存儲器的層次結(jié)構(gòu)

1、存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器的層次結(jié)構(gòu)CPUCacheRAMDISK500GB200MB/S18GB12GB/S512KB8MB400GB/S重定位及其方式重定位及其方式 1 邏輯地址邏輯地址(空間相對地址空間相對地址)符號名字空間符號名字空間 int a,b; a=10;邏輯地址空間邏輯地址空間(編譯后目標(biāo)程序的地址范圍編譯后目標(biāo)程序的地址范圍)2 存儲空間存儲空間(絕對地址絕對地址)存儲空間存儲空間:所有物理存儲單元的集合所有物理存儲單元的集合/物理地址的集合物理地址的集合源源程程序序目標(biāo)目標(biāo)代碼代碼目標(biāo)目標(biāo)代碼代碼名空間名空間邏輯地址空間邏輯地址空間存儲空間存儲空間os0000 .1000 1

2、1001102110411061108 . . . .物理內(nèi)存物理內(nèi)存OS重定位的概念重定位的概念舉例舉例:教學(xué)計劃及其實施教學(xué)計劃及其實施Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128程序程序A的代碼的代碼000100102104106108Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128110611061108110811101110邏輯地址邏輯地址重定位分類重定位分類:靜態(tài)重定位靜態(tài)重定位Load R1,106Load R1,106Add R1,108Add R1,108Store R1,110Store R1,1102342

3、34128128程序程序A的代碼的代碼0001001021041061080000 .1000 . .11001102110411061108 . . . .物理內(nèi)存物理內(nèi)存OSLoad R1,Load R1,11061106Add R1,Add R1,11081108Store R1,Store R1,11101110234234128128加載時定位加載時定位Load R1,Load R1,11061106Add R1,Add R1,11081108Store R1,Store R1,11101110234234128128靜態(tài)重定位特點靜態(tài)重定位特點w 優(yōu)點優(yōu)點無需硬件支持無需硬件支持,

4、OS裝載時由軟件實現(xiàn)裝載時由軟件實現(xiàn)w 缺點缺點需要分配一個連續(xù)的存儲空間需要分配一個連續(xù)的存儲空間用戶需要事先確定所程序所需的存儲量用戶需要事先確定所程序所需的存儲量裝載后不能在內(nèi)存中移動裝載后不能在內(nèi)存中移動重定位分類重定位分類:動態(tài)重定位動態(tài)重定位Load R1,106Load R1,106Add R1,108Add R1,108Store R1,110Store R1,110234234128128程序程序A的代碼的代碼0001001021041061080000 .1000 . .11001102110411061108 . . . .物理內(nèi)存物理內(nèi)存OSLoad R1,Load R

5、1,106106Add R1,Add R1,108108Store R1,Store R1,110110234234128128重定位寄存器重定位寄存器(位于位于CPU中中)+1000動態(tài)重定位特點動態(tài)重定位特點w 優(yōu)點優(yōu)點不要求分配連續(xù)的存儲空間不要求分配連續(xù)的存儲空間,可按頁或段分配可按頁或段分配用戶作業(yè)可動態(tài)申請附加的存儲空間用戶作業(yè)可動態(tài)申請附加的存儲空間,并可在內(nèi)存并可在內(nèi)存中移動中移動有利于程序段的共享有利于程序段的共享w 缺點缺點需要硬件的支持需要硬件的支持實現(xiàn)存儲管理的軟件算法比較復(fù)雜實現(xiàn)存儲管理的軟件算法比較復(fù)雜存儲器管理的功能存儲器管理的功能w 內(nèi)存的分配和回收內(nèi)存的分配和

