內(nèi)容程序的裝入和鏈接連續(xù)分配存儲(chǔ)管理方式覆蓋與交換分頁(yè)課件

1、華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系目的及要求了解程序裝入的方式和實(shí)現(xiàn)鏈接的方法；領(lǐng)會(huì)單一連續(xù)分配和固定分區(qū)分配機(jī)制的地址轉(zhuǎn)換；理解并掌握動(dòng)態(tài)分區(qū)分配的分配和回收算法，領(lǐng)會(huì)動(dòng)態(tài)重定位分區(qū)分配算法；了解并領(lǐng)會(huì)對(duì)換技術(shù)；理解并掌握分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法、地址變換機(jī)構(gòu)和頁(yè)表機(jī)制；理解并掌握分段存儲(chǔ)管理的基本原理，領(lǐng)會(huì)分頁(yè)與分段的主要區(qū)別；了解并領(lǐng)會(huì)段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式；第五章存儲(chǔ)器管理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系重點(diǎn)動(dòng)態(tài)分區(qū)分配；分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法；分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式的地址變換機(jī)構(gòu)；分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式的頁(yè)表機(jī)制；分段存儲(chǔ)管理的基本原理。難點(diǎn)動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法；動(dòng)態(tài)重定位分區(qū)分配算法；分頁(yè)存儲(chǔ)管理具有快表的地址變換機(jī)構(gòu)；段頁(yè)式存

2、儲(chǔ)管理的地址變換過(guò)程。第五章存儲(chǔ)器管理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.1 程序的裝入5.1.2 程序的鏈接5.1 程序的裝入和鏈接華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系程序在成為進(jìn)程前的準(zhǔn)備工作編輯：形成源文件編譯：形成目標(biāo)模塊鏈接：由多個(gè)目標(biāo)模塊或程序庫(kù)生成裝入模塊裝入：將裝入模塊裝入內(nèi)存5.1.1 程序的裝入庫(kù)編譯程序編輯程序鏈接程序裝入程序內(nèi)存源文件目標(biāo)模塊目標(biāo)模塊裝入模塊.華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系名字空間、地址空間、重定位和存儲(chǔ)空間名字空間在源程序中，是通過(guò)符號(hào)名來(lái)訪問(wèn)子程序和數(shù)據(jù)的，我們把程序中符號(hào)名的集合稱(chēng)為“名字空間”。地址空間目標(biāo)程序是以“0”作為參考地址的模塊，我們把目標(biāo)模塊中的地址稱(chēng)為相對(duì)地址（或稱(chēng)

3、為“邏輯地址”、“虛地址”），而把相對(duì)地址的集合稱(chēng)為“相對(duì)地址空間”或簡(jiǎn)稱(chēng)為“地址空間”。5.1.1 程序的裝入華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系3. 存儲(chǔ)空間我們把這一內(nèi)存中存儲(chǔ)單元的地址稱(chēng)為物理地址（絕對(duì)地址，實(shí)地址），其集合稱(chēng)為“絕對(duì)地址空間”或“存儲(chǔ)空間”。4. 重定位裝配模塊雖然具有統(tǒng)一的地址空間，但是仍是以“0”作為參考地址。要把它裝入內(nèi)存執(zhí)行，就要確定裝入內(nèi)存的實(shí)際物理地址，并修改程序中與地址有關(guān)的代碼，這一過(guò)程稱(chēng)為地址重定位。所謂地址重定位是指把地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)空間的物理地址的過(guò)程又稱(chēng)為地址映射。由操作系統(tǒng)中的裝入程序loader來(lái)完成。地址重定位的方式有靜態(tài)重定位和動(dòng)態(tài)重定位

4、。5.1.1 程序的裝入華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.1 程序的裝入存儲(chǔ)空間（絕對(duì)地址/物理地址/虛地址）名字空間（符號(hào)地址） 符 號(hào)源 程 序相對(duì)目標(biāo)程序（裝配模塊）絕對(duì)目標(biāo)程序 編譯鏈接 地址重定位 裝 入地址空間（相對(duì)地址/邏輯地址/虛地址）華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系絕對(duì)裝入方式(Absolute Loading Mode)在可執(zhí)行文件中記錄內(nèi)存地址，裝入時(shí)直接定位在上述(即文件中記錄的地址)內(nèi)存地址。優(yōu)點(diǎn)：裝入過(guò)程簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：過(guò)于依賴(lài)于硬件結(jié)構(gòu)，不適于多道程序系統(tǒng)。5.1.1 程序的裝入華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系可重定位裝入方式(Relocatable Loading Mode)即靜態(tài)重定位，裝人程

5、序把目標(biāo)模塊中的邏輯地址與本程序在內(nèi)存中的起始地址相加得到正確的物理地址。0： 10000： 1000： LOAD 1，2500 11000： LOAD 1，12500 2500： 365 12500： 365 2600： 12600： 地址空間 存儲(chǔ)空間優(yōu)點(diǎn)：不需硬件支持，可以裝入多道程序缺點(diǎn)：一個(gè)程序通常需要占用連續(xù)的內(nèi)存空間，程序裝入內(nèi)存后不能移動(dòng)。不易實(shí)現(xiàn)共享。5.1.1 程序的裝入華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入方式(Dynamic Run-Tme Loading Mode) 即動(dòng)態(tài)重定位，是在程序運(yùn)行時(shí)完成的，靠硬件地址變換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。裝入內(nèi)存的地址仍是相對(duì)地址。最簡(jiǎn)單的辦法是利用

6、一個(gè)重定位寄存器。在程序?qū)嶋H運(yùn)行前，由操作系統(tǒng)把程序在內(nèi)存的起始地址送入重定位寄存器。在程序運(yùn)行期間，凡遇到訪問(wèn)內(nèi)存的操作，就由硬件機(jī)制自動(dòng)地把用戶程序的相對(duì)地址與重定位寄存器的內(nèi)容相加，其和就是實(shí)際訪問(wèn)內(nèi)存的有效地址。5.1.1 程序的裝入華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 重定位寄存器 0： 10000： 100： LOAD 1，2500 10100： LOAD 1，2500 + 2500：365 12500： 365 5000： 15000： 地址空間 存儲(chǔ)空間優(yōu)點(diǎn)：OS可以將一個(gè)程序分散存放于不連續(xù)的內(nèi)存空間，可以移動(dòng)程序，有利用實(shí)現(xiàn)共享。缺點(diǎn)：需要硬件支持，OS實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。5.1.1 程序的裝入1

