第九讲内存管理概述精品PPT课件
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内存管理PPT课件
– 重定位寄存器，含有最小的物理地址值 – 界限寄存器，含有逻辑地址的值。每个逻辑地址必须
小于界限寄存器
15
重定位和界限寄存器的硬件支持
16
连续内存分配
多个固定大小的分区：多道程序的程度受限制
固定分区方案的推广
– 孔： 可用的内存块，不同大小的孔分布在整个内存
中。
– 当一个进程到来的时候，它将从一个足够容纳它的 孔中分配内存。）
3
进程在执行时，会访问内存中的指令和数据。将指令和 数据捆绑到内存地址可以在以下步骤的任何一步中执行。
编译时期 : 如果内存位置已知，可生成绝对代码；如果开 始位置改变，需要重新编译代码。 加载时 : 如果存储位置在编译时不知道，则必须生成可重 定位代码。
– 静态地址映射是在程序装入内存时完成从逻辑地址到物理地址的 转换的。
17
动态存储分配问题
根据一组空闲孔来分配大小为n的请求，常用方法有：
First-fit （首次适应） : 分配最先找到的合适的孔。 Best-fit （最佳适应） : 搜索整个序列，找到适合 条件的最小的孔进行分配。 Worst-fit （最差适应） : 搜索整个序列，寻找最 大的孔进行分配。
在速度和存储的利用上，首次适应和最佳适应要 比最差适应好。
8
内外存数据传输的控制
内存和外存之间必须经常地交换数据， 按什么样地方式来控制内存和外存之间 地数据流动呢？最基本的控制办法有两 种：
– 用户程序自己控制 覆盖 – 操作系统控制 交换
9
覆盖
覆盖的思想是在内存中只保留那些在特定时间所 需要的指令和数据。 当进程比所分配的内存大时，覆盖是必需的 由用户执行，不需要操作系统的特别支持，覆盖 结构的程序设计很复杂。要求用户清楚地了解程 序地结构，负担很大，且程序段地最大长度仍受 内存容量限制。 局限于微处理机和只有有限物理内存且缺乏更先 进硬件支持的其它系统
小于界限寄存器
15
重定位和界限寄存器的硬件支持
16
连续内存分配
多个固定大小的分区：多道程序的程度受限制
固定分区方案的推广
– 孔： 可用的内存块，不同大小的孔分布在整个内存
中。
– 当一个进程到来的时候，它将从一个足够容纳它的 孔中分配内存。）
3
进程在执行时，会访问内存中的指令和数据。将指令和 数据捆绑到内存地址可以在以下步骤的任何一步中执行。
编译时期 : 如果内存位置已知，可生成绝对代码；如果开 始位置改变，需要重新编译代码。 加载时 : 如果存储位置在编译时不知道，则必须生成可重 定位代码。
– 静态地址映射是在程序装入内存时完成从逻辑地址到物理地址的 转换的。
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动态存储分配问题
根据一组空闲孔来分配大小为n的请求，常用方法有：
First-fit （首次适应） : 分配最先找到的合适的孔。 Best-fit （最佳适应） : 搜索整个序列，找到适合 条件的最小的孔进行分配。 Worst-fit （最差适应） : 搜索整个序列，寻找最 大的孔进行分配。
在速度和存储的利用上，首次适应和最佳适应要 比最差适应好。
8
内外存数据传输的控制
内存和外存之间必须经常地交换数据， 按什么样地方式来控制内存和外存之间 地数据流动呢？最基本的控制办法有两 种：
– 用户程序自己控制 覆盖 – 操作系统控制 交换
9
覆盖
覆盖的思想是在内存中只保留那些在特定时间所 需要的指令和数据。 当进程比所分配的内存大时，覆盖是必需的 由用户执行，不需要操作系统的特别支持，覆盖 结构的程序设计很复杂。要求用户清楚地了解程 序地结构，负担很大，且程序段地最大长度仍受 内存容量限制。 局限于微处理机和只有有限物理内存且缺乏更先 进硬件支持的其它系统
WINDOWS操作系统原理之内存管理精品PPT课件
• 在此1 M大小的映射表中，有相当数量的表项其实并没有 用，所以，为这部分表项分配存储空间是浪费。Intel x86 采用了分级页表的方式来管理这一映射关系。32位虚拟地 址中的页索引部分又被分成页目录索引（10位）和页表索 引（10位）两部分，所以，一个32位虚拟地址的实际构成
如图3中最上边的虚拟地址结构所示。
页式内存管理
• 下面我们以Intel x86为例来介绍从虚拟内存页面到物理内存页面 的映射。
首先，寻址系统必须确定页面的大小，标准的大小为4 KB，32 位地址值的最后12位是页内偏移，而前20位则是页索引部分， 用于找到一个实际的物理页面。因此，在这样的系统上，页面映 射表是一个1 048 576（即1 M）大小的表。
