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1、第3章 存儲(chǔ)管理1、了解存儲(chǔ)管理的目的和功能;了解虛擬存儲(chǔ)器、地址重定位等概念;2、分區(qū)存儲(chǔ)管理:了解分區(qū)存儲(chǔ)的各種方式(固定、可變、浮動(dòng)、多重分區(qū));存儲(chǔ)“擴(kuò)充”技術(shù):覆蓋與交換;3、頁(yè)式存儲(chǔ)管理:掌握分頁(yè)管理的原理,利用pmt實(shí)現(xiàn)地址變換;掌握請(qǐng)求式分頁(yè)機(jī)制、頁(yè)面淘汰算法;4、了解段式存儲(chǔ)管理的特點(diǎn);了解段頁(yè)式存儲(chǔ)管理的優(yōu)點(diǎn)。 2第3章 存儲(chǔ)管理3.1 存儲(chǔ)管理的功能3.1.1 分級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)高速緩存 (一級(jí)緩存 二級(jí)緩存 cache) | bus v主存 ram rom | bus v外存 光磁盤(pán)等cpu直接訪問(wèn)3.1.2 存儲(chǔ)管理的功能1.存儲(chǔ)分配與管理 多進(jìn)程, 包括os, 動(dòng)態(tài)2.地

2、址重定位靜態(tài), 動(dòng)態(tài) 邏輯地址物理地址3.存儲(chǔ)保護(hù)互不干預(yù) 軟硬結(jié)合, 空指針4.存儲(chǔ)擴(kuò)充硬盤(pán)內(nèi)存 時(shí)間換取空間內(nèi)存有限, 小內(nèi)存運(yùn)行多作業(yè),大作業(yè)43.2 地址重定位系統(tǒng)區(qū) os 用戶區(qū)1 名空間 地址空間 存儲(chǔ)空間符號(hào)邏輯地址 物理地址源程序目標(biāo)模塊 絕對(duì)地址 相對(duì)地址重定位 map2 靜態(tài)重定位絕對(duì)地址 = 相對(duì)地址 + 起始地址程序執(zhí)行之前 地址重定位 dos程序3 動(dòng)態(tài)重定位 運(yùn)行期間 硬件支持 進(jìn)程的代碼數(shù)據(jù)在內(nèi)存外存中移動(dòng), 動(dòng)態(tài)裝入73.3 分區(qū)存儲(chǔ)管理3.3.1 單一連續(xù)區(qū)管理dos 單任務(wù) os 將所有空閑內(nèi)存分配給程序83.3.2 分區(qū)存儲(chǔ)管理 多任務(wù) 多道內(nèi)存分區(qū), 每

3、一任務(wù)占一個(gè)分區(qū)1 靜態(tài)(固定)分區(qū)l內(nèi)存分成大小不同的區(qū)域, 可運(yùn)行不同大小的作業(yè)l簡(jiǎn)單, 浪費(fèi)l內(nèi)碎片2 動(dòng)態(tài)(可變)分區(qū)a.利用表格記錄已分配區(qū)和空閑分區(qū)查空閑分區(qū)表-分配內(nèi)存-運(yùn)行-結(jié)束-釋放內(nèi)存, 放入空閑分區(qū)表, 相鄰空閑分區(qū)合并b.空閑分區(qū)分配算法i) 最佳適應(yīng)算法空閑分區(qū)從小到大排序, 保留大空閑區(qū)ii) 最差適應(yīng)算法分割最大空閑區(qū), 比較一次, 剩余空間任可運(yùn)行作業(yè)iii) 首次適應(yīng)算法 地址由低到高找, 保留高地址空間 三種算法都會(huì)產(chǎn)生不能運(yùn)行任何程序的小空閑區(qū), 不連續(xù), 即碎片 fragmentation,外碎片。 最小粒度g:內(nèi)存分配單位c.動(dòng)態(tài)重定位式分區(qū)分配進(jìn)程地

4、址空間可移動(dòng), 使空閑區(qū)可合并從而消除外碎片進(jìn)程結(jié)束時(shí)合并或分區(qū)不夠大時(shí)合并d.多重分區(qū)作業(yè)分段, 代碼段 數(shù)據(jù)段 堆棧段 動(dòng)態(tài)加載, 物理地址空間可不連續(xù),消除碎片, 便于共享進(jìn)一步發(fā)展成虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)143.4 覆蓋和交換3.4.1 覆蓋 overlay 小內(nèi)存運(yùn)行大作業(yè)l將作業(yè)分成模塊(程序段), 按功能引用關(guān)系形成一種樹(shù)型結(jié)構(gòu), 同層為覆蓋段.l同層取最大設(shè)置分區(qū)大小dos command.com即采用了覆蓋技術(shù)低端常駐, 高端暫駐,可覆蓋同層可互相覆蓋則此作業(yè)需20+40+60+40=160k3.4.2 交換 swappingl不運(yùn)行的作業(yè)( 如時(shí)間片用完或其他原因), 映象調(diào)至硬