7、00002500華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系程序的目標(biāo)模塊在裝入內(nèi)存時(shí)，與地址有關(guān)的指令都無(wú)須進(jìn)行修改，如在圖中LOAD 1，2500這條指令中仍保持相對(duì)地址2500。當(dāng)該模塊被操作系統(tǒng)調(diào)度到處理機(jī)上執(zhí)行時(shí)，操作系統(tǒng)首先把該模塊裝入的實(shí)際起始地址減去目標(biāo)模塊的相對(duì)基地址（圖中該模塊的基地址為0），然后將其差值裝入重定位寄存器。當(dāng)CPU取一條訪問(wèn)內(nèi)存的指令時(shí)，地址變換硬件邏輯自動(dòng)將指令中的相對(duì)地址與重定位寄存器中的值相加，再根據(jù)和值作為內(nèi)存的絕對(duì)地址去訪問(wèn)該單元的數(shù)據(jù)。5.1.1 程序的裝入華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系鏈接程序的功能是將經(jīng)過(guò)編譯或匯編得到的一組目標(biāo)模塊以及它們所需的庫(kù)函數(shù)，裝配成一個(gè)完整的裝入模

8、塊，實(shí)現(xiàn)鏈接的方法有三種：靜態(tài)鏈接、裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接和運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接。5.1.2 程序的鏈接華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.2 程序的鏈接靜態(tài)鏈接(Static Linking)事先進(jìn)行鏈接，形成一個(gè)完整的裝入模塊，即可執(zhí)行模塊，以后不再拆開(kāi)，要運(yùn)行時(shí)可直接調(diào)入內(nèi)存。對(duì)相對(duì)地址進(jìn)行修改變換外部調(diào)用符號(hào)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.2 程序的鏈接裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接(Load-Time Dynamic Linking)目標(biāo)模塊在裝入內(nèi)存時(shí)，邊裝入邊鏈接，即在裝入一個(gè)目標(biāo)模塊時(shí)，若發(fā)生一個(gè)外部模塊調(diào)用，將引起裝入程序去找出相應(yīng)的外部目標(biāo)模塊，并將之裝入內(nèi)存。優(yōu)點(diǎn)便于軟件版本的修改和更新便于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模塊的共享缺點(diǎn)

9、進(jìn)程執(zhí)行期間，裝入模塊是不改變的每次運(yùn)行時(shí)，裝入模塊都是相同的運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接(Run-Time Dynamic Linking)將某些目標(biāo)模塊的鏈接，推遲到執(zhí)行時(shí)在進(jìn)行，即在執(zhí)行過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)一個(gè)被調(diào)用模塊尚未裝入內(nèi)存，由OS去找到該模塊，將它裝入內(nèi)存，并把它鏈接到調(diào)用模塊上。華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.2 程序的鏈接Windows NT動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)構(gòu)造動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL是包含函數(shù)和數(shù)據(jù)的模塊，它的調(diào)用模塊可為EXE或DLL，它由調(diào)用模塊在運(yùn)行時(shí)加載；加載時(shí)，它被映射到調(diào)用進(jìn)程的地址空間。在VC中有一類(lèi)工程用于創(chuàng)建DLL。庫(kù)程序文件 .C：相當(dāng)于給出一組函數(shù)定義的源代碼；模塊定義文件 .DEF：相

10、當(dāng)于定義鏈接選項(xiàng)，也可在源代碼中定義；如：DLL中函數(shù)的引入和引出(dllimport和dllexport)。編譯程序利用 .C文件生成目標(biāo)模塊 .OBJ庫(kù)管理程序利用 .DEF文件生成DLL輸入庫(kù) .LIB和輸出文件 .EXP鏈接程序利用 .OBJ和 .EXP文件生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) .DLL。華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.2 程序的鏈接DLL的裝入方法裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接在編程時(shí)顯式調(diào)用某個(gè)DLL函數(shù)，該DLL函數(shù)在可執(zhí)行文件中稱(chēng)為引入(import)函數(shù)。鏈接時(shí)需利用 .LIB文件。在可執(zhí)行文件中為引入的每個(gè)DLL建立一個(gè)IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR結(jié)構(gòu)。在裝入時(shí)由系統(tǒng)根據(jù)該DLL映

11、射在進(jìn)程中的地址改寫(xiě)Import Address Table中的各項(xiàng)函數(shù)指針。Hint是DLL函數(shù)在DLL文件中的序號(hào)，當(dāng)DLL文件修改后，就未必指向原先的DLL函數(shù)。在裝入時(shí)，系統(tǒng)會(huì)查找相應(yīng)DLL，并把它映射到進(jìn)程地址空間，獲得DLL中各函數(shù)的入口地址，定位本進(jìn)程中對(duì)這些函數(shù)的引用；華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.2 程序的鏈接裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接過(guò)程注：Import Address Table是在裝入時(shí)依據(jù)DLL模塊的加載位置確定。華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.2 程序的鏈接 DLL函數(shù)的調(diào)用過(guò)程華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.2 程序的鏈接運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接(run-time)：在編程時(shí)通過(guò)LoadLibr

12、ary（給出DLL名稱(chēng)，返回裝入和鏈接之后該DLL的句柄）, FreeLibrary, GetProcAddress（其參數(shù)包括函數(shù)的符號(hào)名稱(chēng)，返回該函數(shù)的入口指針）等API來(lái)使用DLL函數(shù)。這時(shí)不再需要引入庫(kù)（import library）。LoadLibrary或LoadLibraryEx把可執(zhí)行模塊映射到調(diào)用進(jìn)程的地址空間，返回模塊句柄；GetProcAddress獲得DLL中特定函數(shù)的指針，返回函數(shù)指針；FreeLibrary把DLL模塊的引用計(jì)數(shù)減1；當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，拆除DLL模塊到進(jìn)程地址空間的映射；華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1.2 程序的鏈接運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接的例子HINSTANCE