访问内存时必须要通过段描述符，这意味 着Windows将所有的段描述符都构造成了 从基地址0开始，且段的大小设置为 0x80000000、0xc0000000或0xffffffff，具 体取决于段的用途和系统设置。
所以，Windows系统中的代码，包括 操作系统本身的代码和应用程序代码，所 面对的地址空间都是线性地址空间。这种 做法相当于屏蔽了处理器中的逻辑地址概 念，段只被用于访问控制和内存保护。
Windows操作系统的存储管理
内存管理
• 指软件运行的时候对计算机内存资源进行 分配和使用的技术，主要目的是如何高效、 快速的分配，并且在适当时候释放和回收 内存资源。
• 内存可以通过许多媒介实现，例如磁带或 者是硬盘，或者是小阵列容量的微芯片。
两个内存
• 物理内存——就是插在主板上的内存条，它是固定的，内 存条的容量多大，物理内存就有多大（集成显卡系统除 外），但是如果程序运行很多或者程序本身很大的话，就 会导致大量的物理内存占用，甚至导致物理内存消耗殆尽。
内存管理
DLL不能独立执行，也不能使用消息循环。每个DLL都有一个入口点和一个出口点，具有自己的实例句柄、数 据段和局部堆，但DLL没有堆栈，它使用调用程序的堆栈。DLL也包括有.C文件，.H文件，.RC文件和.DEF文件， 另外，在连接时一般要加入SDK库中的LIBENTRY.OBJ文件。
应用程序要访问动态连接库函数，它应该做下面三件事：建立库函数原型，调用库函数，引入库函数。建立 库函数原型一般通过在C语言源文件中包含动态连接库的头文件解决，
分配全局内存对象
全局内存对象使用GlobalAlloc函数分配，它和使用LocalAlloc分配局部内存对象很相似。使用 GlobalAlloc的例子我们将和GlobalLock一起给出。
加锁与解锁
全局内存对象使用GlobalLock函数加锁，所有全局内存对象在存取前都必须加锁。GlobalLock将对象锁定 在内存固定位置，并返回一个远指针，此指针在调用GlobalUnlock之前保持有效。
技术简介
内存可以通过许多媒介实现，例如磁带或是磁盘，或是小阵列容量的微芯片。从1950年代开始，计算机变的 更复杂，它内部由许多种类的内存组成。内存管理的任务也变的更加复杂，甚至必须在一台机器同时执行多个进 程。
虚拟内存是内存管理技术的一个极其实用的创新。它是一段程序（由操作系统调度），持续监控着所有物理 内存中的代码段、数据段，并保证他们在运行中的效率以及可靠性，对于每个用户层（user-level）的进程分配 一段虚拟内存空间。当进程建立时，不需要在物理内存件之间搬移数据，数据储存于磁盘内的虚拟内存空间，也 不需要为该进程去配置主内存空间，只有当该进程被被调用的时候才会被加载到主内存。
加锁与解锁
上面程序段分配的固定局部内存对象可以由应用程序直接存取，但是，Windows并不鼓励使用固定内存对象。 因此，在使用可移动和可删除内存对象时，就要经常用到对内存对象的加锁与解锁。
应用程序要访问动态连接库函数，它应该做下面三件事：建立库函数原型，调用库函数，引入库函数。建立 库函数原型一般通过在C语言源文件中包含动态连接库的头文件解决，
分配全局内存对象
全局内存对象使用GlobalAlloc函数分配，它和使用LocalAlloc分配局部内存对象很相似。使用 GlobalAlloc的例子我们将和GlobalLock一起给出。
加锁与解锁
全局内存对象使用GlobalLock函数加锁，所有全局内存对象在存取前都必须加锁。GlobalLock将对象锁定 在内存固定位置，并返回一个远指针，此指针在调用GlobalUnlock之前保持有效。
技术简介
内存可以通过许多媒介实现，例如磁带或是磁盘，或是小阵列容量的微芯片。从1950年代开始，计算机变的 更复杂，它内部由许多种类的内存组成。内存管理的任务也变的更加复杂，甚至必须在一台机器同时执行多个进 程。
虚拟内存是内存管理技术的一个极其实用的创新。它是一段程序（由操作系统调度），持续监控着所有物理 内存中的代码段、数据段，并保证他们在运行中的效率以及可靠性，对于每个用户层（user-level）的进程分配 一段虚拟内存空间。当进程建立时，不需要在物理内存件之间搬移数据，数据储存于磁盘内的虚拟内存空间，也 不需要为该进程去配置主内存空间，只有当该进程被被调用的时候才会被加载到主内存。
加锁与解锁
上面程序段分配的固定局部内存对象可以由应用程序直接存取，但是，Windows并不鼓励使用固定内存对象。 因此，在使用可移动和可删除内存对象时，就要经常用到对内存对象的加锁与解锁。
第9章 内存管理ppt课件