6、回收記錄內(nèi)存使用情況記錄內(nèi)存使用情況存儲的按需分配存儲的按需分配存儲的回收存儲的回收w 內(nèi)存容量的內(nèi)存容量的“擴充擴充”w 地址轉(zhuǎn)換地址轉(zhuǎn)換常采用動態(tài)重定位常采用動態(tài)重定位,需要硬件支持需要硬件支持w 存儲保護存儲保護為了保護區(qū)域內(nèi)信息不被破壞，必須實現(xiàn)存為了保護區(qū)域內(nèi)信息不被破壞，必須實現(xiàn)存儲保護。存儲保護的工作必須由硬件和軟件儲保護。存儲保護的工作必須由硬件和軟件配合來實現(xiàn)。配合來實現(xiàn)。存儲分配方式存儲分配方式w 靜態(tài)分配靜態(tài)分配采用靜態(tài)重定位方式采用靜態(tài)重定位方式裝入時確定其在內(nèi)存中的位置裝入時確定其在內(nèi)存中的位置運行中不能再申請內(nèi)存運行中不能再申請內(nèi)存運行中不能在內(nèi)存中移動運行中不能在

7、內(nèi)存中移動w 動態(tài)分配動態(tài)分配采用動態(tài)重定位方式采用動態(tài)重定位方式裝入時確定其在內(nèi)存中的位置裝入時確定其在內(nèi)存中的位置運行中可申請內(nèi)存運行中可申請內(nèi)存可在內(nèi)存中移動可在內(nèi)存中移動存儲管理中的分配技術(shù)存儲管理中的分配技術(shù)連續(xù)分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理連續(xù)分區(qū)管理連續(xù)分區(qū)管理存儲管理存儲管理: 連續(xù)分配連續(xù)分配w 一道作業(yè)的全部內(nèi)容一道作業(yè)的全部內(nèi)容(程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù))裝入到內(nèi)存的裝入到內(nèi)存的一個連續(xù)存儲區(qū)中一個連續(xù)存儲區(qū)中,作業(yè)在執(zhí)行過程中不會發(fā)生作業(yè)在執(zhí)行過程中不會發(fā)生內(nèi)存與外存交換的現(xiàn)象內(nèi)存與外存交換的現(xiàn)象,作業(yè)的容量要受到物理作業(yè)的容量要受到物理內(nèi)存容量的限制。內(nèi)存容量的限制。

8、w 屬于實存管理技術(shù)屬于實存管理技術(shù)w 四種方案四種方案單道連續(xù)區(qū)管理單道連續(xù)區(qū)管理多道固定分區(qū)管理多道固定分區(qū)管理多道可變分區(qū)管理多道可變分區(qū)管理多道可重定位分區(qū)管理多道可重定位分區(qū)管理1.單道連續(xù)區(qū)管理單道連續(xù)區(qū)管理存儲管理:連續(xù)分配000020KB100KB256KBOS用戶程序用戶程序需需80KB存儲空間存儲空間空閑區(qū)空閑區(qū)一次只能裝入一個作業(yè)一次只能裝入一個作業(yè)2.多道固定分區(qū)管理多道固定分區(qū)管理存儲管理:連續(xù)分配000020KB28KB44KB76KB140KB256KBOS分區(qū)大小不等分區(qū)大小不等分區(qū)大小相等分區(qū)大小相等000020KB40KB60KB80KB100KB120KB

9、.256KBOS.16KB8KB作業(yè)作業(yè)1 需需14KB32KB64KB作業(yè)作業(yè)2 需需60KB116KB2.多道固定分區(qū)管理多道固定分區(qū)管理(續(xù)續(xù))存儲管理:連續(xù)分配000020KB28KB44KB76KB140KB256KBOS16KB8KB32KB64KB116KB需建立固定分區(qū)說明需建立固定分區(qū)說明表表分區(qū)號分區(qū)號起始地址起始地址長度長度狀態(tài)狀態(tài)作業(yè)名作業(yè)名120KB8KB0228KB16KB0344KB32KB0476KB64KB05140KB116KB0作業(yè)作業(yè)J1 需需14KB1J11J2內(nèi)零頭內(nèi)零頭(碎片碎片)問題問題作業(yè)作業(yè)J2 需需60KB作業(yè)作業(yè)J1 14KB作業(yè)作業(yè)J2