13、 hInstLibrary;/模塊句柄定義DWORD (WINAPI *InstallStatusMIF)(char*, char*, char*, char*, char*, char*, char*, BOOL);/函數(shù)指針定義if (hInstLibrary = LoadLibrary(ismif32.dll)/映射 InstallStatusMIF = (DWORD (WINAPI *)(char*,char*,char*, char*, char*, char*, char*, BOOL) GetProcAddress(hInstLibrary, InstallStatusMIF);

14、/獲得函數(shù)指針if (InstallStatusMIF) if (InstallStatusMIF(“office97”, “Microsoft”, “Office 97”, “999.999”, “ENU”, “1234”, ”Completed successfully”, TRUE) !=0)/調(diào)用DLL模塊中的函數(shù)FreeLibrary(hInstLibrary);/拆除映射 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系連續(xù)分配是指為一個(gè)用戶程序分配一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間，有兩種方式，即單一連續(xù)分配方式和分區(qū)分配方式。其中，分區(qū)分配方式是一種可用于多道程序的較簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)管理方式，它又可以進(jìn)一步細(xì)分為固定分區(qū)方式和

15、可變(動(dòng)態(tài))分區(qū)方式。5.2.1 單一連續(xù)分配5.2.2 固定分區(qū)分配5.2.3 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配5.2.4 動(dòng)態(tài)重定向分區(qū)分配5.2.5 MS DOS中的分區(qū)存儲(chǔ)管理5.2 連續(xù)分配存儲(chǔ)管理方式華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系這是一種最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)管理方式，但只能用于單用戶、單任務(wù)的操作系統(tǒng)，如在8位和16位微機(jī)上CP/M和MS-DOS操作系統(tǒng)。它將內(nèi)存分為兩個(gè)區(qū)： 系統(tǒng)區(qū)：僅供操作系統(tǒng)使用，通常設(shè)置在內(nèi)存的低段； 用戶區(qū)：指除系統(tǒng)區(qū)以外的全部?jī)?nèi)存空間，提供給用戶使用。地址重定位時(shí)，只要將指令或數(shù)據(jù)的邏輯地址加上用戶區(qū)基地址，就可以形成物理地址。為了防止操作系統(tǒng)程序受到用戶程序有意或無(wú)意的破壞，需要設(shè)置內(nèi)存保

16、護(hù)機(jī)構(gòu)，如采用基址寄存器和界限寄存器機(jī)制。5.2.1 單一連續(xù)分配華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.2.1 單一連續(xù)分配界限寄存器重定位寄存器 (基址)+CPU內(nèi)存地址錯(cuò)邏輯地址YN物理地址u.size m.size-u.sizesize？從該分區(qū)中劃出u.size大小的分區(qū)繼續(xù)檢索下一個(gè)表項(xiàng)將該表目以上的所有表目下移一格將該分區(qū)分配給申請(qǐng)者修改有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 返 回YNNYNY 返 回華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系回收內(nèi)存當(dāng)一個(gè)作業(yè)運(yùn)行完畢釋放內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)釋放區(qū)的首地址，從空閑區(qū)說(shuō)明表中找到相應(yīng)的插入點(diǎn)，此時(shí)可能出現(xiàn)下列四種情況（如下圖所示，其中F1，F(xiàn)2表示回收區(qū)的前、后空閑區(qū)）：當(dāng)回收區(qū)只與插入點(diǎn)的前一

17、個(gè)分區(qū)F1相領(lǐng)接時(shí)，應(yīng)將回收區(qū)與插入點(diǎn)的前一個(gè)分區(qū)合并，不再為回收區(qū)分配新的表目，而只需修改F1分區(qū)表目的大小m_size即可。5.2.3 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 F1回收區(qū)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系當(dāng)回收區(qū)只與插入點(diǎn)的后一個(gè)分區(qū)F2相領(lǐng)接時(shí)，將把兩個(gè)空閑區(qū)合并，修改F2分區(qū)的表目，把回收區(qū)的起址作為新空閑區(qū)的起址，大小為兩個(gè)分區(qū)之和。5.2.3 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 回收區(qū) F2華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系回收區(qū)與插入點(diǎn)的前、后兩個(gè)分區(qū)（F1和F2）都相領(lǐng)接時(shí)（如D），合并三個(gè)分區(qū)，用F1表目的起址作為新空閑區(qū)的起址，修改其大小為三塊分區(qū)之和，最后取消F2的表目。5.2.3 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 F1回收區(qū) F2華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)

18、系當(dāng)回收區(qū)既不與F1領(lǐng)接，又不與F2領(lǐng)接時(shí)（如A），應(yīng)為回收區(qū)單獨(dú)建立一項(xiàng)新表目，填寫(xiě)回收區(qū)的起址和大小，并根據(jù)其起址，插入到空閑區(qū)說(shuō)明表的適當(dāng)位置。5.2.3 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 回收區(qū) 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系回收流程5.2.3 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配是否否是是否將該表目以上的所有表目上移一格，并插入新釋放的可用區(qū)表目順序地檢索可用資源表直至找到某表目的m.addraa或m.size=0不是第一個(gè)表目且與前一可用區(qū) 相鄰？與后一可用分區(qū)相鄰且不為空表 目？ 把所釋放的可用區(qū) 與前一分區(qū)合并所釋放的可用區(qū)與后一可用區(qū)合并所釋放可用區(qū)的size=0 ?與后一可用 區(qū) 相鄰？ 與后一可用區(qū)合并將該表目以上的所有表目