分割的方法不一样，会导致以下不同的内存管理方 案：分段、分页、带有分页的分段。
• 内存管理方案是通过硬件与操作系统相互配合实现 的。
精选课件ppt
22
校重点建设课程
9.4 分页
9.4.1 基本方法
把物理内存分割成大小相等且大小固定的块，称之 为帧(frame)，也称为物理页。
• 帧大小：512Byte~64KByte，80386中：4KByte. • 帧号
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55
逻辑内存和物理内存的分页模型
校重点建设课程
精选课件ppt
66
页到帧的地址转换是通过硬件 完成的，如右图所示。
CPU产生的逻辑地址分为两部 分：
▪ 页号(p):是页表的索引值， 页表中包含每页对应的帧号
▪ 页偏移(d):它与帧号组合形 成物理地址。
▪ 在80386中，地址为32位。
则每个这个页表的大小
是4M。页表还必须在内
存中连续存放。如何使
页表可以不必连续存放
在内存中？
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21 21
校重点建设课程
Intel 80386解决这个问题的方法：两层分页 算法，即将页表再分页保存。这时，逻辑地 址的结构如图所示。
• P1是外部页表的索引，P2是内部页表的索 引。
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19 19
校重点建设课程
示例
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20 20
校重点建设课程
9.4.4 页表结构
Intel 80386中的地址空
间是2^32，页大小：
4KB (2^12)，可表示的
页个数是2^32/2^12
个。也即一个进程的页
表中条目个数最多可以
• 内存管理方案是通过硬件与操作系统相互配合实现 的。
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22
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9.4 分页
9.4.1 基本方法
把物理内存分割成大小相等且大小固定的块，称之 为帧(frame)，也称为物理页。
• 帧大小：512Byte~64KByte，80386中：4KByte. • 帧号
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55
逻辑内存和物理内存的分页模型
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66
页到帧的地址转换是通过硬件 完成的，如右图所示。
CPU产生的逻辑地址分为两部 分：
▪ 页号(p):是页表的索引值， 页表中包含每页对应的帧号
▪ 页偏移(d):它与帧号组合形 成物理地址。
▪ 在80386中，地址为32位。
则每个这个页表的大小
是4M。页表还必须在内
存中连续存放。如何使
页表可以不必连续存放
在内存中？
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Intel 80386解决这个问题的方法：两层分页 算法，即将页表再分页保存。这时，逻辑地 址的结构如图所示。
• P1是外部页表的索引，P2是内部页表的索 引。
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9.4.4 页表结构
Intel 80386中的地址空
间是2^32，页大小：
4KB (2^12)，可表示的
页个数是2^32/2^12
个。也即一个进程的页
表中条目个数最多可以
内存管理.pptx
动态分区
分区时动态创建的，每个进程被装入与自身大小相等的分区中。分区的长度和数 目可变。
优势：没有内部碎片； 弱点：存在外部碎片，需要压缩，处理器利用率低； 压缩技术：操作系统不时地移动进程，使进程占用连续的空间。 外部碎片： 指在所有分区外的存储空间变成越来越多的碎片。 放置算法 内存压缩费时，因此操作系统需要巧妙的把进程分配到内存中，塞住那些 ‘洞’。 三种放置算法： （1）最佳适配（选择大小与要求最接近的块） （2）首次适配（从头扫描，选择放得下的块） （3）下次适配（从当前位置开始扫描放得下的块）
处理巨大虚拟内存空间 多级页表