10、 60KB作業(yè)作業(yè)J1 14KB作業(yè)作業(yè)J2 60KB物理內(nèi)存物理內(nèi)存3.多道可變分區(qū)管理多道可變分區(qū)管理(概念概念)存儲管理:連續(xù)分配內(nèi)存地址內(nèi)存地址000020KB256KBOSJ1 需需14KBJ2 需需30KB空閑區(qū)空閑區(qū)已分配區(qū)已分配區(qū)J3 需需60KB區(qū)大小區(qū)大小14KB30KB60KB132KBJ4 需需60KB J5 需需20KBJ1 14KBJ2 30KBJ3 60KBJ4 60KBJ5 20KB10KB72KB外零頭外零頭(碎片碎片)3.多道可變分區(qū)管理多道可變分區(qū)管理(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))存儲管理:連續(xù)分配000020KB256KBOSJ1 需需14KBJ2 需需30KBJ

11、3 需需60KBJ4 需需60KB J5 需需20KB10KB72KB方案一:設(shè)置兩張存儲管理表大大小小位位置置狀態(tài)狀態(tài)14K 20K 已分已分空表空表目目60K 64K 已分已分60K 124已分已分20K 34K 已分已分空表空表目目已分分區(qū)表已分分區(qū)表UBT大大小小位位置置狀態(tài)狀態(tài)10K 54K 空閑空閑空表空表目目72K 184空閑空閑空表空表目目空表空表目目空閑分區(qū)表空閑分區(qū)表FBT3.多道可變分區(qū)管理多道可變分區(qū)管理(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))存儲管理:連續(xù)分配方案二:空閑存儲區(qū)鏈1N+2N個字個字(已分區(qū)已分區(qū))1N+20N+2向前指針向前指針N個字個字(空閑分區(qū)空閑分區(qū))0N+2向后指

12、針向后指針0L+20L+20 M+20 M+20 N+20 N+2Free指針3.多道可變分區(qū)管理多道可變分區(qū)管理(回收與合并回收與合并)w 回收可能出現(xiàn)的四種情況回收可能出現(xiàn)的四種情況JobB回收區(qū)回收區(qū)回收區(qū)回收區(qū)Free1JobA回收區(qū)回收區(qū)Free2Free2回收區(qū)回收區(qū)回收區(qū)回收區(qū)Free1JobB回收區(qū)回收區(qū)回收區(qū)回收區(qū)JobA存儲管理:連續(xù)分配3.多道可變分區(qū)管理多道可變分區(qū)管理(分配算法分配算法)w 最佳適應(yīng)算法最佳適應(yīng)算法總是找最接近作業(yè)大小的區(qū)分配總是找最接近作業(yè)大小的區(qū)分配需按分區(qū)大小排序需按分區(qū)大小排序w 最差適應(yīng)算法最差適應(yīng)算法總是找能裝下作業(yè)的最大的區(qū)分配總是找能裝

13、下作業(yè)的最大的區(qū)分配易發(fā)生大作業(yè)不能裝入的情況易發(fā)生大作業(yè)不能裝入的情況w 首次適應(yīng)算法首次適應(yīng)算法按分區(qū)起始地址排序按分區(qū)起始地址排序順序找到第一個滿足要求的分區(qū)就分順序找到第一個滿足要求的分區(qū)就分w 下次適應(yīng)算法下次適應(yīng)算法按分區(qū)起始地址排列并構(gòu)成一個環(huán)按分區(qū)起始地址排列并構(gòu)成一個環(huán)每次都從上次分配位置向后找到滿足要求的分區(qū)分配每次都從上次分配位置向后找到滿足要求的分區(qū)分配存儲管理:連續(xù)分配4.多道可重定位分區(qū)管理多道可重定位分區(qū)管理w 避免出現(xiàn)避免出現(xiàn)“內(nèi)零頭內(nèi)零頭”與與“外零頭外零頭”w 通過移動已分配區(qū)收集零頭通過移動已分配區(qū)收集零頭(需要耗費處理資源需要耗費處理資源)w 采用動態(tài)重

