计算机操作系统第5章-存储管理第一部分

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5.1 5.2 5.3 5.4
式)
程序的装入和链接 连续分配存储管理方式 覆盖和对换 分页存储管理方式(离散分配方
5.5 分段存储管理方式 作业
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一个计算机系统由计算子系统、存 储子系统和I/O子系统组成。出于性能与 价格的权衡考虑，存储子系统通常由多 种不同的存储介质共同构成。
单用户单任务系统中。
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三、动态运行时装入方式 dynamic run-time loading 绝对装入方式，只能将程序装入到内存中事先 指定的地址。 多道程序环境下，不可能事先知道每一道程序 在内存中的位置，该方式只适合于单道程序环境。
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再者，程序是相对编址的可浮动的程序，这些程 序被装入主存时就需重定位。
综上所述，目前关于主存储器管理的主要研究课
题归纳为四个方面：
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(1)主存分配：是存储管理研究的主要内容。 本章将研究各种主存分配算法，以及每种算 法所要求的数据结构，但不涉及某个具体的存储
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可重定位装入方式，可将程序装入到内存中的任 何允许的地方，可用于多道程序环境，但它不允许程 序在运行时，在内存中移动。
因为，程序在内存中移动，要求相应地改变它们
的物理地址，必须对程序和数据的地址(绝对地址)进 行修改，才能正常运行。
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Cache还可以再分三层：片内一级和二级，片外Cache
寄存器 内存 外存 粗层次图
寄存器 Cache 内存 盘交换区(辅存)
联机外存 海存(脱机外存) 细层次图 外存
自顶向下，存取速度越来越慢，成本越来越低，容量越来越大，存取频度越来越低
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任一程序对计算机的使用，首先是对内 存的使用(先装入内存)， 然后是对处理 机的使用，再后才是通过处理机实现对 I/O设备与文件等其他资源的使用。
以什么为单位进行编址呢？早期的计算机中，存
储器是按字组织，每个字分配一个地址。 目前多数计算机以字节为单位进行编址。
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为了更多的存放并更快地处理用户信息，目前许 多计算机把存储器分为三级(高速缓冲存储器、主存储 器和外部存储器)，用户的程序在运行时应存放在主存
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但在多进程并发运行中，程序在内存中的 位置，需要经常进行改变。这种情况下，应采 用动态运行时装入方式。
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动态运行时的装入程序，将程序装入内存后，并 不立即把程序中的相对地址转换为绝对地址，而是当
程序真正执行时才进行转换。这叫动态重定位
（dynamic relocating address）。需要硬件支持。
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整个计算机系统的功能很大程度上取决于主存储 器的结构组织和实现方法，就主存的功能而言，首先
是存放系统和用户程序的指令和数据，每一项信息都
存放在主存的特定位置上。
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信息在主存是按“位”存放的。为了能对信息进 行访问，要对这些位置进行编号，这些编号称为地 址。
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5.1.2
程序的链接
链接是将一组目标模块及它们所需的库函数， 装配成一个装入模块。
必须将目标模块中的相对地址和外部调用符号 转换成装入模块中的统一的相对地址。
方法有三种：静态链接，装入时动态链接和运 行时动态链接。
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一、绝对装入方式absolute loading mode P119 二、可重定位装入方式relocatable loading mode
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可重定位装入程序，根据内存的当前使用情 况，将程序装入到内存的某个位置，把有效地址
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二、装入时动态链接 load-time dynamic linking 是指，程序编译形成若干个目标模块，在装入内 存时，边装入边链接。即在装入一个目标模块时，发
生一个外部模块调用，将引起装入程序去找相应的外
部目标模块，并将它装入内存。