当进程地址空间很大的时候，需要的页表也就越大。引入多级页表的原因是避免 把全部页表一直保存在内存中。 二级页表为例。虚拟地址被分成两个页号（TP1和PT2）和一个偏移量。PT1作为 索引访问顶级页表的表项，一个表项对应一个二级页表，PT2作为索引访问刚得到的 二级页表并得到页表项，从而得到页框号。
分段
分段把进程看成是由多个段组成的，段的大小不固定，并且是动态的。存储器访问 以段号和偏移量的形式组成的地址。（分段对用户是可见的，分页不可见） 分段的几个优点： （1）简化对不断增长的数据结构的处理；（可动态伸缩） （2）允许程序独立地修改或重新编译； （3）有助于进程间的共享；（一个段被多个进程引用） （4）有助于保护。（可以指定块得权限） 每个进程都一个段表，段表项主要包括段的起始地址、段长度、修改位、存在位、保 护和共享位等。
内存管理
陆 上 百 花 竞 芬 芳
碧 水 潭 泮 默 默 香
不 与 桃 李 争 春 风
七 月 流 火 送 清 凉
目录
内存管理技术 虚拟内存
内存管理技术
内存介绍ppt课件
4.传输标准
传输标准代表内存的速度。一般用“PＣ+数值”的方式来表示，不同类型的内存条，数值的含 义有所不同。
SDRAM的传输标准有PCl00和PC133两种，100和133表示内存的工作频率为100MHz和 133MHz。
DDR SDRAM的传输标准从PC1600到PC4300不等，这里的数值表示内存传输率。如PC4300 表示该内存条的传输率为4300MB／s。
RDRAM的传输标准有PC600，PC800和PC1066等，数值是其工作频率的两倍。如PC600表示 内存条的工作频率为300MHz。
内存性能指标
1.
容量
在不超出主板所支持容量的前提下越大越好 目前的主流容量为1G、2G
2.
工作频率（Mhz）
内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以 MHz（兆赫）为单位来计量的。内存主频越高 在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快
在主板上安装的BIOS芯片就是典型的ROM
RAM （随机存储器, Random Access Memory ）
随机存取存储器是计算机的主存，CPU对它们既可读出数 据又可写入数据。一旦关机断电，RAM中的信息将全部 消失。在通电情况下不能长时间保持电量，需要每隔一段 时间就进行一次重新加电过程，RAM通常是作为操作系 统或其他正在运行程序的临时存储介质。 在主板上内存就是这个状态。
内存介绍
一、存储器概述
从计算机系统的结构来看，存储器可 分内存储器和外存储器两大类。内存 储器与CPU直接联系，负责各种软件 的运行；外存储器包括软盘、硬盘、 光盘、磁带机、优盘等。
一、存储器概述—内存 储器种类
计算机内存知识详解ppt课件
3）SDRAM（同步动态随机存储器）
SDRAM（Synchronous Dynamic RAM）采用一 种双存储体结构，它的工作频率与CPU的外频 一样。SDRAM内存的规格有PC 100，PC 133和 PC 150等，其中的数字表示内存工作的时钟频 率。SDRAM内存一般按照其工作频率来命名， SDRAM除了作为内存存储芯片外还可以作为显 卡的存储芯片。SDRAM在目前的零售市场中几 乎难以看到，更多时候出现在二手市场。
4.1.1 内存的作用
内存（Memory）也被称为内存储器，其 作用是用于暂时存放CPU中的运算数据， 以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只 要计算机在运行中，CPU就会把需要运算 的数据调到内存中进行运算，当运算完成 后CPU再将结果传送出来，内存的运行也 决定了计算机的稳定运行。
4.1.2 内存的外观
计算机内存知 识详解
本课要点
内存的分类 内存的封装方式 内存的性能指标 内存选购指南
具体要求
了解内存的外观 掌握内存的分类 了解内存的封装方式 掌握内存的性能指标 掌握内存的选购
本章导读
内存是计算机运行的核心组件之一，计算 机中所有程序的运行都是在内存中进行的， 因此内存对系统的性能和稳定有着非常大 的影响。本课将介绍内存的相关知识，包 括内存的作用、内存的外观、内存的种类、 内存芯片的封装方式对内存性能的影响以 及影响内存性能的指标，最后将介绍如何 选购内存。
内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组 成的。
内存的几个重要组成部分的作用如下所述。 内存芯片：是内存中最重要的元件，用于临时
存储数据。 电路板：用于承载和焊接内存芯片的PCB板。 金手指：是内存与主板进行连接的“通道”。 内存卡槽：用于将内存固定在内存插槽中。 内存缺口：与内存插槽中的防凸起设计配对，
