第4章存储器管理(10-5-13)详解
操作系统第4章练习题
操作系统第4章练习题操作系统常见题解析及模拟题内容第4章存储器管理4.1典型例题解析【例1】某系统采用动态分区分配方式管理内存，内存空间为640k，高端40k用来存放操作系统。
在内存分配时，系统优先使用空闲区低端的空间。
对下列的请求序列：作业1申请130k、作业2申请60k、作业3申请100k、作业2释放60k、作业4申请200k、作业3释放100k、作业1释放130k、作业5申请140k、作业6申请60k、作业7申请50k、作业6释放60k，请分别画图表示出使用首次适应算法和最佳适应算法进行内存分配和回收后内存的实际使用情况。
动作首次适应算法最佳适应算法空闲分区已分配分区己分配分区空闲分区（始址，大(作业，始址，大小)（作业，始址，大小)(始址，大小)小)130,470190,410l，o，1301，o，1302,130,601，o，1302,130,603,190,100l，0,1303,190,100l，0,1303,190,1004,290,200l，0，1304,290,2004,290,2004,290,2005,0,1404,290,2005,0，1406,490,604,290,2005，o，1406,490,607,550,504,290,2005,0，1407,550,50130,470190,410l，0,1302,130,60作业1申请130kl，0,130作业2申请60k1,0,130作业3申请100k2,130,603,190,100作业2释放60kl，0,1303,190,100290,310130,60290,310130,60490,1lo130，160490,1100,290490,110140，150490,110200,90490,110290,310130,60290,310130,60490.110490，110130，160490,1100,290490，110140，150550,50140,1501，o，130作业4申请200k3,190,1004,290,200作业3释放100k作业l释放130k作业5申请140kl，0，1304,290,2004,290,2004,290,2005,0,1404,290,2005，o，1406,140,604,290,2005,0,1406,140,607，200,504,290,2005,0,1407,200,50作业6申请60k作业7申请50k250,40490,110140,60250,40490,110140,150作业6释放60k490,60140，1501操作系统常见题解析及模拟题内容请问：采用首次适应环境算法和最佳适应环境算法展开上述内存的分配和废旧后，内存的实际采用情况分别例如图(a)和(b)右图。
计算机操作系统 第四版 汤小丹 梁红兵 哲凤屏_第4章(20162017)
4.3.4 基于顺序搜索的动态分区分配算法
2. 循环首次适应(next fit ,NF)算法
在为进程分配内存空间时，不再是每次都从链首开 始查找，而是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分 区开始查找，直至找到一个能满足要求的空闲分区， 从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业。 该算法应设置一起始查寻指针，用于指示下一次起始 查寻的空闲分区，并采用循环查找方式。
的适当位置。
0
1000 L O A D 1 ,2 5 0 0
2500 365
10000
1 1 0 0 0 L O A D 1 ,2 5 0 0
12500
365
5000 作业地址空间
15000
内存空间
把在装入时对目标程 序中指令和数据地址的 修改过程称为重定位。
地址变换通常在进程装入 时依次完成的，以后不再改 变，静态重定位。
4.2 程序的装入和链接
将一个用户源程序变为内存中的一个可执行程序，通常 有以下几个步骤：
编译，由编译程序(Compiler)将用户源代码编译成若干 个目标模块(Object Module)；
链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标模 块，以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完 整的装入模块(Load Module)；
4.1.2 主存储器与寄存器
