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1、第3章 存储管理,1、了解存储管理的目的和功能；了解虚拟存储器、地址重定位等概念；2、分区存储管理：了解分区存储的各种方式（固定、可变、浮动、多重分区）；存储“扩充”技术：覆盖与交换；3、页式存储管理：掌握分页管理的原理，利用PMT实现地址变换；掌握请求式分页机制、页面淘汰算法；4、了解段式存储管理的特点；了解段页式存储管理的优点。,2,第3章 存储管理,3.1 存储管理的功能3.1.1 分级存储结构高速缓存(一级缓存 二级缓存 cache)|Bus V主存 RAM ROM|Bus V外存 光磁盘等,CPU直接访问,3.1.2 存储管理的功能存储分配与管理 多进程,包括OS,动态地址重定位静态
2、,动态 逻辑地址物理地址存储保护互不干预 软硬结合,空指针存储扩充硬盘内存 时间换取空间内存有限,小内存运行多作业,大作业,4,3.2 地址重定位,系统区 OS 用户区1 名空间 地址空间 存储空间符号逻辑地址 物理地址源程序目标模块 绝对地址 相对地址重定位 map,2 静态重定位绝对地址=相对地址+起始地址程序执行之前 地址重定位 DOS程序,3 动态重定位 运行期间 硬件支持 进程的代码数据在内存外存中移动,动态装入,7,3.3 分区存储管理,3.3.1 单一连续区管理DOS 单任务 OS 将所有空闲内存分配给程序,8,3.3.2 分区存储管理,多任务 多道内存分区,每一任务占一个分区1
3、 静态(固定)分区内存分成大小不同的区域,可运行不同大小的作业简单,浪费内碎片,2 动态(可变)分区利用表格记录已分配区和空闲分区查空闲分区表-分配内存-运行-结束-释放内存,放入空闲分区表,相邻空闲分区合并空闲分区分配算法i)最佳适应算法空闲分区从小到大排序,保留大空闲区ii)最差适应算法分割最大空闲区,比较一次,剩余空间任可运行作业iii)首次适应算法 地址由低到高找,保留高地址空间 三种算法都会产生不能运行任何程序的小空闲区,不连续,即碎片 fragmentation，外碎片。最小粒度G：内存分配单位,动态重定位式分区分配进程地址空间可移动,使空闲区可合并从而消除外碎片进程结束时合并或分
4、区不够大时合并,多重分区作业分段,代码段 数据段 堆栈段 动态加载,物理地址空间可不连续,消除碎片,便于共享进一步发展成虚拟存储管理技术,14,3.4 覆盖和交换,3.4.1 覆盖 Overlay 小内存运行大作业将作业分成模块(程序段),按功能引用关系形成一种树型结构,同层为覆盖段.同层取最大设置分区大小DOS COMMAND.COM即采用了覆盖技术低端常驻,高端暂驻,可覆盖,同层可互相覆盖则此作业需20+40+60+40=160K,3.4.2 交换 swapping不运行的作业(如时间片用完或其他原因),映象调至硬盘的交换文件区,文件,让出内存供其他作业使用.当OS再次调度该进程运行时,再
5、从交换区调入内存,换进换出(Roll-in,Roll-out)现代OSWin9x-win386.swpWinNT,2k,XP-pagefile.sysUNIX-交换区DOS+BC.EXE-TC0001.SWP信息交换量大,开销大,18,虚拟存储管理,动态地址映象,交换技术软件+硬件 虚地址实地址虚地址大小限制:1 CPU寻址机构80386 232=4GB,地址变换分段246=64TB2 外存大小,19,3.5 分页存储管理,请求式页面存储管理1 原理a 分配方式内存分块,作业分页,块页大小相同b 建立页面映象表(PMT)页号 块号 状态页是否在内存及在哪一块c地址转换虚地址重定位(动态),可不
6、连续页号和偏移量 块号和偏移量缺页处理,20,分页系统基本的地址变换机构,21,具有快表（TLB）的地址变换机构,23,2 页面淘汰算法,内存有限,存放作业的活动页.当发生一条不在活动页的指令时,则需硬件机构及服务程序实现物理页的调入调出操作.无空闲块时,淘汰某页,采用算法.算法不合理时,某些页会在内外存间频繁调入调出,即抖动(Thrashing).进程越多,抖动越严重,最佳淘汰算法永远不再使用的页 实现困难先进先出FIFO算法顺序访问地址效率高,若有循环效率低最近最少使用LRU(Least Recently Used)程序局部性原理最少使用LFU(Least Frequently Used)
7、,假定系统为某进程分配了三个物理块，并考虑有以下的页面号引用串：7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1 进程运行时，先将7，0，1三个页面装入内存。以后，当进程要访问页面2时，将会产生缺页中断。此时OS根据最佳置换算法，将选择页面7予以淘汰。,利用最佳页面置换算法时的置换图,利用FIFO置换算法时的置换图,最近最久未使用LRU(Least Recently Used)置换算法,27,3.6 分段存储管理,1 原理分配方式:作业按模块分段,段长不同代码段,数据段,堆栈段按段分配内存,段间可不连续建立段表 段号,段长,基址,状态,权限等地址转换作业段号s,偏
8、移d 物理地址硬件支持,2 共享和保护 例：两个作业进程共享一个sort过程，内存中只有一个付本,2 共享和保护a.段表限制,越界保护 长度b.访问权限控制 共享c.特权级 root用户任务权力大,可访问低权力段,缓冲区溢出攻击3 优点:长度可变,便于共享,虚拟内存缺点:碎片,段长度受内存大小限制,缺段处理,32,3.7 段页式存储管理,页式内存利用率，无外部碎片段式用户需要，易共享与保护，动态链接1 原理a.分配方式作业分段,再分页,内存分页(帧)页长相等b.段表和页表 每一段有一页表,页表数与段数相等2 地址转换虚地址 段号 段中的页表 页(块)号 实地址运行多进程,产生大量缺页中断,任务切换慢,