内存基础知识-PPT精品文档
内存的分类
我们通常所说的内存就是指RAM，根 据结构和工作原理 RAM又可分为两类： 静态RAM（Static RAM ）和动态RAM （Dynamic RAM ）。 动态RAM 静态RAM 两者比较
内存数据存放形式
以队列方式进行组织 适合内存容量小，CPU速度比较慢的场合。 采用一维形式，地址作为一个整体。 以阵列方式进行组织 采用二维形式，指标
时钟周期TCK CAS延迟时间（CL） CL=2，CL=3 存取时间（TAC） 内存总延迟时间 =TCK*CL+TAC
CAS的延迟时间
这是纵向地址脉冲的反应时间,也是在一 定频率下衡量支持不同规范内存的重要标 志之一。比如现在大多数的SDRAM在外 频为100MHz时都能运行于CAS Latency = 2或3的模式下，这时的读取数据的延迟时 间可以是二个时钟周期也可以是三个时钟 周期，若为二个时钟周期就会有更高的效 能。
EDO(Extended Data Out)
EDO(扩展数据输出)内存取消了主板与内存 两个存储周期之间的时间间隔，每隔2个时 钟脉冲周期传输一次数据，大大地缩短了存 取时间，使存取速度提高30％，达到60ns。 EDO内存主要用于72线的SIMM内存条，以 及采用EDO内存芯片的PCI显示卡。
ECC
ECC(Error Correction Coding或Error Checking and Correcting)是一种具有自动纠错功能的内 存，但由于ECC内存成本比较高，所以主要 应用在要求系统运算可靠性比较高的商业计 算机中，一般的家用与办公计算机也不必采 用ECC内存。
TAC
TAC(Access time from CLK)是最大CAS 延迟时的最大数输入时钟，PC 100规范 要求在CL=3时TAC不大于6ns。某些内存 编号的位数表示的是这个值。目前大多 数SDRAM芯片的存取时间为5、6、7、8 或10ns。
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限长寄存器：存放长度
（或 上界寄存器/下界寄存器）
• 防止操作越权
对于允许多个进程共享的存储区域，每个进程 都有自己的访问权限。如果一个进程对共享区域的 访问违反了权限规定，则发生操作越权，即读写保 护
（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
200
Load A 200 3456
1100 Load A 200
地址映射
1200
3456 。 。
• 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 不能用逻辑地址在内存中读取信息
• 物理地址（绝对地址，实地址）
4. 存储管理的任务
（1）内存空间的管理、分配与回收 （2）存储共享 （3）存储保护 （4）内存扩充 （5）地址转换
（1）内存空间的管理、分配与回收
– 记录内存的使用情况 ——设置相应的内存分配表 （内存分配、回收的依据）
– 内存空间划分问题？ 静态或动态，等长或不等长
• 记录分配状态（内存分配表）的方法 – 位示图：用一位代表一个页面（0：空闲，1：占用）
主要问题：
CPU 寄存器
Cache 主存/内存 磁盘/外存
CPU自身的运算速度很快，内 存、外存的访问速度受到限 制
操作系统协调各存储器的使用
使 CPU的运算速度 得到发挥
成本更低 容量更大
2.内存/主存
由存储单元（字节或字）组成的一维连续的地址空间
•用来存放当前正在运行程序的代码及数据 •是程序中指令本身地址所指的、亦即程序计数器所
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
（5）地址转换 （地址重定位、地址映射）
– 逻辑地址（相对地址，虚地址） – 物理地址（绝对地址，实地址） – 地址映射
源程序
逻辑地址空间
0
物理地址空间
BA=1000
Load A data1
100
编译 连接
data1 3456
0xFFF...
用户程序
位于RAM中的 操作系统
位于RAM中的 操作系统
0
用户程序 0
ROM中的 设备驱动程序
用户程序
位于RAM中的 操作系统
0
二、分区存储管理
满足多道程序运行的、最简单的存储管理方案
系统把内存用户区划分为若干分区 分区大小可以相等，也可以不等
一个进程占据一个分区 •固定分区 •可变分区
第九讲 存储(内存)
处理器： 摩尔定律：每18个月翻一番 （集成
度->速度） ?