1．主存储器
简称内存或主存，用于保存进程运行时的程序和数据。
CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数 据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者 从寄存器存入到主存储器。 CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址 空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的 速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器 和高速缓存。
第4章内部存储器
速度应相同，同一主板上的不同存储体的内存条存取速度也应相同或
尽量接近，否则可能出问题。 当两个存储体存取速度不同时，若低速存储体放置在前，高速存
储体放置在后，则高速存储体降频使用，不出现故障，若相反则低速
存储体超频使用，可能引发存储故障。
10.03.2019 Ch4 内部存储器 43/52 9
4．2．5 内存区域划分（1）
4．闪存 Flash memory 代表芯片为 28F010、29EE010、29EE020 等。存储容量大为 1 ~ 2Mb ( 128 ~ 256KB )，易于在线刷新，目前已基本取代 EPROM。 闪存容量大、易修改性是它的优点，其内部程序便于刷新，但也 是它的缺点，容易受到攻击，无法保证数据安全。 ROM 系统由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器组成。
10.03.2019 Ch4 内部存储器 43/52 10
4．2．5 内存区域划分（2）
4．系统保留区
E0000 ~ EFFFF 早期为内存盲区，后期为 ROM BIOS 扩展区。
5．系统 ROM BIOS 区 最高端 64KB 用于存放主板 BIOS，BIOS 主要功能如下：
⑴ 上电自检 POST ( Power On Self – Test )。电源开启后进行自诊
第四章内存及其与CPU连接
选中存储芯片，即进行片选；然后再从选中
旳芯片中根据地址码选择出相应旳存储单元，
以进行数据存取，这称为字选。
• 1、线选译码法
线选法就是用除了片内寻址外旳高位地址线直接（或经反 相器）接至各个存储芯片旳片选端，当某条地址线信息为“0” 时，就选中与之相应旳存储芯片。
2、全译码法
全译码法是用除了片内寻址外旳全部高位地址线作 为地址译码器旳输入，把经过译码器译码后旳输出作 为各芯片旳片选信号，将它们分别接到存储芯片旳片 选端，以实现对存储芯片旳选择。
芯片 RAM1
RAM芯片组地址范围
A15 A14 A13 A12 A11 A10
其可存储二进制位旳数量为2x×y。 • 3)控制信号：
CS*：片选信号 OE*：输出允许信号 ME*：写入允许信号
• 存储芯片内部由存储矩阵、地址译码电路和 读/写控制电路等构成。
• 1、存储矩阵
存储矩阵是存储单元旳集合，一种存储 单元能够存储一位或多位二进制数数据。所 以，能够把存储器芯片分为位片构造和字片 构造两种类型。
• 2、地址译码电路
• 译码器将地址锁存器输入旳地址码转换 成译码器输出线上相应旳有效电平，表达选 中了某一存储单元，并由驱动器提供驱动电 流去驱动相应旳读/写电路，完毕被选中单 元旳读/写操作。
• 译码驱动方式分为 一维地址译码和二维 地址译码两种。
• 3、读/写控制电路
控制逻辑接受CPU送来旳开启、读、写等命令， 经控制电路处理后，由控制逻辑产生一组时序信号来 控制存储器旳读出和写入操作。
缓存 主存 辅存 图1 微型计算机存储器旳三级构造
• 高速缓冲存储器（Cache）：主要由双极 型半导体存储器构成，速度快。为了弥 合主存和CPU旳速度上旳较大差别而设置。 存储正在执行旳程序和数据，速度与CPU 相匹配。有片内片外之分。
《计算机操作系统》课件第4章
第四章 存 储 器 管 理
3. 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking) 在许多情况下，应用程序在运行时，每次要运行的模块 可能是不相同的。但由于事先无法知道本次要运行哪些模块， 故只能是将所有可能要运行到的模块全部都装入内存，并在 装入时全部链接在一起。显然这是低效的，因为往往会有部 分目标模块根本就不运行。比较典型的例子是作为错误处理 用的目标模块，如果程序在整个运行过程中都不出现错误， 则显然就不会用到该模块。
