操作系统 存储器管理章节内容总结

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操作系统 存储器管理章节内容总结

2024-07-09 18:25| 来源: 网络整理| 查看: 265

存储器管理 学习重点: (1)用户程序的主要处理阶段;

主要处理阶段有:编辑、编译、连接、装入、运行

(2)存储器管理的功能;

存储空间的分配和回收 地址变换:将逻辑地址变换为物理地址 存储保护:防止因用户程序错误破坏系统或其他用户,防止程序之间的相互干扰 存储扩充:在逻辑上为用户提供一个比实际内存更大的存储空间

(3)有关地址、重定位、虚拟存储器、分页、分段等概念;

一、地址: 分类: 1.逻辑地址(Logical Address) 是指由程序产生的与段相关的偏移地址部分。 2.线性地址(Linear Address) 是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。 3.物理地址(Physical Address) 是指出现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号,是地址变换的最终结果地址。如果启用了分页机制,那么线性地址会使用页目录和页表中的项变换成物理地址。如果没有启用分页机制,那么线性地址就直接成为物理地址了。 地址变换: 1.静态地址变换: 又称静态地址重定位,地址变换在程序装入时一次完成,以后不再改变。 特点:不需硬件支持,但程序运行时不能在内存移动,程序需要连续存储空间,难以共享。 2.动态地址变换 又称动态重定位,在程序执行过程中,每次访问内存之前将要访问程序地址转换成内存地址。 特点:需要硬件支持,不需连续空间,可以实现虚拟存储。 —————————————————————————————— 二、重定位: 由于一个作业装入到与其地址空间不一致的存储空间所引起的,对有关地址部分的调整过程称为地址的重定位。这个调整过程就是把作业地址空间中使用的逻辑地址变换成主存中物理地址的过程。这种地址变换也称为地址映射.

静态重定位:

(1)含义:静态重定位是在程序运行之前由装配程序完成的。 (2)优点:无需增加硬件地址变换机构,因而可在一般计算机上实现。 (3)缺点: ①要求给每个作业分配一个连续的存储空间,且在作业的整个执行期间不能再移动,因而也就不能实现重新分配主存。 ②用户必须事先确定所需的存储量,若所需的存储量超过可用存储空间时,用户必须考虑覆盖结构。 ③用户之间难以共享主存中的同一程序副本。

动态重定位: (1)含义:动态重定位是在程序执行过程中由硬件地址变换机构实现的。 后得到的地址作为访问主存的地址。其地址变换过程 (3)动态重定位的主要优点有: ①用户作业不要求分配连续的存储空间。 ②用户作业在执行过程中,可以动态申请存储空间和在主存中移动。 ③有利于程序段的共享。 (4)动态重定位的主要缺点有: ①需要附加的硬件支持。 ②实现存储管理的软件算法比较复杂。 —————————————————————————————— 三、虚拟存储器 虚拟存储器的定义 : 是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定,其运行速度接近于内存速度,而每位的成本却又接近于外存。 虚拟存储器的特征: 1)多次性。 是指一个作业中的程序和数据无需在作业运行时一次性地全部装入内存,而是允许被分成多次调入内存运行,即只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可开始运行。

2)对换性。是指一个作业中的程序和数据,无须在运行时一直常驻内存,而是允许在作业的运行过程中进行换进、换出。

3)虚拟性。是指能够从逻辑上扩充内存容量,使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。就可以在小的内存中运行大的作业,或者能提高多道程序度。 ###虚拟性是以多次性和对换性为基础的,而多次性和对换性是必须建立在离散分配的基础上。###

(另一种表达特征:虚拟扩充、部分装入、离散分配、多次对换。)

虚拟存储器的实现方法: 1.分页请求系统。 2.分段请求系统。 3.段页式虚拟存储器系统。

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(4)分页存储管理技术的实现思想;

** 基本思想:采用分页存储du器允许把一个作业zhi存放到若干不相邻的分区中,既可dao免去移动信息的工作,又可尽量减少主存的碎片。 基本原理如下: 1、物理地址分成大小相等的许多区,每个区称为一块; 2、址分成大小相等的区,区的大小与块的大小相等,每个称一个页面。 3、逻辑地址形式:与此对应,分页存储器的逻辑地址由两部分组成,页号和单元号。逻辑地址格式为 页号 单元号(页内地址) 4、页表和地址转换:采用的办法是动态重定位技术,让程序的指令执行时作地址变换,由于程序段以页为单位,所以,我们给每个页设立一个重定位寄存器,这些重定位寄存器的集合便称页表。

分页方式的优点: 页长固定,因而便于构造页表、易于管理,且不存在外碎片。 分页方式的缺点: 页长与程序的逻辑大小不相关。

(5)分段存储管理技术的实现思想;