内存： 帕金森定律:
内存有多大，程序就有多长
内容
一、概述 二、分区存储管理
一、概述
1. 存储体系 2.内存/主存 3. 存储管理的目的 4. 存储管理的任务 5. 单一用户（连续区）存储管理
方案
1. 存储体系
速度更快
Hale Waihona Puke 指的存储器（可以由处理器直接访问！）
分为系统区与用户区 • 系统区：用于存放操作系统 • 用户区：用于装入并存放用户程序和数据
3. 存储管理的目的
• 充分利用内存，为多道程序并发执行提供存储基础 • 尽可能方便用户使用
自动装入用户程序 用户程序中不必考虑硬件细节 • 系统能够解决程序空间比实际内存空间大的问题 • 程序在执行时可以动态伸缩 • 内存存取速度快 • 存储保护与安全 • 共享与通信 • 了解有关资源的使用状况 • 实现的性能和代价
一般在装入内存时由软件完成
• 动态地址转换
变换
在程序运行过程中要访问数据时再进行地址
即在逐条指令执行时完成地址映射
一般为了提高效率，此工作由硬件地址映射机制 来完成。
硬件上需要一对寄存器的支持
5. 单一用户（连续区）存储管理方案
单用户系统在一段时间内，只有一个进 程在内存，故内存分配管理十分简单，内存 利用率低。内存分为两个区域，一个供操作 系统使用，一个供用户使用
通常由硬件完成保护功能，由软件辅助实现
• 防止地址越界
每个进程都有自己独立的进程空间，如 果一个进程在运行时所产生的地址在其地址空间之 外，则发生地址越界
当程序要访问某个内存单元时，由硬件 检查是否允许，如果允许则执行，否则产生地址越 界中断，由操作系统进行相应处理
一般由硬件提供一对寄存器：
基址寄存器：存放起始地址
逻辑地址空间
0 ...
100 LOAD A 200
...
200 3456
...
300
BR 1000
VR 200 +
物理地址空间
... 0
LOAD A 200 1100
...
34......56
1200 1300
• 静态地址转换
当用户程序被装入内存时，一次性实现逻辑 地址到物理地址的转换，以后不再转换
内存中存储单元的地址，可直接寻址
• 地址转换
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
原因: 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序 分配一个合适的内存空间，由于程序的逻辑地址与 分配到内存物理地址不一致, 而CPU执行指令时， 是按物理地址进行的，所以要进行地址转换
静态方式：程序要求的内存空间在运行前确定 动态方式：程序要求的内存空间在运行前及运行
过程中确定
• 内存回收
（2）存储共享 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
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 序间相互干扰，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
1 0 …... 1 …...
第0页第1页
第i页
第n-1页
– 空闲页面表：包括首页面号和页面个数，连续若干 的页面作为一组登记在表中
– 空闲块表：空闲块首址和空闲块长度，没有记录的 区域即为进程所占用
• 程序与内存的对应关系
连续性
离散性（存放方式）
一次性
多次性（装入方式）
驻留性
交换性（退出方式）
• 内存分配
1. 固定分区
预先把可分配的内存空间分割成若干个连续 区域 每一区域称为分区
每个分区的大小可以相同也可以不同 分区大小固定不变 每个分区装一个且只能装一个作业
（或 上界寄存器/下界寄存器）
• 防止操作越权
对于允许多个进程共享的存储区域，每个进程 都有自己的访问权限。如果一个进程对共享区域的 访问违反了权限规定，则发生操作越权，即读写保 护
（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
200
Load A 200 3456
1100 Load A 200
地址映射
1200
3456 。 。
• 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 不能用逻辑地址在内存中读取信息
• 物理地址（绝对地址，实地址）
4. 存储管理的任务
（1）内存空间的管理、分配与回收 （2）存储共享 （3）存储保护 （4）内存扩充 （5）地址转换
（1）内存空间的管理、分配与回收
– 记录内存的使用情况 ——设置相应的内存分配表 （内存分配、回收的依据）
– 内存空间划分问题？ 静态或动态，等长或不等长
• 记录分配状态（内存分配表）的方法 – 位示图：用一位代表一个页面（0：空闲，1：占用）
主要问题：
CPU 寄存器
Cache 主存/内存 磁盘/外存
CPU自身的运算速度很快，内 存、外存的访问速度受到限 制
操作系统协调各存储器的使用
使 CPU的运算速度 得到发挥
成本更低 容量更大
2.内存/主存
由存储单元（字节或字）组成的一维连续的地址空间
•用来存放当前正在运行程序的代码及数据 •是程序中指令本身地址所指的、亦即程序计数器所
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
（5）地址转换 （地址重定位、地址映射）
– 逻辑地址（相对地址，虚地址） – 物理地址（绝对地址，实地址） – 地址映射
源程序
逻辑地址空间
0
物理地址空间
BA=1000
Load A data1
100
编译 连接
data1 3456
0xFFF...