19、下移一格 返 回mfree是否華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系拼接/緊湊雖然可能所有零頭的總和超過(guò)某一個(gè)作業(yè)的要求，但是由于不連續(xù)而無(wú)法分配。解決零頭的方法是拼接（或稱(chēng)緊湊），即向一個(gè)方向（例如向低地址端）移動(dòng)已分配的作業(yè)，使那些零散的小空閑區(qū)在另一方向連成一片。分區(qū)的拼接技術(shù)，一方面是要求能夠?qū)ψ鳂I(yè)進(jìn)行重定位，另一方面系統(tǒng)在拼接時(shí)要耗費(fèi)較多的時(shí)間5.2.4 動(dòng)態(tài)重定向分區(qū)分配華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.2.4 動(dòng)態(tài)重定向分區(qū)分配操作系統(tǒng)用戶程序110KB用戶程序330KB用戶程序614KB用戶程序926KB操作系統(tǒng)用戶程序1用戶程序3用戶程序6用戶程序980KB緊湊前緊湊后華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系重定位寄存器

20、0： 10000： 100： LOAD 1，2500 10100： LOAD 1，2500 + 2500：365 12500： 365 5000： 15000： 地址空間 存儲(chǔ)空間5.2.4 動(dòng)態(tài)重定向分區(qū)分配100002500動(dòng)態(tài)重定位華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系動(dòng)態(tài)重定位分區(qū)分配算法 動(dòng)態(tài)重定位分區(qū)管理中何時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)器緊縮有二種不同的解決辦法：在某個(gè)分區(qū)被釋放后立即進(jìn)行緊縮，系統(tǒng)總是只有一個(gè)連續(xù)的分區(qū)而無(wú)碎片，此法很花費(fèi)機(jī)時(shí)。當(dāng)“請(qǐng)求分配模塊”找不到足夠大的自由分區(qū)分給用戶時(shí)再進(jìn)行緊縮，這樣緊縮的次數(shù)比上種方法少得多，但管理復(fù)雜。采用此法的動(dòng)態(tài)重定位分區(qū)分配算法流程如下：5.2.4 動(dòng)態(tài)重定向分區(qū)

21、分配華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系動(dòng)態(tài)重定位分區(qū)分配算法流程5.2.4 動(dòng)態(tài)重定向分區(qū)分配請(qǐng)求分配u.size分區(qū)檢索空閑分區(qū)鏈（表）無(wú)法分配 返回空閑分區(qū)總和u.size找到大于u.size的可用 區(qū)否？ 進(jìn)行緊湊形成 連續(xù)空閑區(qū)修改有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 按動(dòng)態(tài)分區(qū)方式 進(jìn)行分配修改有關(guān)的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回分區(qū)號(hào) 及首址是否否是華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系DOS提供動(dòng)態(tài)分區(qū)管理；通過(guò)DOS功能調(diào)用int 21h，支持分區(qū)的創(chuàng)建(48h)、釋放(49h)和改變分區(qū)大小(4Ah)設(shè)置或查詢(xún)分區(qū)的分配策略(58h)：最先匹配法、最佳匹配法、最后匹配法（last-fit，從內(nèi)存高端向低端查找）5.2.5 MS DOS中的分區(qū)存

22、儲(chǔ)管理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為單向鏈表。每個(gè)分區(qū)以一個(gè)MCB(Memory Control Block)結(jié)構(gòu)開(kāi)始，MCB占16個(gè)字節(jié)，按段邊界對(duì)齊（起始地址可被16整除）PSP(Program Segment Prefix)：起進(jìn)程控制塊的作用，其起始地址可作為進(jìn)程IDtypedef struct BYTE type;/* M = in chain; Z = at end*/ WORD owner;/* PSP of the owner process, 0 = free */ WORD size;/* in 16-byte paragraphs */ BYTE unused3; BYT

23、E dos48;/* program name(DOS 4.x)*/ MCB;5.2.5 MS DOS中的分區(qū)存儲(chǔ)管理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.1 覆蓋(overlay)5.3.2 交換(swapping)5.3 覆蓋與交換華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系引入：其目標(biāo)是在較小的可用內(nèi)存中運(yùn)行較大的程序。常用于多道程序系統(tǒng)，與分區(qū)存儲(chǔ)管理配合使用。原理：一個(gè)程序的幾個(gè)代碼段或數(shù)據(jù)段，按照時(shí)間先后來(lái)占用公共的內(nèi)存空間。將程序的必要部分（常用功能）的代碼和數(shù)據(jù)常駐內(nèi)存；可選部分（不常用功能）在其他程序模塊中實(shí)現(xiàn)，平時(shí)存放在外存中（覆蓋文件），在需要用到時(shí)才裝入到內(nèi)存；不存在調(diào)用關(guān)系的模塊不必同時(shí)裝入到內(nèi)存，從

24、而可以相互覆蓋。(即不同時(shí)用的模塊可共用一個(gè)分區(qū))5.3.1 覆蓋華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.1 覆蓋華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系缺點(diǎn)：編程時(shí)必須劃分程序模塊和確定程序模塊之間的覆蓋關(guān)系，增加編程復(fù)雜度。從外存裝入覆蓋文件，以時(shí)間延長(zhǎng)來(lái)?yè)Q取空間節(jié)省。5.3.1 覆蓋華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系交換技術(shù)最早用在麻省理工學(xué)院的兼容分時(shí)系統(tǒng)CTSS中，該系統(tǒng)是單用戶系統(tǒng)，所有用戶都駐留在外存的后備隊(duì)列中，每次只調(diào)入一個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，此作業(yè)的時(shí)間的時(shí)間片用完時(shí)，又將該作業(yè)調(diào)至外存，再將后備隊(duì)列中的一個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。這是早期的簡(jiǎn)單分時(shí)系統(tǒng)，它采用早期的交換（調(diào)進(jìn)凋出）來(lái)滿足多個(gè)程序共享主存的需要。5.

