《计算机操作系统 》课件-4.1存储器管理概述

第四章主存管理4.5段页式存储管理方式目录4.2分区存储管理4.3页式存储管理

4.4段式存储管理4.1存储器管理概述4.7Linux内存管理机制4.6虚拟存储系统4.1存储器管理概述4.1.1多级存储体系存储器的容量、性能、价格总体性能靠近系统中高性能的存储器容量和价格都靠近廉价存储器问题：调查获取几种常见存储器的容量、性能和价格等数据，并进行对比。例题4-1假设某系统中Cache访问周期TC为20纳秒，内存访问周期TM为100微秒。数据存放在内存中，Cache中有部分缓存的数据，当访问Cache不命中的时候才访问内存读取数据。若访问Cache的命中率A为95%，则访问数据的有效时间TA是多少？配置Cache使访存性能提升了多少？分析：if(cache命中) {从cache中提取数据TC;

}else {访问内存提取数据TM;}有效访问时间TA

=A•TC+(1-A)•(TC+TM)TC一般都远远小于TM，所以TC+TM

≈TM，则TA

=A•TC+(1-A)•TM解答：TA

＝

95%×0.02＋(1－95%)×(0.02＋100)＝0.019＋5.001

＝

5.02微秒近似解：

TA

＝

95%×0.02＋(1－95%)×100＝0.019＋5

＝

5.019微秒性能提升：TM/TA=100/5.02=19.92，命中率95%时，访存性能提升到大概20倍。4.1.2存储器管理功能地址映射主存分配存储保护主存扩充-基于虚拟存储器技术在逻辑上扩充主存空间-响应请求分配所需的主存空间-保护进程之间相互不受影响存储器-逻辑地址到物理地址的映射(1)内存的分配与回收1.构造分配用的数据结构主存资源信息块：等待队列；空闲区队列；主存分配程序2.制定策略①分配策略

——

在众多个请求者中选择一个请求者的原则②放置策略

——

在可用资源中，选择一个空闲区的原则③调入策略

——

决定信息装入主存的时机。预调策略：预先将信息调入主存。请调策略：当需要信息时，将信息调入主存④淘汰策略——在主存中没有可用的空闲区(对某一程序而言)时，决定哪些信息从主存中移走，即确定淘汰已占用的内存区的原则。3.实施主存分配与回收(2)内存的共享和保护内存共享进程共享（share）访问某一段内存中的程序或数据进程之间的一种高级通信方式节省空间，提高内存利用率内存保护在多用户环境中，各用户进程互不影响各用户程序只能在给定的存储区域内活动实施方法：界地址保护界地址保护①上下界防护

例：程序大小为4KB，主存首址为20KB。movr1,[500]123020KB256KB

1存储空间24KB下界寄存器

20KB上界寄存器

24KB如何设置上下界寄存器内容？如何判断是否越界？

若

20KB≤D＜24KB

允许访问；否则发生越界中断界限寄存器保护示意图主存管理——存储器管理概述②基地址、限长防护

例：程序大小为4KB，主存首址为20KB。如何设置基址、限长寄存器内容？如何判断是否越界？若逻辑地址＜4KB

允许访问；否则发生越界中断movr1,[500]123020KB256KB

1存储空间24KB基址寄存器

20KB限长寄存器

4KB界限寄存器保护示意图主存管理——主存管理功能(3)地址映射物理地址（绝对地址、实地址）物理地址是计算机主存单元的真实地址，又称为绝对地址或实地址。主存空间物理地址的集合所对应的空间组成了主存空间。逻辑地址（相对地址、虚地址）用户程序地址（指令地址或操作数地址）均为逻辑地址。程序地址空间用户程序所有的逻辑地址集合对应的空间。movr1,[500]11300100500程序地址空间0100011001500256k-1存储空间程序地址空间装入主存将程序地址空间中使用的逻辑地址变换成主存中的物理地址的过程，称为地址映射。movr1,[500]1130Load①编程或编译时确定地址映射关系在程序编写或程序编译时确定虚、实地址之间的对应关系，结果是一个不能浮动的程序模块。②在程序装入时确定地址映射关系在程序装入过程中随即进行的地址变换方式称为静态地址映射。静态地址重定位示意图movr1,[500]movr1,[500+m]01005005990m+0m+100256k-1程序地址空间存储空间m+500重定位装入程序11301130m+599③在程序运行时确定地址映射关系在程序执行期间，随着每条指令和数据的访问自动地连续地进行地址映射，这种地址变换方式称为动态地址映射。(4)内存扩充必要性——主存容量不满足应用需求可行性——局部性特征时间局部性（不久的将来再次访问该指令/数据）空间局部性（马上将访问其附近的指令/数据）实现方法程序的全部代码和数据存放在辅存中；程序当前执行所涉及的那部分程序代码放入主存中；程序执行时，当所需信息不在主存，由操作系统和硬件配合来从辅存中调入信息，程序继续执行。虚拟存储器介绍什么是虚拟存储器由操作系统和硬件相配合来完成主存和辅存之间的信息的动态调度。这样的计算机系统好像为用户提供了一个其存储容量比实际主存大得多的存储器，这个存储器称为虚拟存储器。虚拟存储器的核心逻辑地址与物理地址分开存储空间与虚地址空间分开提供地址变换机构实现虚拟存储器的物质基础辅存容量足以存放应用程序的虚地址空间主存容量存放进入主存的多进程的信息地址变换机构4.1.3程序的装入和链接程序链接Link的三种方式静态链接装入时动态链接运行时动态链接程序装入Load的三种方式绝对装入静态重定位装入动态重定位装入程序地址空间一维地址结构01n-1

程序的逻辑组织一维地址结构一个程序是一个连续、线性的地址结构；确定线性地址空间中的指令地址或操作