《計算機操作系統(tǒng) 》課件-4.1存儲器管理概述

第四章主存管理4.5段頁式存儲管理方式目錄4.2分區(qū)存儲管理4.3頁式存儲管理

4.4段式存儲管理4.1存儲器管理概述4.7Linux內(nèi)存管理機制4.6虛擬存儲系統(tǒng)4.1存儲器管理概述4.1.1多級存儲體系存儲器的容量、性能、價格總體性能靠近系統(tǒng)中高性能的存儲器容量和價格都靠近廉價存儲器問題：調(diào)查獲取幾種常見存儲器的容量、性能和價格等數(shù)據(jù)，并進行對比。例題4-1假設某系統(tǒng)中Cache訪問周期TC為20納秒，內(nèi)存訪問周期TM為100微秒。數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，Cache中有部分緩存的數(shù)據(jù)，當訪問Cache不命中的時候才訪問內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)。若訪問Cache的命中率A為95%，則訪問數(shù)據(jù)的有效時間TA是多少？配置Cache使訪存性能提升了多少？分析：if(cache命中) {從cache中提取數(shù)據(jù)TC;

}else {訪問內(nèi)存提取數(shù)據(jù)TM;}有效訪問時間TA

=A?TC+(1-A)?(TC+TM)TC一般都遠遠小于TM，所以TC+TM

≈TM，則TA

=A?TC+(1-A)?TM解答：TA

＝

95%×0.02＋(1－95%)×(0.02＋100)＝0.019＋5.001

＝

5.02微秒近似解：

TA

＝

95%×0.02＋(1－95%)×100＝0.019＋5

＝

5.019微秒性能提升：TM/TA=100/5.02=19.92，命中率95%時，訪存性能提升到大概20倍。4.1.2存儲器管理功能地址映射主存分配存儲保護主存擴充-基于虛擬存儲器技術(shù)在邏輯上擴充主存空間-響應請求分配所需的主存空間-保護進程之間相互不受影響存儲器-邏輯地址到物理地址的映射(1)內(nèi)存的分配與回收1.構(gòu)造分配用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主存資源信息塊：等待隊列；空閑區(qū)隊列；主存分配程序2.制定策略①分配策略

——

在眾多個請求者中選擇一個請求者的原則②放置策略

——

在可用資源中，選擇一個空閑區(qū)的原則③調(diào)入策略

——

決定信息裝入主存的時機。預調(diào)策略：預先將信息調(diào)入主存。請調(diào)策略：當需要信息時，將信息調(diào)入主存④淘汰策略——在主存中沒有可用的空閑區(qū)(對某一程序而言)時，決定哪些信息從主存中移走，即確定淘汰已占用的內(nèi)存區(qū)的原則。3.實施主存分配與回收(2)內(nèi)存的共享和保護內(nèi)存共享進程共享（share）訪問某一段內(nèi)存中的程序或數(shù)據(jù)進程之間的一種高級通信方式節(jié)省空間，提高內(nèi)存利用率內(nèi)存保護在多用戶環(huán)境中，各用戶進程互不影響各用戶程序只能在給定的存儲區(qū)域內(nèi)活動實施方法：界地址保護界地址保護①上下界防護

例：程序大小為4KB，主存首址為20KB。movr1,[500]123020KB256KB

1存儲空間24KB下界寄存器

20KB上界寄存器

24KB如何設置上下界寄存器內(nèi)容？如何判斷是否越界？

若

20KB≤D＜24KB

允許訪問；否則發(fā)生越界中斷界限寄存器保護示意圖主存管理——存儲器管理概述②基地址、限長防護

例：程序大小為4KB，主存首址為20KB。如何設置基址、限長寄存器內(nèi)容？如何判斷是否越界？若邏輯地址＜4KB

允許訪問；否則發(fā)生越界中斷movr1,[500]123020KB256KB

1存儲空間24KB基址寄存器

20KB限長寄存器

4KB界限寄存器保護示意圖主存管理——主存管理功能(3)地址映射物理地址（絕對地址、實地址）物理地址是計算機主存單元的真實地址，又稱為絕對地址或?qū)嵉刂?。主存空間物理地址的集合所對應的空間組成了主存空間。邏輯地址（相對地址、虛地址）用戶程序地址（指令地址或操作數(shù)地址）均為邏輯地址。程序地址空間用戶程序所有的邏輯地址集合對應的空間。movr1,[500]11300100500程序地址空間0100011001500256k-1存儲空間程序地址空間裝入主存將程序地址空間中使用的邏輯地址變換成主存中的物理地址的過程，稱為地址映射。movr1,[500]1130Load①編程或編譯時確定地址映射關系在程序編寫或程序編譯時確定虛、實地址之間的對應關系，結(jié)果是一個不能浮動的程序模塊。②在程序裝入時確定地址映射關系在程序裝入過程中隨即進行的地址變換方式稱為靜態(tài)地址映射。靜態(tài)地址重定位示意圖movr1,[500]movr1,[500+m]01005005990m+0m+100256k-1程序地址空間存儲空間m+500重定位裝入程序11301130m+599③在程序運行時確定地址映射關系在程序執(zhí)行期間，隨著每條指令和數(shù)據(jù)的訪問自動地連續(xù)地進行地址映射，這種地址變換方式稱為動態(tài)地址映射。(4)內(nèi)存擴充必要性——主存容量不滿足應用需求可行性——局部性特征時間局部性（不久的將來再次訪問該指令/數(shù)據(jù)）空間局部性（馬上將訪問其附近的指令/數(shù)據(jù)）實現(xiàn)方法程序的全部代碼和數(shù)據(jù)存放在輔存中；程序當前執(zhí)行所涉及的那部分程序代碼放入主存中；程序執(zhí)行時，當所需信息不在主存，由操作系統(tǒng)和硬件配合來從輔存中調(diào)入信息，程序繼續(xù)執(zhí)行。虛擬存儲器介紹什么是虛擬存儲器由操作系統(tǒng)和硬件相配合來完成主存和輔存之間的信息的動態(tài)調(diào)度。這樣的計算機系統(tǒng)好像為用戶提供了一個其存儲容量比實際主存大得多的存儲器，這個存儲器稱為虛擬存儲器。虛擬存儲器的核心邏輯地址與物理地址分開存儲空間與虛地址空間分開提供地址變換機構(gòu)實現(xiàn)虛擬存儲器的物質(zhì)基礎輔存容量足以存放應用程序的虛地址空間主存容量存放進入主存的多進程的信息地址變換機構(gòu)4.1.3程序的裝入和鏈接程序鏈接Link的三種方式靜態(tài)鏈接裝入時動態(tài)鏈接運行時動態(tài)鏈接程序裝入Load的三種方式絕對裝入靜態(tài)重定位裝入動態(tài)重定位裝入程序地址空間一維地址結(jié)構(gòu)01n-1

程序的邏輯組織一維地址結(jié)構(gòu)一個程序是一個連續(xù)、線性的地址結(jié)構(gòu)；確定線性地址空間中的指令地址或操作