存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)

1、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)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(duì)地址空間相對(duì)地址)符號(hào)名字空間符號(hào)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(chǔ)空間存儲(chǔ)空間(絕對(duì)地址絕對(duì)地址)存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)空間:所有物理存儲(chǔ)單元的集合所有物理存儲(chǔ)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(chǔ)空間存儲(chǔ)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(jì)劃及其實(shí)施教學(xué)計(jì)劃及其實(shí)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(shí)定位加載時(shí)定位Load R1,Load R1,11061106Add R1,Add R1,11081108Store R1,Store R1,11101110234234128128靜態(tài)重定位特點(diǎn)靜態(tài)重定位特點(diǎn)w 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無(wú)需硬件支持無(wú)需硬件支持,

4、OS裝載時(shí)由軟件實(shí)現(xiàn)裝載時(shí)由軟件實(shí)現(xiàn)w 缺點(diǎn)缺點(diǎn)需要分配一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)空間需要分配一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)空間用戶需要事先確定所程序所需的存儲(chǔ)量用戶需要事先確定所程序所需的存儲(chǔ)量裝載后不能在內(nèi)存中移動(dòng)裝載后不能在內(nèi)存中移動(dòng)重定位分類重定位分類:動(dòng)態(tài)重定位動(dòng)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(dòng)態(tài)重定位特點(diǎn)動(dòng)態(tài)重定位特點(diǎn)w 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不要求分配連續(xù)的存儲(chǔ)空間不要求分配連續(xù)的存儲(chǔ)空間,可按頁(yè)或段分配可按頁(yè)或段分配用戶作業(yè)可動(dòng)態(tài)申請(qǐng)附加的存儲(chǔ)空間用戶作業(yè)可動(dòng)態(tài)申請(qǐng)附加的存儲(chǔ)空間,并可在內(nèi)存并可在內(nèi)存中移動(dòng)中移動(dòng)有利于程序段的共享有利于程序段的共享w 缺點(diǎn)缺點(diǎn)需要硬件的支持需要硬件的支持實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理的軟件算法比較復(fù)雜實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理的軟件算法比較復(fù)雜存儲(chǔ)器管理的功能存儲(chǔ)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(chǔ)的按需分配存儲(chǔ)的按需分配存儲(chǔ)的回收存儲(chǔ)的回收w 內(nèi)存容量的內(nèi)存容量的“擴(kuò)充擴(kuò)充”w 地址轉(zhuǎn)換地址轉(zhuǎn)換常采用動(dòng)態(tài)重定位常采用動(dòng)態(tài)重定位,需要硬件支持需要硬件支持w 存儲(chǔ)保護(hù)存儲(chǔ)保護(hù)為了保護(hù)區(qū)域內(nèi)信息不被破壞，必須實(shí)現(xiàn)存為了保護(hù)區(qū)域內(nèi)信息不被破壞，必須實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)。存儲(chǔ)保護(hù)的工作必須由硬件和軟件儲(chǔ)保護(hù)。存儲(chǔ)保護(hù)的工作必須由硬件和軟件配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)分配方式存儲(chǔ)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(shí)確定其在內(nèi)存中的位置裝入時(shí)確定其在內(nèi)存中的位置運(yùn)行中不能再申請(qǐng)內(nèi)存運(yùn)行中不能再申請(qǐng)內(nèi)存運(yùn)行中不能在內(nèi)存中移動(dòng)運(yùn)行中不能在

7、內(nèi)存中移動(dòng)w 動(dòng)態(tài)分配動(dòng)態(tài)分配采用動(dòng)態(tài)重定位方式采用動(dòng)態(tài)重定位方式裝入時(shí)確定其在內(nèi)存中的位置裝入時(shí)確定其在內(nèi)存中的位置運(yùn)行中可申請(qǐng)內(nèi)存運(yùn)行中可申請(qǐng)內(nèi)存可在內(nèi)存中移動(dòng)可在內(nèi)存中移動(dòng)存儲(chǔ)管理中的分配技術(shù)存儲(chǔ)管理中的分配技術(shù)連續(xù)分區(qū)管理頁(yè)式管理段式管理段頁(yè)式管理連續(xù)分區(qū)管理連續(xù)分區(qū)管理存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理: 連續(xù)分配連續(xù)分配w 一道作業(yè)的全部?jī)?nèi)容一道作業(yè)的全部?jī)?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(gè)連續(xù)存儲(chǔ)區(qū)中一個(gè)連續(xù)存儲(chǔ)區(qū)中,作業(yè)在執(zhí)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生作業(yè)在執(zhí)行過(guò)程中不會(huì)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(shí)存管理技術(shù)屬于實(shí)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(chǔ)管理:連續(xù)分配000020KB100KB256KBOS用戶程序用戶程序需需80KB存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)空間空閑區(qū)空閑區(qū)一次只能裝入一個(gè)作業(yè)一次只能裝入一個(gè)作業(yè)2.多道固定分區(qū)管理多道固定分區(qū)管理存儲(chǔ)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(chǔ)管理:連續(xù)分配000020KB28KB44KB76KB140KB256KBOS16KB8KB32KB64KB116KB需建立固定分區(qū)說(shuō)明需建立固定分區(qū)說(shuō)明表表分區(qū)號(hào)分區(qū)號(hào)起始地址起始地址長(zhǎng)度長(zhǎng)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(wèn)題問(wèn)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)管理:連續(xù)分配方案二:空閑存儲(chǔ)區(qū)鏈1N+2N個(gè)字個(gè)字(已分區(qū)已分區(qū))1N+20N+2向前指針向前指針N個(gè)字個(gè)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(chǔ)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(gè)滿足要求的分區(qū)就分順序找到第一個(gè)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(gè)環(huán)按分區(qū)起始地址排列并構(gòu)成一個(gè)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(chǔ)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(guò)移動(dòng)已分配區(qū)收集零頭通過(guò)移動(dòng)已分配區(qū)收集零頭(需要耗費(fèi)處理資源需要耗費(fèi)處理資源)w 采用動(dòng)態(tài)重