基本思想 段是按照程序的自然分界划分的长度可以动态改变的区域。通常,程序员把子程序、操作数和常数等不同类型的数据划分到不同的段中,并且每个程序可以有多个相同类型的段。 段表本身也是一个段,可以存在辅存中,但一般是驻留在主存中。将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段,每段可以定义一组相对完整的逻辑信息。存储分配时,以段为单位,段与段在内存中可以不相邻接,也实现了离散分配。 分段存储方式的优点: 1. 段的逻辑独立性使其易于编译、管理、修改和保护,也便于多道程序共享。 2. 段长可以根据需要动态改变,允许自由调度,以便有效利用主存空间。 3. 方便编程,分段共享,分段保护,动态链接,动态增长 段式虚拟存储器缺点: 1.主存空间分配比较麻烦。 2. 容易在段间留下许多碎片,造成存储空间利用率降低。 3. 由于段长不一定是2的整数次幂,因而不能简单地像分页方式那样用虚拟地址和实存地址的最低若干二进制位作为段内地址,并与段号进行直接拼接,必须用加法操作通过段起址与段内地址的求和运算得到物理地址。因此,段式存储管理比页式存储管理方式需要更多的硬件支持。

(6)分页与分段的区别;

1、页是信息的物理单位,分页是为实现离散分配方式,以消减内存的外零头,提高内存的利用率;分页仅仅是由于系统管理的需要,而不是用户的需要。 段是信息的逻辑单位,它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。 2、页的大小固定且由系统确定,把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分,是由机器 硬 件实现的,因而一个系统只能有一种大小的页面。 段的长度却不固定,决定于用户所编写的程序,通常由编辑程序在对源程序进行编辑时,根据信息的性质来划分。 3、分页的作业地址空间是维一的,即单一的线性空间,程序员只须利用一个记忆符,即可表示一地址。 分段的作业地址空间是二维的,程序员在标识一个地址时,既需给出段名,又需给出段内地址。

(7)页面置换及先进先出法

基本思想:每次置换最先调入内存的页面,即将内存中等待时间最长的页面进行置换。此算法的适用范围是顺序结构程序 基本原理:FIFO页面置换算法, 也就是先进先出的意思。这和我们现实生活中的排队方式很相似, 先进队伍的人会先买到票, 然后先从队伍中离开。如果使用FIFO算法作为页面置换算法, 缓存空间大小是三个页面时, 一次进入Page1, Page2, Page3。当Page4要进入缓存时, 操作系统将会把Page1清除出缓存, 将Page4加入至缓存中。如果再有Page5要进入缓存时, 操作系统会将Page2清除出缓存空间, 以此类推。 [2]

优点:可以不需要硬件的支持, 因而不需要增加系统的成本。 缺点:先进先出页面置换算法没有考虑到缓存页面被使用的情况。如果一个页面被频繁访问, 我们应该将它保留在缓存中, 这样就能够提高程序的性能。但是使用FIFO算法, 很可能将一个被频繁访问的页面清除出缓存, 所以FIFO算法在实际的应用中是很少被使用到的, 但是这种思想是计算机系统中常常被采用的。

教学要求: (1)理解三级存储器结构:高速缓存,内存,外存。 (2)记住用户程序的主要处理阶段:编辑、编译、连接、装入、运行。 (3)理解存储器管理的功能:内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充。 (4)牢固掌握以下概念:逻辑地址、物理地址、可重定位地址、重定位、静态重定位、动态重定位、碎片、虚拟存储器。 (5)理解虚拟存储器的基本特征:虚拟扩充、部分装入、离散分配、多次对换。 (6)掌握分页和分段概念,二者的主要区别。 (7)掌握分页存储管理技术的实现思想,如何实现从逻辑地址到物理地址的转换。 逻辑bai地址如何转换成物理地址 1.确定虚拟地址(du物理地址)的有效位 例如zhi:假设页面大小1KB,共32页。(页面:dao逻辑地址 页框:物理地址) 由32(KB)=32×1024(B) 即等于32×1024 字节 二进制用多少位能有效表示这么多字节呢——答是:15位 因为32×1024=25×210=2^15 2.再次确定逻辑地址页面位数 你应该知道:逻辑地址=页号+页面 还是以上假设,那么页面大小为1KB=1024字节 同样的方法计算出表示位数:10位 如果给你逻辑地址:0000 1111 1000 0000 那么由:011+11100000000(相当于 页号+页面(10位))推得出页号011=3 3.根据页号找出对应的页框号 由 物理地址=页框号×页块大小(页块大小是等于页面大小的)+页内位移(即页面逻辑地址) 根据上面 物理地址=页框号×1024B + 1110000000 ( 这里的相加是指位置上而言) 例如:110+110=110110(即高地址+低地址)

(8)理解分段存储管理技术的实现思想。 (9)理解对换技术的实现思想。 (10)理解页面置换的先进先出法;了解最佳置换法(OPT)和最近最少使用置换法(LRU)。



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