用户程序
位于RAM中的 操作系统
位于RAM中的 操作系统
0
用户程序 0
ROM中的 设备驱动程序
用户程序
位于RAM中的 操作系统
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二、分区存储管理
满足多道程序运行的、最简单的存储管理方案
系统把内存用户区划分为若干分区 分区大小可以相等，也可以不等
一个进程占据一个分区 •固定分区 •可变分区
第九讲 存储(内存)
处理器： 摩尔定律：每18个月翻一番 （集成
度->速度） ?
内存： 帕金森定律:
内存有多大，程序就有多长
内容
一、概述 二、分区存储管理
一、概述
1. 存储体系 2.内存/主存 3. 存储管理的目的 4. 存储管理的任务 5. 单一用户（连续区）存储管理
方案
1. 存储体系
速度更快
Hale Waihona Puke 指的存储器（可以由处理器直接访问！）
分为系统区与用户区 • 系统区：用于存放操作系统 • 用户区：用于装入并存放用户程序和数据
3. 存储管理的目的
• 充分利用内存，为多道程序并发执行提供存储基础 • 尽可能方便用户使用
自动装入用户程序 用户程序中不必考虑硬件细节 • 系统能够解决程序空间比实际内存空间大的问题 • 程序在执行时可以动态伸缩 • 内存存取速度快 • 存储保护与安全 • 共享与通信 • 了解有关资源的使用状况 • 实现的性能和代价
一般在装入内存时由软件完成
• 动态地址转换
变换
在程序运行过程中要访问数据时再进行地址
即在逐条指令执行时完成地址映射
一般为了提高效率，此工作由硬件地址映射机制 来完成。
硬件上需要一对寄存器的支持
5. 单一用户（连续区）存储管理方案
单用户系统在一段时间内，只有一个进 程在内存，故内存分配管理十分简单，内存 利用率低。内存分为两个区域，一个供操作 系统使用，一个供用户使用
通常由硬件完成保护功能，由软件辅助实现
• 防止地址越界
每个进程都有自己独立的进程空间，如 果一个进程在运行时所产生的地址在其地址空间之 外，则发生地址越界
当程序要访问某个内存单元时，由硬件 检查是否允许，如果允许则执行，否则产生地址越 界中断，由操作系统进行相应处理
一般由硬件提供一对寄存器：
基址寄存器：存放起始地址
逻辑地址空间
0 ...
100 LOAD A 200
...
200 3456
...
300
BR 1000
VR 200 +
物理地址空间
... 0
LOAD A 200 1100
...
34......56
1200 1300
• 静态地址转换
当用户程序被装入内存时，一次性实现逻辑 地址到物理地址的转换，以后不再转换
内存中存储单元的地址，可直接寻址
• 地址转换
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
原因: 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序 分配一个合适的内存空间，由于程序的逻辑地址与 分配到内存物理地址不一致, 而CPU执行指令时， 是按物理地址进行的，所以要进行地址转换
静态方式：程序要求的内存空间在运行前确定 动态方式：程序要求的内存空间在运行前及运行
过程中确定
• 内存回收
（2）存储共享 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
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 序间相互干扰，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
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– 空闲页面表：包括首页面号和页面个数，连续若干 的页面作为一组登记在表中
– 空闲块表：空闲块首址和空闲块长度，没有记录的 区域即为进程所占用
• 程序与内存的对应关系
连续性
离散性（存放方式）
一次性
多次性（装入方式）
驻留性
交换性（退出方式）
• 内存分配
1. 固定分区
预先把可分配的内存空间分割成若干个连续 区域 每一区域称为分区
每个分区的大小可以相同也可以不同 分区大小固定不变 每个分区装一个且只能装一个作业