【 操作系统 】第四章——存储器管理

第四章 存储器管理

 

1.        存储器的层次结构

[1]      多级存储器结构

[2]      主存储器与寄存器

[3]      高速缓存和磁盘缓存

2.        程序的装入和链接

[1]      程序的装入

[2]      程序的链接

3.        连续分配方式

1.        单一连续分配

2.        固定分区分配

3.        动态分区分配

4.        伙伴系统

5.        哈希算法

6.        可重定位分区分配

7.        对换

4.        基本分页存储管理方式

[1]      页面与页表

[2]      地址变换机构

[3]      两级与多级页表

5.        基本分段存储管理方式

 

6.        虚拟存储器的基本概念

7.        请求分页存储管理方式

8.        页面置换算法

9.        请求分段管理方式

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

存储器管理的主要对象是内存，外存主要用来放文件。

 

一、            存储器的层次结构

1.        多级存储器结构

分为三层：CPU寄存器、主存和辅存。

寄存器和主存是操作系统管理范畴，指令访问，辅存是设备管理范畴，通过I/O设备实现。

2.        主存储器与寄存器

 

主存储器：即内存，保存程序和数据。CPU只能从内存中取指令和数据，但主存储器访问速度远低于CPU，所以引入寄存器和高速缓存。

寄存器：可以存放操作数等加快主存储器访问速度。

 

3.        高速缓存和磁盘缓存

 

高速缓存：容量大于寄存器，速度高于主存。程序和指令存放再贮存中，CPU访问时，临时复制到高速缓存，CPU可直接去除，避免频繁访问主存，提高执行速度。

磁盘缓存：磁盘I/O速度低于主存访问速度。利用主存中的空间，提供磁盘缓存，减少对磁盘的频繁读写，提高速度，主存也可以看做辅存的高速缓存。

 

二、            程序的装入和链接

在多道程序环境下，要使程序运行，需要将程序和数据加入内存，然后创建进程，

源程序变为可执行程序需要经过：

A.       编译：把源代码编译成若干目标模块。

B.       链接：将目标模块和所需库函数链接成装入模块。

C.       装入：将装入模块装入内存。

1.        程序的装入（内存）

A.       绝对装入方式

将目标模块装入内存中事先指定的位置，只适合单道程序环境，需要事先知道存放位置，且程序或数据被修改时，可能要改变所有地址。

B.       可重定位装入方式

在装入时对目标程序中的指令和数据进行修改，根据内存的情况，指定适当位置。

重定位：装入时对目标程序的修改。因为地址变换再装入时一次完成，所以是静态重定位。

C.        动态运行时装入方式

模块装入内存时，并不立即转换为绝对地址，而是等执行时再转换。为不影响指令执行速度，需要一个重定位寄存器来负责地址转换。

2.        程序的链接

A.       静态链接（事先进行链接）

程序运行之前，将目标模块和库函数连接成完整装配模块，之后不再分开。

B.       装入时动态链接

编译后的目标模块，在装入时边装入边链接。

C.        运行时动态链接

在执行过程中，若发现调入模块未装入内存，再去调用装入链接。

三、            连续分配方式

1.        单一连续分配

只能用于单用户、单任务的操作系统，把内存分为系统区和用户区，系统区让os用，放在内存的低址部分。 

2.        固定分区分配

将内存分为多个固定大小区域，一个分区只能装一道作业。

内存分配：分区按大小排毒，建立一张分区使用表，包括每个分区的起始地址、大小及状态。当有程序要装入时，检索该表，分配分区。但因为大小固定，所以易造成浪费。

3.        动态分区分配

根据进程需要，动态地为之分配内存空间。

[1]      分区分配中的数据结构

空闲分区表，记录分区、序号始址及分区大小。

空闲分区链，设置前后指针，和尾部设置状态位和分区大小表目，

[2]      分区分配算法

A.       首次适应算法

空闲分区链以地址递增次序链接。优先利用低址的空闲分区，可保证之后分配大的分区，但是低址部分不断划分，易留下许多零碎分区。

B.       循环首次适应算法

从上次的空闲分区开始查找，若到结尾可返回头继续查找。要设置查询指针，能使空闲分区分布均匀，但容易缺乏大的空闲分区。

C.       最佳适应算法

每次为作业分配内存时，总把最满足要求、最小的分配给作业。分区按容量小到大顺序排列，容易留下小空闲区。

D.       最坏适应算法

分区按容量大到小排列，每次挑最大的分配，避免碎片，但容易缺乏大分区。

以上四种也称顺序搜索法。

E.        快速适应算法

也称分类搜索法，将分区按容量大小分类，相同大小建一个空闲分区链表，并为多个链表设置索引表。然后查找分配。

优点：效率高，缺点，分区归还时算法复杂。

[3]      分区分配操作

A.       分配内存，考察请求分区和空闲分区大小，做出判断。

B.       回收内存，四种情况，分别是合并和重建表。

4.        伙伴系统

是固定分区和动态分区的一种折中，既避免固定分区的进程数目限制，又避免动态分区回收时算法的复杂性。

 

5.        哈希算法

6.        可重定位分区分配

7.        对换

四、            基本分页存储管理方式

[4]      页面与页表

[5]      地址变换机构

[6]      两级与多级页表

五、            基本分段存储管理方式

 

六、            虚拟存储器的基本概念

七、            请求分页存储管理方式

八、            页面置换算法

九、            请求分段管理方式