程序所需的存储量w 装载后不能在内存中挪动装载后不能在内存中挪动重定位分类重定位分类:动态重定位动态重定位Load R1,106Load R1,106Add R1,108Add R1,108Store R1,110Store R1,110234234128128程序程序A的代码的代码0001001021041061080000 .1000 . .11001102110411061108 . . . .物理内存物理内存OSLoad R

5、1,106Load R1,106Add R1,108Add R1,108Store R1,110Store R1,110234234128128重定位存放器重定位存放器(位于位于CPU中中)+1000动态重定位特点动态重定位特点w 优点优点w 不要求分配延续的存储空间不要求分配延续的存储空间,可按页或段分配可按页或段分配w 用户作业可动态恳求附加的存储空间用户作业可动态恳求附加的存储空间,并可在并可在内存中挪动内存中挪动w 有利于程序段的共享有利于程序段的共享w 缺陷缺陷w 需求硬件的支持需求硬件的支持w 实现存储管理的软件算法比较复杂实现存储管理的软件算法比较复杂存储器管理的功能存储器管理的

6、功能w 内存的分配和回收内存的分配和回收w 记录内存运用情况记录内存运用情况w 存储的按需分配存储的按需分配w 存储的回收存储的回收w 内存容量的内存容量的“扩展扩展w 地址转换地址转换w 常采用动态重定位常采用动态重定位,需求硬件支持需求硬件支持w 存储维护存储维护w 为了维护区域内信息不被破坏，必需实现为了维护区域内信息不被破坏，必需实现存储维护。存储维护的任务必需由硬件和存储维护。存储维护的任务必需由硬件和软件配合来实现。软件配合来实现。存储分配方式存储分配方式w 静态分配静态分配w 采用静态重定位方式采用静态重定位方式w 装入时确定其在内存中的位置装入时确定其在内存中的位置w 运转中不

7、能再恳求内存运转中不能再恳求内存w 运转中不能在内存中挪动运转中不能在内存中挪动w 动态分配动态分配w 采用动态重定位方式采用动态重定位方式w 装入时确定其在内存中的位置装入时确定其在内存中的位置w 运转中可恳求内存运转中可恳求内存w 可在内存中挪动可在内存中挪动存储管理中的分配技术存储管理中的分配技术延续分区管理页式管理段式管理段页式管理延续分区管理延续分区管理存储管理存储管理: 延续分配延续分配w 一道作业的全部内容一道作业的全部内容(程序和数据程序和数据)装入到内存的装入到内存的一个延续存储区中一个延续存储区中,作业在执行过程中不会发生作业在执行过程中不会发生内存与外存交换的景象内存与外

8、存交换的景象,作业的容量要遭到物理作业的容量要遭到物理内存容量的限制。内存容量的限制。w 属于实存管理技术属于实存管理技术w 四种方案四种方案w 单道延续区管理单道延续区管理w 多道固定分区管理多道固定分区管理w 多道可变分区管理多道可变分区管理w 多道可重定位分区管理多道可重定位分区管理1.单道延续区管理单道延续区管理存储管理:延续分配000020KB100KB256KBOS用户程序用户程序需需80KB存储空间存储空间空闲区空闲区一次只能装入一个作业一次只能装入一个作业2.多道固定分区管理多道固定分区管理存储管理:延续分配000020KB28KB44KB76KB140KB256KBOS分区大

9、小不等分区大小不等分区大小相等分区大小相等000020KB40KB60KB80KB100KB120KB.256KBOS.16KB8KB作业作业1 需需14KB32KB64KB作业作业2 需需60KB116KB2.多道固定分区管理多道固定分区管理(续续)存储管理:延续分配000020KB28KB44KB76KB140KB256KBOS16KB8KB32KB64KB116KB需建立固定分区阐明需建立固定分区阐明表表分区号分区号起始地址起始地址长度长度状态状态作业名作业名120KB8KB0228KB16KB0344KB32KB0476KB76KB64KB05140KB116KB0作业作业J1 需需1

10、4KB1J11J2内零头内零头(碎片碎片)问题问题作业作业J2 需需60KB作业作业J1 14KB作业作业J2 60KB作业作业J1 14KB作业作业J2 60KB物理内存物理内存3.多道可变分区管理多道可变分区管理(概念概念)存储管理:延续分配内存地址内存地址000020KB256KBOSJ1 需需14KBJ2 需需30KB空闲区空闲区已分配区已分配区J3 需需60KB区大小区大小14KB30KB60KB132KBJ4 需需60KB J5 需需20KBJ1 14KBJ2 30KBJ3 60KBJ4 60KBJ5 20KB10KB72KB外零头外零头(碎片碎片)3.多道可变分区管理多道可变分区