2
第四章 存 储 器 管 理
4.1.1 多层结构的存储器系统 1. 存储器的多层结构 对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高
层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的 计算机中，还可以根据具体的功能细分为寄存器、高速缓存、 主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等6层。 如图4-1所示。
19
第四章 存 储 器 管 理
4.3 连续分配存储管理方式
4.3.1 单一连续分配 在单道程序环境下，当时的存储器管理方式是把内存分
为系统区和用户区两部分，系统区仅提供给OS使用，它通常 是放在内存的低址部分。而在用户区内存中，仅装有一道用 户程序，即整个内存的用户空间由该程序独占。这样的存储 器分配方式被称为单一连续分配方式。
9
第四章 存 储 器 管 理
4.2 程序的装入和链接
用户程序要在系统中运行，必须先将它装入内存，然后 再将其转变为一个可以执行的程序，通常都要经过以下几个 步骤：
(1) 编译，由编译程序(Compiler)对用户源程序进行编译， 形成若干个目标模块(Object Module)；
(2) 链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标 模块以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的 装入模块(Load Module)；
计算机组成原理第4章主存储器(00001)资料讲解
CS
WE
DOUT
片选读时间 taCS
CPU必须在这段时 间内取走数据
片禁止到输出的传 输延迟tPLH CS→DOUT
15
1. 静态存储器（SRAM）（6）
(2) 开关特性
写周期时序 地址对写允许WE的保持时间 th Adr
地址对写允许WE的建立时间 tsu
Adr
Adr
CS
WE
最小写允许宽度tWWE
保持1，0 的双稳态 电路
存储单元
9
1. 静态存储器（SRAM）
MOS管是金属(Metal)—氧化物(Oxid)—半导体(Semiconductor) 场效应晶体管，或者称S管有三个极：源极S（Source）、漏极D（Drian）和栅极G（Gate）.
器
控制电路
0 … 31
读/写电路 Y地址译码
CS WE DIN H ×× LLL LLH L H×
DOUT H H H DOUT
操作方式
未选 写“0” 写“1”
读
WE CS
A5 … A9
14
1. 静态存储器（SRAM）（5）
(2) 开关特性
读周期时序
Adr
地址对片选的建立时间 tsu Adr→CS
27
4.6 非易失性半导体存储器（4）
3．可擦可编程序的只读存储器（EPROM） 为了能修改ROM中的内容，出现了EPROM。其原理：
VPP(+12V)
控制栅 浮置栅
5～7V
源n+
漏n+
P型基片
28
4.6 非易失性半导体存储器（5）
3．可擦可编程序的只读存储器（EPROM） 存储1，0的原理：
西安电子科技大学_计算机组成与体系结构_第4章存储系统_课件PPT
存取方式 读写功能
随机读写：RAM 顺序(串行)访问：
顺序存取存储器 SAM 直接存取存储器 DAM
12
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质
在计算机中的用途
存放信息的易失(挥发)性
存取方式 读写功能
读写存储器 只读存储器
13
存储信息的介质
在计算机中的用途 存放信息的易失(挥发)性 存取方式 读写功能
易失：RAM 非易失：
ROM 磁盘
……
11
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质 在计算机中的用途 存放信息的易失(挥发)性
存储器的存取时间 与存储单元的物理 地址无关，随机读 写其任一单元所用
无
36
8086系统总线
D0～D7
A1～A13 MEMR MEMW
A0
D8～D15 A1～A13 MEMR MEMW
BHE
&
A19
A18
A17
&
A16 A15 A14
6264与8086系统总线的连接
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