5、盤(pán)的交換文件區(qū), 文件, 讓出內(nèi)存供其他作業(yè)使用. l當(dāng)os再次調(diào)度該進(jìn)程運(yùn)行時(shí), 再?gòu)慕粨Q區(qū)調(diào)入內(nèi)存, 換進(jìn)換出 (roll-in, roll-out)現(xiàn)代oslwin9x - win386.swplwinnt, 2k, xp - pagefile.syslunix - 交換區(qū)ldos + bc.exe - tc0001.swp信息交換量大, 開(kāi)銷大18虛擬存儲(chǔ)管理動(dòng)態(tài)地址映象, 交換技術(shù)軟件+硬件 虛地址實(shí)地址虛地址大小限制:1 cpu尋址機(jī)構(gòu)80386 232=4gb, 地址變換分段246=64tb2 外存大小193.5 分頁(yè)存儲(chǔ)管理請(qǐng)求式頁(yè)面存儲(chǔ)管理1 原理a 分配方式內(nèi)存分塊, 作業(yè)

6、分頁(yè), 塊頁(yè)大小相同b 建立頁(yè)面映象表(pmt)頁(yè)號(hào) 塊號(hào) 狀態(tài)頁(yè)是否在內(nèi)存及在哪一塊c 地址轉(zhuǎn)換虛地址重定位(動(dòng)態(tài)), 可不連續(xù)頁(yè)號(hào)和偏移量 塊號(hào)和偏移量缺頁(yè)處理20分頁(yè)系統(tǒng)基本的地址變換機(jī)構(gòu)頁(yè)表寄存器頁(yè)表始址頁(yè)表長(zhǎng)度頁(yè)號(hào)(3)頁(yè)內(nèi)地址邏輯地址l越界中斷1塊號(hào)b頁(yè)表頁(yè)號(hào)012物理地址321具有快表(tlb)的地址變換機(jī)構(gòu)頁(yè)表寄存器頁(yè)表始址頁(yè)表長(zhǎng)度頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)地址邏輯地址l越界中斷塊號(hào)b頁(yè)表頁(yè)號(hào)頁(yè)號(hào)輸入寄存器塊號(hào)bb快表d物理地址232 頁(yè)面淘汰算法l內(nèi)存有限, 存放作業(yè)的活動(dòng)頁(yè).l當(dāng)發(fā)生一條不在活動(dòng)頁(yè)的指令時(shí), 則需硬件機(jī)構(gòu)及服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)物理頁(yè)的調(diào)入調(diào)出操作.l無(wú)空閑塊時(shí), 淘汰某頁(yè), 采用算法

7、.l算法不合理時(shí), 某些頁(yè)會(huì)在內(nèi)外存間頻繁調(diào)入調(diào)出, 即抖動(dòng)(thrashing).l進(jìn)程越多, 抖動(dòng)越嚴(yán)重a.最佳淘汰算法永遠(yuǎn)不再使用的頁(yè) 實(shí)現(xiàn)困難b.先進(jìn)先出fifo算法順序訪問(wèn)地址效率高, 若有循環(huán)效率低c.最近最少使用lru(least recently used)程序局部性原理d.最少使用lfu(least frequently used) 假定系統(tǒng)為某進(jìn)程分配了三個(gè)物理塊, 并考慮有以下的頁(yè)面號(hào)引用串:7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1 進(jìn)程運(yùn)行時(shí), 先將7,0,1三個(gè)頁(yè)面裝入內(nèi)存。 以后, 當(dāng)進(jìn)程要訪問(wèn)頁(yè)面2時(shí), 將會(huì)產(chǎn)生缺頁(yè)中斷。此時(shí)

8、os根據(jù)最佳置換算法, 將選擇頁(yè)面7予以淘汰。 利用最佳頁(yè)面置換算法時(shí)的置換圖利用fifo置換算法時(shí)的置換圖最近最久未使用lru(least recently used)置換算法273.6 分段存儲(chǔ)管理1 原理a.分配方式: 作業(yè)按模塊分段, 段長(zhǎng)不同代碼段, 數(shù)據(jù)段, 堆棧段按段分配內(nèi)存, 段間可不連續(xù)b.建立段表 段號(hào), 段長(zhǎng), 基址, 狀態(tài), 權(quán)限等c.地址轉(zhuǎn)換作業(yè)段號(hào)s, 偏移d 物理地址硬件支持2 共享和保護(hù) 例:兩個(gè)作業(yè)進(jìn)程共享一個(gè)sort過(guò)程,內(nèi)存中只有一個(gè)付本2 共享和保護(hù)a. 段表限制, 越界保護(hù) 長(zhǎng)度b. 訪問(wèn)權(quán)限控制 共享c. 特權(quán)級(jí) root用戶任務(wù)權(quán)力大, 可訪問(wèn)低權(quán)力段, 緩沖區(qū)溢出攻擊3 優(yōu)點(diǎn): 長(zhǎng)度可變, 便于共享, 虛擬內(nèi)存缺點(diǎn): 碎片, 段長(zhǎng)度受內(nèi)存大小限制, 缺段處理323.7 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理頁(yè)式內(nèi)存利用率,無(wú)

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