11、管理(数据构造数据构造)存储管理:延续分配000020KB256KBOSJ1 需需14KBJ2 需需30KBJ3 需需60KBJ4 需需60KB J5 需需20KB10KB72KB方案一:设置两张存储管理表大大小小位位置置状态状态14K 20K 已分已分空表空表目目60K 64K 已分已分60K 124已分已分20K 34K 已分已分空表空表目目已分分区表已分分区表UBT大大小小位位置置状态状态10K 54K 空闲空闲空表空表目目72K 184空闲空闲空表空表目目空表空表目目空闲分区表空闲分区表FBT3.多道可变分区管理多道可变分区管理(数据构造数据构造)存储管理:延续分配方案二:空闲存储区链

12、1N+2N个字个字(已分区已分区)1N+20N+2向前指针向前指针N个字个字(空闲分区空闲分区)0N+2向后指针向后指针0L+20L+20 M+20 M+20 N+20 N+2Free指针3.多道可变分区管理多道可变分区管理(回收与合并回收与合并)w 回收能够出现的四种情况回收能够出现的四种情况JobB回收区回收区回收区回收区Free1JobA回收区回收区Free2Free2回收区回收区回收区回收区Free1JobB回收区回收区回收区回收区JobA存储管理:延续分配3.多道可变分区管理多道可变分区管理(分配算法分配算法)w 最正确顺应算法最正确顺应算法w 总是找最接近作业大小的区分配总是找最接

13、近作业大小的区分配w 需按分区大小排序需按分区大小排序w 最差顺应算法最差顺应算法w 总是找能装下作业的最大的区分配总是找能装下作业的最大的区分配w 易发生大作业不能装入的情况易发生大作业不能装入的情况w 初次顺应算法初次顺应算法w 按分区起始地址排序按分区起始地址排序w 顺序找到第一个满足要求的分区就分顺序找到第一个满足要求的分区就分w 下次顺应算法下次顺应算法w 按分区起始地址陈列并构成一个环按分区起始地址陈列并构成一个环w 每次都从上次分配位置向后找到满足要求的分区每次都从上次分配位置向后找到满足要求的分区分配分配存储管理:延续分配4.多道可重定位分区管理多道可重定位分区管理w 防止出现

14、防止出现“内零头与内零头与“外零头外零头w 经过挪动已分配区搜集零头经过挪动已分配区搜集零头(需求耗费处置资源需求耗费处置资源)w 采用动态重定位方式采用动态重定位方式, 作业在内存中挪动后作业在内存中挪动后,只只需改动重定位存放器的值即可需改动重定位存放器的值即可w 分配算法与可变分区根本一样分配算法与可变分区根本一样,区别在于区别在于“拼接拼接w 拼接的时机拼接的时机w 回收时拼接回收时拼接(拼接较频繁拼接较频繁)w 不能满足分配时拼接不能满足分配时拼接(拼接次数较少拼接次数较少)w 缺陷缺陷w 需求硬件支持需求硬件支持w 耗费处置机时间耗费处置机时间存储管理:延续分配分区的存储维护分区的

15、存储维护w 界限存放器方式界限存放器方式w 处置机中设置上界和下界存放器处置机中设置上界和下界存放器,处置机对每一处置机对每一条访存指令中的地址与界限存放器比较条访存指令中的地址与界限存放器比较,假设不假设不在上在上/下界间那么产生越界中断下界间那么产生越界中断,制止访问。制止访问。w 也可用基址也可用基址/限长存放器方式实现限长存放器方式实现OSJob80KB168KB80KB168KB上界存放器上界存放器下界存放器下界存放器PSW分区的存储维护分区的存储维护w 存储维护键w 可实现存/或取的单独维护w 可实现多个用户程序间更好的共享内存A块块B块块C块块内存内存0 1 1 0 1存储键 取

16、维护位1 1 0 0 00 1 0 1 10 1 1 0CPU程序形状字PSW虚拟存储器虚拟存储器 虚拟存储器是一种存储管理技术，用以完成用小的虚拟存储器是一种存储管理技术，用以完成用小的内存实如今大的虚拟空间中程序的运转任务。内存实如今大的虚拟空间中程序的运转任务。 为了给大作业用户提供方便为了给大作业用户提供方便,使它们摆脱对主存和使它们摆脱对主存和辅存的分配和管理问题辅存的分配和管理问题,由操作系统把多级存储器一致由操作系统把多级存储器一致管理起来管理起来,实现自动覆盖。实现自动覆盖。 一个大作业在执行时一个大作业在执行时, 其一部分地址空间在主存其一部分地址空间在主存,另另一部分在辅存一部分在辅存.因此因此,从效果来看从效果来看,这样的系统这样的系统,好象用户提好象用户提供了存储容量比实践主存大得多的存储器供了存储容量比实践主存大得多的存储器,人们称这样人们称这样的存储器为虚拟存储器。的存储器为虚拟存储器。 由于这样的存储器实践上并不存在而只是系统添加由于这样的存储器实践上并不存在而只是系统添加自动覆盖功能，给用户呵斥的一种幻觉自动覆盖功能，给用户呵斥的一种幻觉,仿佛它有一个仿佛它