74LS138
每次读出/写入的字节数 存取周期
价格
体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件
14
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器的性能指标
容量 速度 可靠性
可维修部件的可靠性： 平均故障间隔时间（MTBF）
第4章存储器管理-题库及参考答案
第4章存储器管理－选择题参考答案一、选择题1.【2011统考】在虚拟内存管理中，地址变换机构将逻辑地址变换为物理地址，形成该逻辑地址的阶段是()A.编辑B.编译C.链接D.装载2.下面关于存储管理的叙述中，正确的是()A.存储保护的目的是限制内存的分配B.在内存为M、有N个用户的分时系统中，每个用户占M/N的内存空间C.在虚拟内存系统中，只要磁盘空间无限大，作业就能拥有任意大的编址空间D.实现虚拟内存管理必须有相应硬件的支持3.在使用交换技术时，若一个进程正在()，则不能交换出主存。
A.创建B.I/O操作C.处于临界段D.死锁4.在存储管理中，采用覆盖与交换技术的目的是()A.节省主存空间B.物理上扩充主存容量C.提高CPU效率D.实现主存共享5.【2009统考】分区分配内存管理方式的主要保护措施是()A.界地址保护B.程序代码保护C.数据保护D.保护6．【2010统考】某基于动态分区存储管理的计算机，其主存容量为.55MB(初始为空)，采用最佳适配算法，分配和释放的顺序为;分配15MB，分配30MB，释放15MB，分配8MB，分配6MB，此时主存中最大空闲分区的大小是()A.7MBB.9MBC.10MBD.15MB7.段页式存储管理中，地址映射表是()A.每个进程一张段表，两张页表B.每个进程的每个段一张段表，一张页表C.每个进程一张段表，每个段一张页表D.每个进程一张页表，每个段一张段表8.内存保护需要由()完成，以保证进程空间不被非法访问A.操作系统B.硬件机构C.操作系统和硬件机构合作D.操作系统或者硬件机构独立完成9.存储管理方案中，()可采用覆盖技术A.单一连续存储管理B.可变分区存储管理C.段式存储管理D.段页式存储管理10.在可变分区分配方案中，某一进程完成后，系统回收其主存空间并与相邻空闲区合并，为此需修改空闲区表，造成空闲区数减1的情况是()A.无上邻空闲区也无下邻空闲区B.有上邻空闲区但无下邻空闲区C.有下邻空闲区但无上邻空闲区D.有上邻空闲区也有下邻空闲区 11．设内存的分配情况如图所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四章 存 储 器 管 理
内存管理概述
计算机的存储体系回顾
第四章 存 储 器 管 理
CPU寄 存 器 主存
辅存
寄存器 高速缓存
主存 磁盘缓存
磁盘 可移动存储介质
图4-1 计算机系统存储层次示意
第四章 存 储 器 管 理
内存管理的目的
内存管理概述
操作系统的“方便”性
便于用户装入程序，无须了解底层细节 可实现动态的存储空间伸缩，适应不同程序的需要
1. 绝对装入方式
按模块中的地址，将程序和数据装入到内存对应 位置。程序中所使用的绝对地址，既可在编译或 汇编时给出， 也可由程序员直接赋予。
第四章 存 储 器 管 理
1、Absolute Loading Mode(ALM)
Jump k
k
Load m
m
1024 汇编/编译 1424
Jump 1424 Load 2224
内存空间的管理、分配和回收
内存空间的使用情况记录——位图、分配表、分区表 内存空间的分配与回收——定长与不定长、静态与动态
内存空间的地址映射（转换）
物理地址与逻辑地址的差别
内存空间的共享和保护
内存共享：进程与线程、中间件应用 内存保护：如何防止地址越界或操作越权？
内存空间的扩充
虚拟存储：如何使用小内存空间来运行大的程序？
第四章 存 储 器 管 理
1、静态链接
0 模块A Call B
L-1 Return
0 模块B Call C
动态重定位：在程序执行时，每当访问 指令和数据时，将要访问的指令和数据 的相对地址转换成绝对地址。
Jump k
k
Load m
m
汇编 0 Jump 400
编译
400 Load 1200
1200
1000
1000
Jump 400 400 +
装入
1400
Load 1200 1200
+
2200
作业空间
内存空间
虽然可以把程序装入到内存的任意位置，但 不允许程序在内存中移动位置。 如果程序在内存中移动，就必须对程序中的 地址进行修改才能正常运行。
