《操作系统》课程教学资源（PPT课件）第4章 存储器管理

第四章存储器管理存储器是计算机系统的重要资源，虽然存储器的容量迅速增加，但软件的需求也同样在急剧膨胀，存诸器仍然是紧俏资源。存储器管理是操作系统的最重要部分

第四章 存储器管理 存储器是计算机系统的重要资源, 虽然 存储器的容量迅速增加, 但软件的需求也同 样在急剧膨胀, 存储器仍然是紧俏资源。存 储器管理是操作系统的最重要部分

4.1概述4.1.1存储体系Cache存储器的层次结构：主存磁盘高速缓存Cache：数百K字节、非常快速、昂贵、易变的内存RAM :数M到数M字节、中等速度、中等价格、易变的磁盘：数M到数百G字节、低速、价廉、断电保存

4.1 概述 4.1.1 存储体系 Cache 主存 磁盘 存储器的层次结构： 高速缓存Cache： 数百K字节、非常快速、昂贵、易变的 内存RAM： 数M到数M字节、中等速度、中等价格、易变的 磁盘： 数M到数百G字节、低速、价廉、断电仍保存

存储管理的内容1.内存空间的管理、分配与回收·记录内存的使用情况（内存分配回收的依据）设置相应的内存分配表内存空间划分：等长或不等长·确定分配算法，实施内存分配·回收内存·分配回收方式：静态分配与动态分配

存储管理的内容 1. 内存空间的管理、分配与回收 • 记录内存的使用情况（内存分配回收的依据） 设置相应的内存分配表 内存空间划分: 等长或不等长 • 确定分配算法, 实施内存分配 • 回收内存 • 分配回收方式: 静态分配与动态分配

2.存储共享内存共享：两个或多个进程共用内存中相同区域自的：节省内存空间，提高内存利用率实现进程通信（数据共享）共享内容：代码共享，要求代码为纯代码数据共享3.存储保护与安全为多个程序共享内存提供保障，使在内存中的各道程序，只能访问它自己的区域，避免各道程序间相互于拢，特别是当一道程序发生错误时，不致于影响其他程序的运行。通常由硬件完成保护功能，由软件辅助实现。（特权指令不能完成存储保护）

2. 存储共享 内存共享：两个或多个进程共用内存中相同区域 目的：节省内存空间，提高内存利用率 实现进程通信(数据共享) 共享内容： 代码共享，要求代码为纯代码 数据共享 3. 存储保护与安全 为多个程序共享内存提供保障,使在内存中的各道 程序, 只能访问它自己的区域, 避免各道程序间相互干 拢, 特别是当一道程序发生错误时, 不致于影响其他程 序的运行。通常由硬件完成保护功能，由软件辅助实 现。(特权指令不能完成存储保护)

保护范围保护系统程序区不被用户侵犯（有意或无意的）不充许用户程序读写不属于自已地址空间的数据（系统区地址空间，其他用户程序的地址空间）保护方法一防止地址越界每个进程都有自己的地址空间，应防止发生地址越界：当程序要访问某个内存单元时，由硬件检查是否越界，如未越界则执行，否则产生地址越界中断硬件提供一对寄存器：（上界寄存器/下界寄存器）

保护范围 保护系统程序区不被用户侵犯(有意或无意的) 不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数据 (系统区地址空间, 其他用户程序的地址空间) 保护方法—防止地址越界 每个进程都有自己的地址空间, 应防止发生地址 越界; 当程序要访问某个内存单元时, 由硬件检查是 否越界, 如未越界则执行, 否则产生地址越界中断。 硬件提供一对寄存器: (上界寄存器/下界寄存器)

4.内存“扩充”通过虚拟存储技术实现用户在编制程序时，不应该受内存容量限制，所以要采用一定技术来“扩充"内存的容量，使用户得到比实际内存容量大的多的内存空间具体实现是在硬件支持下，软硬件相互协作，将内存和外存结合起来统一使用。通过这种方法把内存扩充，使用户在编制程序时不受内存限制

4. 内存“扩充” 通过虚拟存储技术实现 用户在编制程序时，不应该受内存容量限制，所 以要采用一定技术来"扩充"内存的容量，使用户得到 比实际内存容量大的多的内存空间。 具体实现是在硬件支持下，软硬件相互协作，将 内存和外存结合起来统一使用。通过这种方法把内存 扩充，使用户在编制程序时不受内存限制

用户程序的多级处理过程源程序链接程序装入编译程序装入阶段编译阶段模块或汇编程序装入程序目标模块内存中可执行代码

用户程序的多级处理过程 源程序 编译程序 或汇编程序 目标 模块 链接程序 装入 模块 装入程序 编译阶段 装入阶段 内存中 可执行 代码

程序的链接·静态链接：装入前进行链接·装入时动态链接：对编译形成的一组模块边装入、边链接·运行时动态链接：边运行、边链接

程序的链接 • 静态链接：装入前进行链接 • 装入时动态链接：对编译形成的一组模 块边装入、边链接 • 运行时动态链接：边运行、边链接

程序的装入·绝对装入方式：编译程序产生绝对地址的自标代码·可重定位装入方式：目标模块的起始地址从0开始。根据内存的当前情况，将装入模块装入到内存适当的位置。·动态运行时装入：在装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种转换推迟到程序真正要执行时才进行

程序的装入 • 绝对装入方式：编译程序产生绝对地址的 目标代码 • 可重定位装入方式：目标模块的起始地址 从0开始。根据内存的当前情况，将装入模块 装入到内存适当的位置。 • 动态运行时装入：在装入模块装入内存后， 并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对 地址，而是把这种转换推迟到程序真正要执行 时才进行

几个术语（1)逻辑地址（相对地址，虚地址）用户的程序经过汇编或编译后形成自标代码，自标代码通常采用相对地址的形式，其首地址为0，其余指令中的地址都相对于直地址而编址。不能用逻辑地址直接在内存中读取信息。（2）物理地址（绝对地址，实地址）内存中存储单元的地址，可直接寻址(3)地址映射为了保证CPU执行指令时可正确访问存储单元需将用户程序中的逻辑地址，转换为运行时由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址映射

几个术语 (1)逻辑地址（相对地址，虚地址） 用户的程序经过汇编或编译后形成目标代码, 目 标代码通常采用相对地址的形式, 其首地址为0, 其余 指令中的地址都相对于首地址而编址。 不能用逻辑地址直接在内存中读取信息。 (2)物理地址（绝对地址，实地址） 内存中存储单元的地址, 可直接寻址。 (3)地址映射 为了保证 CPU执行指令时可正确访问存储单元, 需将用户程序中的逻辑地址, 转换为运行时由机器直 接寻址的物理地址, 这一过程称为地址映射