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编 译 程 序 产 生 的 目 标 模 块
内存
库
链接程序
装入模块
装入程序
第一步编译
第二步链接
第三步装入
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5.1.1 程序的装入 单个目标模块，是如何装入内存的。三种方式：
(1)绝对装入方式。程序中使用绝对地址，只适用于单道程序环境。
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内存是指用来存放当前正在运行的程序的代码 和数据及其数据的，是程序中指令本身地址所 指的，亦即程序计数器所指的，亦即CPU取指 时所用地址所隐含访问的那个存储层次。 内存并不是绝对不可缺少的，但内存的存在可 以达到性能与价格的更好权衡 操作系统内存管理功能的大部分内容，是为了 解决内存速度与容量不足的问题。它实现的是 与硬件相关和应用无关的内容。
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帕金森Parkinson定律：存储器 有多大，程序就会有多大。程序 的增大正好填满增大的存储器。
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计算机领域，历史总是在重复自身。当
最简单的存储管理方案不再用于台式机
时，这些方案仍被一些掌上电脑、嵌入
式系统和智能卡系统所采用。
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内存管理的功能和任务
(相对地址)与本程序在内存中的起始地址相加，
得到正确的物理地址。
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指令地址和数据地址同样都要进行修改，我们把
装入时对程序中的指令和数据地址进行 修改的过程称为重定位(即进行地址转换)。
这种地址变换若只是在装入时一次完成的，称为 静态重定位（static relocating address）。用在早期的
硬件相关和应用无关的内容
1、如何才能使用户和用户程序不涉及内存物理细节：操 作系统、编译程序和硬件共同完成。 2、如何为用户程序完成程序装入工作：操作系统在编译 程序的配合下完成。 3、如何提高内存利用率和弥补用户对内存容量要求与内 存实际容量之间的差距。 4、如何解决内存速度与CPU速度不匹配的问题。 5、如何满足系统和用户的安全要求。内存保护 6、如何满足用户程序的动态扩缩要求 7、共享 8、代价
管理系统的程序。
读者只要掌握了算法，了解其数据结构，就可 以编写一个程序模块了。
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(2)地址映象或重定位：主要研究各种软件和硬件的地址 转换技术和机构。
(3)存储保护：研究如何保护各程序区中信息不被破坏和 偷窃。
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中。所以把那些不马上使用的程序、数据放在外部存
储器(又称次级存储)中。当用到时再把它们读入主存。
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主存储器管理中的研究课题
单道程序阶段，人们研究了覆盖技术道程序系统出现后，主存容量不足的矛盾更为 突出。由于多道程序共享主存，所以对主存的管理工 作又出现了如何在各程序间分配主存空间的问题。同 时还要考虑如何防止各程序有意无意地互相干扰和破 坏的问题。
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许多操作系统之间最明显的区别特征之一是所使
用的存储管理方法不同。
主存储器管理技术分为两大类： 实存储器管理和虚拟存储器管理。 本章研究常用的几种实存储管理技术。下章将讨论 虚拟存储管理技术
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实存储管理技术： 分连续分配和离散分配。 连续分配又分：单一连续、固定分区、可变分区和动 态重定位可变分区。 离散分配分：分页、分段和段页式。 虚拟存储管理技术： 请求分页、请求分段和段页虚拟式。 对每一种管理方式从以下五个方面来理解并掌握：分 配、去配（释放或回收）、地址重定位、保护（防止 地址越界和控制正确存取）和共享。
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(4)存储器扩充：用存储管理软件来实现逻辑上的扩充---即所谓的虚拟存储技术。
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如何使一个用户程序到内存中去执行，分如下几步： (1)编译。Compile：转换成机器指令，将符号地址转换
为内存地址。
(2)链接。Link：将各模块中的相对地址统一转换成相对 于该程序起址的位移。 (3)装入。Load 本节，简要地讲述了程序的链接和装入过程。
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它的优点： 1、便于软件版本的修改和更新 采用装入时动态链接方式，可比较容易的修改
或更新各个目标模块，而静态链接方式下，形成的
装入模块，要重新打开装入模块来修改，一般是不 可能的。
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