25、3.2 交換華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.2 交換華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系多道程序環(huán)境下的對(duì)換 在多道程序環(huán)境下為了提高內(nèi)存和CPU的利用率，增加系統(tǒng)吞吐量，系統(tǒng)中增設(shè)了對(duì)換，把內(nèi)存中暫不能運(yùn)行的進(jìn)程調(diào)出到外存上，以騰出足夠的內(nèi)存空間，把已具備運(yùn)行條件的進(jìn)程換入內(nèi)存。 UNIX早期已引入對(duì)換功能并一直保留至今，UNIX系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)對(duì)換進(jìn)程完成以上功能。為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)程對(duì)換，系統(tǒng)必須能實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)換空間的管理，進(jìn)程換入和進(jìn)程換出等三項(xiàng)功能。 5.3.2 交換華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系對(duì)換空間的管理外存分為文件區(qū)和對(duì)換區(qū)。文件區(qū)用于存放文件，對(duì)文件區(qū)管理目標(biāo)是提高文件存儲(chǔ)空間的利用率，為此系統(tǒng)采用離散分散方式；對(duì)換區(qū)

26、用于存放從內(nèi)存頻繁換出的進(jìn)程，它的管理目標(biāo)是提高進(jìn)程換入換出速度，為此系統(tǒng)采用連續(xù)分配方式。UNIX對(duì)換區(qū)采用空閑分區(qū)表和首次適應(yīng)算法的動(dòng)態(tài)分區(qū)管理，類(lèi)同早期內(nèi)存管理。5.3.2 交換華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系進(jìn)程的換出與換入當(dāng)內(nèi)核發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不足時(shí)調(diào)用對(duì)換進(jìn)程，對(duì)換進(jìn)程檢查駐留在內(nèi)存的進(jìn)程，選擇處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程換出;如無(wú)則選擇優(yōu)先級(jí)低的駐留內(nèi)存時(shí)間長(zhǎng)的處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程換出。而當(dāng)內(nèi)存又空時(shí)對(duì)換進(jìn)程在對(duì)換區(qū)中選擇換出時(shí)間長(zhǎng)的處于就緒態(tài)的進(jìn)程調(diào)入。5.3.2 交換華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系優(yōu)點(diǎn)增加并發(fā)運(yùn)行的程序數(shù)目，并且給用戶提供適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時(shí)間；編寫(xiě)程序時(shí)不影響程序結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)對(duì)換入和換出的控制增加處理機(jī)開(kāi)銷(xiāo)；程

27、序整個(gè)地址空間都進(jìn)行傳送。5.3.2 交換華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)5.4.3 兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表5.4.4 反置頁(yè)表5.4 分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法頁(yè)面和物理塊分頁(yè)存儲(chǔ)管理是將一個(gè)進(jìn)程的地址空間劃分成若干個(gè)大小相等的區(qū)域，稱(chēng)為頁(yè)或頁(yè)面相應(yīng)地，將內(nèi)存空間劃分成與頁(yè)相同大小的若干個(gè)存儲(chǔ)塊，稱(chēng)為物理塊或頁(yè)框。在為進(jìn)程分配內(nèi)存時(shí)，將進(jìn)程中的若干頁(yè)分別裝入多個(gè)不相鄰接的塊中。華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)

28、有外碎片頁(yè)內(nèi)碎片（進(jìn)程的最后一頁(yè)經(jīng)常裝不滿一塊，形成的不可利用利用的碎片）不超過(guò)頁(yè)大小。一個(gè)程序不必連續(xù)存放。缺點(diǎn)：程序全部裝入內(nèi)存。5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法地址結(jié)構(gòu)分頁(yè)系統(tǒng)的地址結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由兩部分組成：前部分為頁(yè)號(hào)P；后一部分為位移量W，即頁(yè)內(nèi)地址d。圖中的地址長(zhǎng)度為32位，其中011位為頁(yè)內(nèi)地址（每頁(yè)的大小為4KB），1231位為頁(yè)號(hào)，所以允許地址空間的大小最多為1MB個(gè)頁(yè)。若給定邏輯地址A，頁(yè)面大小L，則例如：L=1kB,A=2170B,則，P=2,d=122 頁(yè)號(hào) P 位移量W31 12 11 0華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)

29、系頁(yè)表在將進(jìn)程的每一頁(yè)離散地分配到內(nèi)存的多個(gè)物理塊中后，系統(tǒng)應(yīng)能保證能在內(nèi)存中找到每個(gè)頁(yè)面所對(duì)應(yīng)的物理塊。為此，系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程建立了一張頁(yè)面映射表，簡(jiǎn)稱(chēng)頁(yè)表（如下圖所示）。每個(gè)頁(yè)在頁(yè)表中占一個(gè)表項(xiàng)，記錄該頁(yè)在內(nèi)存中對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)。進(jìn)程在執(zhí)行時(shí)，通過(guò)查找頁(yè)表，就可以找到每頁(yè)所對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)?？梢?jiàn)，頁(yè)表的作用是實(shí)現(xiàn)從頁(yè)號(hào)到物理塊號(hào)的地址映射。5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法頁(yè)號(hào)塊號(hào)存儲(chǔ)控制0213華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系頁(yè)面大小的選擇由機(jī)器的地址結(jié)構(gòu)所決定的，即由硬件所決定。某一種機(jī)器只能采用一種大小的頁(yè)面。通常是：幾KB到幾十KB。小內(nèi)碎片小，

30、內(nèi)存利用率高，但頁(yè)面數(shù)目多，使頁(yè)表過(guò)長(zhǎng)，占大量?jī)?nèi)存，管理開(kāi)銷(xiāo)大；大頁(yè)表短，管理開(kāi)銷(xiāo)小，內(nèi)碎片大，內(nèi)存利用率低5.4.1 分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本方法華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系地址變換機(jī)構(gòu)的基本任務(wù)是利用頁(yè)表把用戶程序中的邏輯地址變換成內(nèi)存中的物理地址，實(shí)際上就要將用戶程序中的頁(yè)號(hào)變換成內(nèi)存中的物理塊號(hào)。5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系基本的地址變換機(jī)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)地址變換功能，在系統(tǒng)中設(shè)置頁(yè)表寄存器，用來(lái)存放頁(yè)表的始址和頁(yè)表的長(zhǎng)度。在進(jìn)程未執(zhí)行時(shí)，每個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)的頁(yè)表的始址和長(zhǎng)度存放在進(jìn)程的PCB中，當(dāng)該進(jìn)程被調(diào)度時(shí)，就將它們裝入頁(yè)表寄存器。當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)某個(gè)邏輯地址中的數(shù)據(jù)時(shí)，分頁(yè)地址變換機(jī)構(gòu)自動(dòng)地將