动态运行时装入程序：把装入模块装入 内存时，不把程序中的地址转换成实际 的物理地址，而是在运行时才进行地址 转换。
第四章 存 储 器 管 理
3、Dynamic Run-Time Loading
2224
1024 Jump 1424
装入 1424 Load 2224
2224
绝对装入方式：在编译时，已经知道程序要驻 留在内存的位置，如地址1024开始，则编译程
序直接产生从该地址向上开展的目标代码，目 标代码中全部采用绝对地址。
第四章 存 储 器 管 理
2.重定位装入方式
ALM存在问题：多道程序环境下，编译 程序无法预先知道程序的装入位置。 重定位装入：目标模块的起始地址通常 是从0开始，其他地址也是相对于起始地 址计算的。在程序装入时，把目标程序 中的指令和数据的相对地址(有效地址)修 改成装入位置处内存的物理地址。
第四章 存 储 器 管 理
0
10 00 LOAD 1,25 00
25 00 36 5
50 00 作 业地 址 空 间
10 000 11 000 LOAD 1,25 00
12 500
36 5
15 000
内 存空 间
图 4-2 作业装入内存时的情况
第四章 存 储 器 管 理
2、Relocatable Loading Mode-RLM
存储管理概述
内存管理节或字）组成的一维连续地址空 间，用来存放当前正在运行的程序的代码或数据， 是程序中指令本身（程序计数器）所指向的存储 空间。
第四章 存 储 器 管 理
4.1 存储器的层次结构
多级存储器结构
对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高 层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的 计算机中，还可以根据具体的功能分工细划为寄存器、高速 缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等6 层。如图4-1所示，在存储层次中越往上，存储介质的访问速 度越快，价格也越高，相对存储容量也越小。其中，寄存器、 高速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于操作系统存储管理的 管辖范畴，掉电后它们存储的信息不再存在。固定磁盘和可 移动存储介质属于设备管理的管辖范畴，它们存储的信息将 被长期保存。
运行时
第四章 存 储 器 管 理
4.2.2 程序的链接
链接的主要功能：把经汇编、编译所得到 的一组目标模块和所需的库函数目标模块 一起，装配成一个完整的装入模块。有三 种链接方法：
静态链接 装入时动态链接 运行时动态链接
第四章 存 储 器 管 理
链接需要解决两个问题：
修改相对地址：编译产生的目标模块起 始地址为0，除第一块外，其余的相对地 址全部要修改。 变换外部调用符号：把外部调用符号变 换成相对地址—形成可执行文件。
操作系统的“合理”性
合理分配内存空间，保证多道程序的顺利运行 合理保护内存空间，防止各种可能的破坏泄漏
操作系统的“有效性”
有效保持内存空间的可用性，防止对资源的浪费 有效实现“小空间大容量”，提高计算机的适应性 有效配合CPU的调度过程，实现系统运行的稳定
第四章 存 储 器 管 理
内存管理的任务
内存管理概述
第四章 存 储 器 管 理
第四章 存储器管理
4.1 存储器的层次结构 4.2 程序的装入和链接 4.3 连续分配方式 4.4 基本分页存储管理方式 4.5 基本分段存储管理方式 4.6 虚拟存储器的基本概念 4.7 请求分页存储管理方式 4.8 页面置换算法 4.9 请求分段存储管理方式
第四章 存 储 器 管 理
Jump k
k Load m
0
汇编/编译
Jump 400
400 Load 1200
1000
装入
Jump 1400
1400 Load 2200
2200
m
1200
作业空间
内存空间
静态重定位：地址变换只是在装入时一次性完成，以后不
再改变。
第四章 存 储 器 管 理
2.动态运行时装入方式
可重定位装入方式存在问题：
第四章 存 储 器 管 理
4.2 程序的装入和链接
图 4-1 对用户程序的处理步骤
第四章 存 储 器 管 理
4.2.1 程序的装入
如果程序为多个模块，则需要进行链接；单个目 标模块无须进行链接。在Unix/Linux链接有多种 方式。单模块的装入方式：
绝对装入方式
可重定位方式
第四章 存 储 器 管 理