14、定位方式采用動態(tài)重定位方式, 作業(yè)在內(nèi)存中移動后作業(yè)在內(nèi)存中移動后,只只要改動重定位寄存器的值即可要改動重定位寄存器的值即可w 分配算法與可變分區(qū)基本相同分配算法與可變分區(qū)基本相同,區(qū)別在于區(qū)別在于“拼接拼接”w 拼接的時機拼接的時機回收時拼接回收時拼接(拼接較頻繁拼接較頻繁)不能滿足分配時拼接不能滿足分配時拼接(拼接次數(shù)較少拼接次數(shù)較少)w 缺點缺點需要硬件支持需要硬件支持耗費處理機時間耗費處理機時間存儲管理:連續(xù)分配分區(qū)的存儲保護分區(qū)的存儲保護w 界限寄存器方式界限寄存器方式處理機中設(shè)置上界和下界寄存器處理機中設(shè)置上界和下界寄存器,處理機對每一條訪處理機對每一條訪存指令中的地址與界限寄存器

15、比較存指令中的地址與界限寄存器比較,若不在上若不在上/下界間下界間則產(chǎn)生越界中斷則產(chǎn)生越界中斷,禁止訪問禁止訪問。也可用基址也可用基址/限長寄存器方式實現(xiàn)限長寄存器方式實現(xiàn)OSJob80KB168KB80KB168KB上界寄存器上界寄存器下界寄存器下界寄存器PSW分區(qū)的存儲保護分區(qū)的存儲保護w 存儲保護鍵存儲保護鍵可實現(xiàn)存可實現(xiàn)存/或取的單獨保護或取的單獨保護可實現(xiàn)多個用戶程序間更好的共享內(nèi)存可實現(xiàn)多個用戶程序間更好的共享內(nèi)存A塊塊B塊塊C塊塊內(nèi)存內(nèi)存0 1 1 0 1存儲鍵 取保護位1 1 0 0 00 1 0 1 10 1 1 0CPU程序狀態(tài)字PSW虛擬存儲器虛擬存儲器 虛擬存儲器是一種

16、存儲管理技術(shù)，用以完成用小的虛擬存儲器是一種存儲管理技術(shù)，用以完成用小的內(nèi)存實現(xiàn)在大的虛擬空間中程序的運行工作。內(nèi)存實現(xiàn)在大的虛擬空間中程序的運行工作。 為了給大作業(yè)用戶提供方便為了給大作業(yè)用戶提供方便,使它們擺脫對主存和使它們擺脫對主存和輔存的分配和管理問題輔存的分配和管理問題,由操作系統(tǒng)把多級存儲器統(tǒng)一由操作系統(tǒng)把多級存儲器統(tǒng)一管理起來管理起來,實現(xiàn)自動覆蓋。實現(xiàn)自動覆蓋。 一個大作業(yè)在執(zhí)行時一個大作業(yè)在執(zhí)行時, 其一部分地址空間在主存其一部分地址空間在主存,另另一部分在輔存一部分在輔存.因此因此,從效果來看從效果來看,這樣的系統(tǒng)這樣的系統(tǒng),好象用戶提好象用戶提供了存儲容量比實際主存大得多的存儲器供了存儲容量比實際主存大得多的存儲器,人們稱這樣人們稱這樣的存儲器為虛擬存儲器。的存儲器為虛擬存儲器。 因為這樣的存儲器實際上并不存在而只是系統(tǒng)增加因為這樣的存儲器實際上并不存在而只是系統(tǒng)增加自動覆蓋功能，給用戶造成的一種幻覺自動覆蓋功能，給用戶造成的一種幻覺,仿