31、邏輯地址分為頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分，送入邏輯地址寄存器；將頁(yè)號(hào)與頁(yè)表長(zhǎng)度進(jìn)行比較，如果頁(yè)號(hào)大于頁(yè)表長(zhǎng)度，則訪問(wèn)越界，產(chǎn)生越界中斷。如未出現(xiàn)越界，則將頁(yè)表始址加上頁(yè)號(hào)與頁(yè)表項(xiàng)大小的乘積，計(jì)算出該頁(yè)在頁(yè)表中的位置，得到該頁(yè)的物理塊號(hào)，將此物理塊號(hào)裝入物理地址寄存器中。與此同時(shí)，將邏輯地址寄存器中頁(yè)內(nèi)地址直接裝入物理地址寄存器的塊內(nèi)地址字段中，這樣便完成了從邏輯地址到物理地址的變換。5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 越界中斷 頁(yè)表寄存器 邏輯地址2500 頁(yè)號(hào) 塊 號(hào) 0 1 2 每頁(yè)1KB(1024) 物理地址5572 5*1024+452塊號(hào)5 塊內(nèi)地址452 頁(yè) 號(hào)2 頁(yè)內(nèi)地址452

32、頁(yè)表始址 頁(yè)表長(zhǎng)度2 4 55.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系具有快表的地址變換機(jī)構(gòu)如果頁(yè)表存放在內(nèi)存中，則每次訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，都要先訪問(wèn)內(nèi)存中的頁(yè)表，然后根據(jù)所形成的物理地址再訪問(wèn)內(nèi)存。這樣CPU存取一個(gè)數(shù)據(jù)必須訪問(wèn)兩次內(nèi)存，從而使計(jì)算機(jī)的處理速度降低了1/2。為了提高地址變換的速度，在地址變換機(jī)構(gòu)中增設(shè)了一個(gè)具有并行查詢(xún)功能的特殊的高速緩沖存儲(chǔ)器，稱(chēng)為“聯(lián)想存儲(chǔ)器”或“快表”，用以存放當(dāng)前訪問(wèn)的那些頁(yè)表項(xiàng)。此時(shí)地址變換過(guò)程為：在CPU給出有效地址后，地址

33、變換機(jī)構(gòu)自動(dòng)地將頁(yè)號(hào)送入高速緩存，確定所需要的頁(yè)是否在快表中。若是，則直接讀出該頁(yè)所對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)，送入物理地址寄存器；若在快表中未找到對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)，則需再訪問(wèn)內(nèi)存中的頁(yè)表，找到后，把從頁(yè)表中讀出的頁(yè)表項(xiàng)存入快表中的一個(gè)寄存器單元中，以取代一個(gè)舊的頁(yè)表項(xiàng)。5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 越界中斷 頁(yè)表寄存器 邏輯地址頁(yè) 號(hào) 塊 號(hào)頁(yè)號(hào) 塊號(hào) 0 2 0 1 4 1 2 5 2 快 表 頁(yè) 表 物理地址 頁(yè) 號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址頁(yè)表始址 頁(yè)表長(zhǎng)度 2 4 5塊號(hào) 塊內(nèi)地址 輸入寄存器5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.2 地址變換

34、機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.2 地址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系由于成本的原因，快表不可能做得很大，通常只能存放16512個(gè)頁(yè)表項(xiàng)。例如，在Intel80486中有32個(gè)。這對(duì)中、小型作業(yè)來(lái)說(shuō)，已可能把全部頁(yè)表項(xiàng)放入快表中；但對(duì)于大型作業(yè)來(lái)說(shuō)，則只能將一部分頁(yè)表放入快表中。通?？毂淼拿新士梢赃_(dá)到80%90%。例如，假設(shè)檢索聯(lián)想存儲(chǔ)器的時(shí)間為20ns，訪問(wèn)內(nèi)存的時(shí)間為100ns，訪問(wèn)聯(lián)想存儲(chǔ)器的的命中率為85%，則CPU存取一個(gè)數(shù)據(jù)的平均時(shí)間為T(mén)=0.85*120+0.15*220=135ns，所以訪問(wèn)時(shí)間只增加35%。如果不引入聯(lián)想存儲(chǔ)器，其訪問(wèn)將延長(zhǎng)一倍（達(dá)200ns）。5.4.2 地

35、址變換機(jī)構(gòu)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系80386的邏輯地址有232B，如頁(yè)面大小為4KB（212B），則頁(yè)表項(xiàng)達(dá)1M個(gè)，每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)占用4B，故每個(gè)進(jìn)程的頁(yè)表占用4MB內(nèi)存空間，還要求是連續(xù)的，顯然這是不現(xiàn)實(shí)的。解決的辦法有兩種：一是只將當(dāng)前所需要的部分頁(yè)表項(xiàng)調(diào)入內(nèi)存，其余部分仍然駐留在磁盤(pán)上，需要時(shí)再將它們調(diào)入內(nèi)存。 二是對(duì)頁(yè)表所需的空間，采用離散分配方式，形成兩級(jí)（甚至多級(jí)頁(yè)表）；5.4.3 兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系兩級(jí)頁(yè)表（Two-Level Page Table）基本方法是將頁(yè)表進(jìn)行分頁(yè)，每個(gè)頁(yè)面的大小與內(nèi)存物理塊的大小相同，并為它們進(jìn)行編號(hào)，可以離散地將各個(gè)頁(yè)面分別存放在不同的物理塊