14、定位方式采用動(dòng)態(tài)重定位方式, 作業(yè)在內(nèi)存中移動(dòng)后作業(yè)在內(nèi)存中移動(dòng)后,只只要改動(dòng)重定位寄存器的值即可要改動(dòng)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(shí)機(jī)拼接的時(shí)機(jī)回收時(shí)拼接回收時(shí)拼接(拼接較頻繁拼接較頻繁)不能滿足分配時(shí)拼接不能滿足分配時(shí)拼接(拼接次數(shù)較少拼接次數(shù)較少)w 缺點(diǎn)缺點(diǎn)需要硬件支持需要硬件支持耗費(fèi)處理機(jī)時(shí)間耗費(fèi)處理機(jī)時(shí)間存儲(chǔ)管理:連續(xù)分配分區(qū)的存儲(chǔ)保護(hù)分區(qū)的存儲(chǔ)保護(hù)w 界限寄存器方式界限寄存器方式處理機(jī)中設(shè)置上界和下界寄存器處理機(jī)中設(shè)置上界和下界寄存器,處理機(jī)對(duì)每一條訪處理機(jī)對(duì)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(wèn)禁止訪問(wèn)。也可用基址也可用基址/限長(zhǎng)寄存器方式實(shí)現(xiàn)限長(zhǎng)寄存器方式實(shí)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(chǔ)保護(hù)分區(qū)的存儲(chǔ)保護(hù)w 存儲(chǔ)保護(hù)鍵存儲(chǔ)保護(hù)鍵可實(shí)現(xiàn)存可實(shí)現(xiàn)存/或取的單獨(dú)保護(hù)或取的單獨(dú)保護(hù)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶程序間更好的共享內(nèi)存可實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(chǔ)鍵 取保護(hù)位1 1 0 0 00 1 0 1 10 1 1 0CPU程序狀態(tài)字PSW虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器 虛擬存儲(chǔ)器是一種

16、存儲(chǔ)管理技術(shù)，用以完成用小的虛擬存儲(chǔ)器是一種存儲(chǔ)管理技術(shù)，用以完成用小的內(nèi)存實(shí)現(xiàn)在大的虛擬空間中程序的運(yùn)行工作。內(nèi)存實(shí)現(xiàn)在大的虛擬空間中程序的運(yùn)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(duì)主存和使它們擺脫對(duì)主存和輔存的分配和管理問(wèn)題輔存的分配和管理問(wèn)題,由操作系統(tǒng)把多級(jí)存儲(chǔ)器統(tǒng)一由操作系統(tǒng)把多級(jí)存儲(chǔ)器統(tǒng)一管理起來(lái)管理起來(lái),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)覆蓋。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)覆蓋。 一個(gè)大作業(yè)在執(zhí)行時(shí)一個(gè)大作業(yè)在執(zhí)行時(shí), 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(lái)看從效果來(lái)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(chǔ)容量比實(shí)際主存大得多的存儲(chǔ)器供了存儲(chǔ)容量比實(shí)際主存大得多的存儲(chǔ)器,人們稱這樣人們稱這樣的存儲(chǔ)器為虛擬存儲(chǔ)器。的存儲(chǔ)器為虛擬存儲(chǔ)器。 因?yàn)檫@樣的存儲(chǔ)器實(shí)際上并不存在而只是系統(tǒng)增加因?yàn)檫@樣的存儲(chǔ)器實(shí)際上并不存在而只是系統(tǒng)增加自動(dòng)覆蓋功能，給用戶造成的一種幻覺(jué)自動(dòng)覆蓋功能，給用戶造成的一種幻覺(jué),仿