36、中，為此再建立一張頁(yè)表，稱(chēng)為外層頁(yè)表（頁(yè)表目錄），即第一級(jí)頁(yè)表，其中的每個(gè)表目是頁(yè)表頁(yè)面的物理塊號(hào)。第二級(jí)才是頁(yè)表，其中的每個(gè)表目所存放的才是頁(yè)的物理塊號(hào)。5.4.3 兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系邏輯地址結(jié)構(gòu)兩級(jí)頁(yè)表系統(tǒng)將32位邏輯地址空間的地址分成三段：其中，頁(yè)表目錄號(hào)（外層頁(yè)號(hào)p1）和頁(yè)號(hào)（外層頁(yè)內(nèi)地址p2）兩項(xiàng)各占10位，偏移量（頁(yè)內(nèi)地址d）占12位。 31 22 21 12 11 05.4.3 兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表 外層頁(yè)號(hào)p1 外層頁(yè)內(nèi)地址p2 頁(yè)內(nèi)地址d華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系兩級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu) 第0頁(yè)頁(yè)表（物理塊號(hào)10） 內(nèi) 存 0 1 0 1 1023 2 第1頁(yè)頁(yè)表（物理塊號(hào)25） 0

37、 1 1023 第N頁(yè)頁(yè)表（物理塊號(hào)120） 0 1 1023 外層頁(yè)表 10235.4.3 兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表1025120121432351511520112131432333435151152華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系兩級(jí)頁(yè)表地址變換機(jī)構(gòu) 外層頁(yè)表 頁(yè)表 物理地址 5.4.3 兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表 外層頁(yè)號(hào)p1 外層頁(yè)內(nèi)地址p2 頁(yè)內(nèi)地址d外層頁(yè)表寄存器+ b d華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系多級(jí)頁(yè)表SUN SPARC 三級(jí)頁(yè)表5.4.3 兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.4.4 反置頁(yè)表反置頁(yè)表不是依據(jù)進(jìn)程的頁(yè)號(hào)來(lái)組織，而是依據(jù)該進(jìn)程在內(nèi)存中的物理塊號(hào)來(lái)組織（即：按物理塊號(hào)排列）。華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.5

38、.1 分段存儲(chǔ)管理方式的引入5.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理5.5.3 共享與保護(hù)5.5.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式5.5 分段存儲(chǔ)管理方式華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系便于編程 通常用戶常常把自己的作業(yè)按照邏輯關(guān)系劃分成若干個(gè)段，每個(gè)段都有自己的名字，且都從零開(kāi)始編址，這樣，用戶程序再執(zhí)行中可用段名和段內(nèi)地址進(jìn)行訪問(wèn)。例如：LOAD 1，A | 這條指令的含義是將分段A中的D單元內(nèi)的值讀入寄存器1。分段共享 在實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的共享時(shí)，常常以信息的邏輯單位為基礎(chǔ)，而分頁(yè)系統(tǒng)中的每一頁(yè)只是存放信息的物理單位，其本身沒(méi)有完整的意義，因而不便于實(shí)現(xiàn)信息的共享，而段卻是信息的邏輯單位，有利于信息的共享。5.5.1 分

39、段存儲(chǔ)管理方式的引入華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系分段保護(hù) 信息保護(hù)是對(duì)相對(duì)完整意義的邏輯單位（段）進(jìn)行保護(hù)。動(dòng)態(tài)連接當(dāng)運(yùn)行過(guò)程中又需要調(diào)用某段時(shí)，再將該段（目標(biāo)程序）調(diào)入內(nèi)存并鏈接起來(lái)。所以，動(dòng)態(tài)鏈接是以段為基礎(chǔ)的。動(dòng)態(tài)增長(zhǎng) 在實(shí)際系統(tǒng)中，往往有些數(shù)據(jù)段會(huì)不斷地增長(zhǎng)，而事先卻無(wú)法知道數(shù)據(jù)段會(huì)增長(zhǎng)到多大，分段存儲(chǔ)管理方式可以較好地解決這個(gè)問(wèn)題。5.5.1 分段存儲(chǔ)管理方式的引入華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系分段在分段存儲(chǔ)管理方式中，作業(yè)的地址空間被劃分為若干個(gè)段，每個(gè)段是一組完整的邏輯信息，如有主程序段MAIN、子程序段X、數(shù)據(jù)段D及堆棧段S等，每個(gè)段都有自己的名字，都是從零開(kāi)始編址的一段連續(xù)的地址空間，各段長(zhǎng)度

40、是不等的。分段系統(tǒng)的地址結(jié)構(gòu)如下圖所示，邏輯地址由段號(hào)（名）和段內(nèi)地址兩部分組成。在該地址結(jié)構(gòu)中，允許一個(gè)作業(yè)最多有64 K個(gè)段，每個(gè)段的最大長(zhǎng)度為64 KB。31 16 15 05.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理 段 號(hào) 段 內(nèi) 地 址華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系段表在分段式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，為每個(gè)段分配一個(gè)連續(xù)的分區(qū)，而進(jìn)程中的各個(gè)段可以離散地分配到內(nèi)存中不同的分區(qū)中。在系統(tǒng)中為每個(gè)進(jìn)程建立一張段映射表，簡(jiǎn)稱(chēng)為“段表”。每個(gè)段在表中占有一表項(xiàng)，在其中記錄了該段在內(nèi)存中的起始地址（又稱(chēng)為“基址”）和段的長(zhǎng)度，如下圖所示。進(jìn)程在執(zhí)行中，通過(guò)查段表來(lái)找到每個(gè)段所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存區(qū)?？梢?jiàn)，段表實(shí)現(xiàn)了從邏輯段到物理內(nèi)存

41、區(qū)的映射。5.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 作業(yè)空間 (MAIN）=0 0 段 表 30K 段號(hào) 段長(zhǎng) 基址 （X）=1 0 0 20K 1 （D）=2 0 2 15K （S）=3 3 0 10K 內(nèi)存空間 0 40k：80k：120k：150k：30K 40K20K 80K15K 120K10K 150K（MAIN）=0 30K（X）=1 20K（D）=2 15K （S）=3 10K5.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系地址變換機(jī)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)從邏輯地址到物理地址的變換功能，系統(tǒng)中設(shè)置了段表寄存器，用于存放段表始址和段表長(zhǎng)度。在進(jìn)行地址變換時(shí)，系統(tǒng)將邏輯地址中的段號(hào)

42、S與段表長(zhǎng)度TL進(jìn)行比較。若 STL，表示段號(hào)太大，訪問(wèn)越界，于是產(chǎn)生越界中斷信號(hào)；若未越界，則根據(jù)段表的始址和該段的段號(hào)，計(jì)算出該段對(duì)應(yīng)段表項(xiàng)的位置，從中讀出該段在內(nèi)存中的起始地址，然后再檢查段內(nèi)地址d是否超過(guò)該段的段長(zhǎng)SL。若超過(guò)，即 dSL，同樣發(fā)出越界中斷信號(hào)；若未越界，則將該段的基址與段內(nèi)地址d相加，得要訪問(wèn)的內(nèi)存物理地址。5.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系段表寄存器 越界中斷 邏輯地址 段號(hào) 段長(zhǎng)SL 基址 0 1 2 3 段表始址 段表長(zhǎng)度 TL段號(hào)S 位移量d 2 1001K 6K600 4K500 8K200 9200 物理地址 8k+1005.5.2 分段系

43、統(tǒng)的基本原理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系分頁(yè)和分段的主要區(qū)別分頁(yè)是出于系統(tǒng)管理的需要，分段是出于用戶應(yīng)用的需要。頁(yè)是信息的物理單位，段是信息的邏輯單位頁(yè)大小是系統(tǒng)固定的，而段大小則通常不固定。邏輯地址表示：分頁(yè)的程序地址空間是一維的，各個(gè)模塊在鏈接時(shí)必須組織成同一個(gè)地址空間；分段的程序地址空間是二維的，各個(gè)模塊在鏈接時(shí)可以每個(gè)段組織成一個(gè)地址空間。通常段比頁(yè)大，因而段表比頁(yè)表短，可以縮短查找時(shí)間，提高訪問(wèn)速度。5.5.2 分段系統(tǒng)的基本原理華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.5.3 共享與保護(hù)段是信息的邏輯單位,因

44、此分段系統(tǒng)的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)段的共享。即允許若干個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)或多個(gè)段，而且對(duì)段的保護(hù)也十分簡(jiǎn)單。在分頁(yè)系統(tǒng)中，雖然也能實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的共享，但遠(yuǎn)不如分段系統(tǒng)來(lái)得方便。圖是分段系統(tǒng)中共享 editor編輯程序的示意圖。華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.5.3 共享與保護(hù)華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系分頁(yè)和分段存儲(chǔ)管理方式都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。如果對(duì)兩種存儲(chǔ)管理方式“各取所長(zhǎng)”后，則可以形成一種新的存儲(chǔ)管理方式的系統(tǒng)段頁(yè)式系統(tǒng)。這種新系統(tǒng)既具有分頁(yè)系統(tǒng)能有效地提高內(nèi)存利用率的優(yōu)點(diǎn)，又具有分段系統(tǒng)能很好地滿足用戶需要的長(zhǎng)處，顯然是一種比較有效的存儲(chǔ)管理方式。5.5.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系基本原理

45、段頁(yè)式系統(tǒng)的基本原理是先將整個(gè)主存劃分成大小相等的物理塊，把用戶程序按程序的邏輯關(guān)系分為若干個(gè)段，并為每個(gè)段賦予一個(gè)段名，再把每個(gè)段劃分成若干頁(yè)，以頁(yè)為單位離散分配。在段頁(yè)式系統(tǒng)中，其地址結(jié)構(gòu)由段號(hào)、段內(nèi)頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址三部分組成，作業(yè)地址空間的結(jié)構(gòu)如圖下所示。5.5.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式 段號(hào)（S） 段內(nèi)頁(yè)號(hào)（P） 頁(yè)內(nèi)地址（W）華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 段表寄存器5.5.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式段表大小段表始址華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系地址變換過(guò)程在段頁(yè)式系統(tǒng)中，有一個(gè)段表寄存器，存放段表始址和段長(zhǎng)TL。在進(jìn)行地址變換時(shí)，首先利用段號(hào)S，將它與段長(zhǎng)TL進(jìn)行比較。若STL，表示未越界，于是利用段表始址和

46、段號(hào)求出該段對(duì)應(yīng)的段表項(xiàng)在段表中的位置，從中得到該段的頁(yè)表始址，并利用邏輯地址中的段內(nèi)頁(yè)號(hào)P來(lái)獲得對(duì)應(yīng)頁(yè)的頁(yè)表項(xiàng)位置，從中讀出該頁(yè)所在的物理塊號(hào)b，再用塊號(hào) b和頁(yè)內(nèi)地址構(gòu)成物理地址。下圖說(shuō)明了段頁(yè)式系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu)。5.5.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 段表寄存器 越界中斷 段表始址 段表長(zhǎng)度 +段號(hào)（S）段內(nèi)頁(yè)號(hào)（P）頁(yè)內(nèi)地址（W） +塊 號(hào)b 塊內(nèi)地址 段 表0123 頁(yè)表01235.5.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.5.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.5.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系在段頁(yè)式系統(tǒng)中，為了獲得一條指令或數(shù)據(jù)，需三次訪問(wèn)內(nèi)存：第一次訪問(wèn)內(nèi)存中的段表，從中取得頁(yè)表始址；第二次訪問(wèn)內(nèi)存中的頁(yè)表，從中取出該頁(yè)所在的物理塊號(hào)，并將該塊號(hào)與頁(yè)內(nèi)地址一起形成指令或數(shù)據(jù)的物理地址；第三次訪問(wèn)才是真正根據(jù)所得的物理地址取出指令或數(shù)據(jù)。顯然，這使訪問(wèn)內(nèi)存的次數(shù)增加了近兩倍。為了提高執(zhí)行的速度，在地址變換機(jī)構(gòu)中增設(shè)一