贵州建设厅特殊工种考试网站,wordpress演示数据下载,新手做亚马逊要逛哪些网站,网站登录系统怎样做存储器的层次结构 存储层次
➢ CPU寄存器
➢ 主存#xff1a;高速缓存、主存储器、磁盘缓存
➢ 辅存#xff1a;固定磁盘、可移动介质
层次越高#xff0c;访问速度越快#xff0c;价格也越高#xff0c;存储容量也最小
寄存器和主存掉电后存储的信息不再存在高速缓存、主存储器、磁盘缓存
➢ 辅存固定磁盘、可移动介质
层次越高访问速度越快价格也越高存储容量也最小
寄存器和主存掉电后存储的信息不再存在易失性存储器
辅存的信息长期保存非易失性存储器 可执行存储器寄存器和主存储器。
主存储器内存或主存。
寄存器访问速度最快与CPU协调工作价格贵。
高速缓存介于寄存器和存储器之间。
磁盘缓存
➢暂时存放频繁使用的一部分磁盘数据和信息
➢缓和主存和I/O设备在速度上的不匹配
➢利用主存的部分空间主存可看成辅存的高速缓存。 内存又分为ROM和RAMROM为固化只读的。因此操作系统的存储管理模块管理的是内存中的RAM
内存可以看作是以字或字节为单位的存储单元组成的数组每个存储单元都有自己的地址
内存的作用存储指令和数据。程序执行时先加载到内存。CPU执行时从内存取指令分析指令如需要则从内存取操作数。执行完毕后存储运算结果到内存 1. 内存分配和回收为每个进程分配内存空间并在它们不需要时回收其占据的空间。方式:①静态分配作业运行前一次性完成②动态分配作业运行前和运行中逐步完成
2. 内存保护为防止内存中程序相互干扰要设置地址空间访问权限读、写、执行和越界检查机制。
3. 地址映射将地址空间中的逻辑地址转化为内存空间中与之对应的物理地址。
4. 内存扩充(逻辑扩充)即在不改变实际内存容量情况下借助大容量外存解决内存不足问题。 地址的概念
1. 物理地址内存地址绝对地址实地址physical address把内存分成若干个大小相等的存储单元每个单元给一个编号这个编号称为物理地址。物理地址可直接寻址。
物理地址空间物理地址的集合称为物理地址空间内存空间它是一个一维的线性空间。 2. 逻辑地址相对地址虚地址logical address一个源程序经编译、链接而形成可装入程序其地址是从“0”开始的程序中的其它地址都是相对于起始地址计算的故称相对地址。
逻辑地址空间由逻辑地址所形成的地址范围。可能是线性的也可能是多维的。 1. 地址映射(address mapping)将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。有时也称为地址变换、地址重定位。
2. 当程序装入内存时操作系统要为该程序分配一个合适的内存空间由于程序的逻辑地址与分配到内存物理地址不一致而CPU执行指令时是按物理地址进行的所以要进行地址转换。 程序的装入和链接
程序的运行步骤
编译由编译程序(Compiler)对源程序进行编译形成若干个目标模块
链接由链接程序(Linker)将目标模块和它们所需要的库函数链接在一 起形成一个完整的装入模块(Load Module)
装入由装入程序(Loader)将装入模块装入内存 物理地址绝对地址
➢ 物理内存的地址内存以字节为单位编址
➢ 物理地址空间所有物理地址的集合
逻辑地址虚拟地址、相对地址
➢ 由CPU产生的地址即程序编译后使用的相对于0字节的地址
➢ 逻辑地址空间由程序所生成的所有逻辑地址的集合 内存保护的实现硬件
➢ 基地址寄存器保存最小的合法物理内存地址基地址
➢ 界限寄存器保存合法的地址范围大小界限地址
➢ 内存空间保护的实现
⚫ 判断“基地址≤物理地址基地址界限地址”是否成立。 程序的装入
绝对装入方式
➢ 编译时产生的地址使用绝对地址
➢ 程序或数据被修改时需要重新编译程序
可重定位装入方式
➢ 编译后的目标模块使用相对地址
➢ 在装入时完成重定位静态重定位
➢ 不需硬件支持
动态运行时装入方式
➢ 编译后的目标模块使用相对地址
➢ 在运行时完成重定位动态重定位 1. 绝对装入(absolute loading)
单道程序中由编译程序或程序员指定内存地址装入时直接定位在上述(即文件中记录的地址)内存地址。逻辑地址和物理地址完全相同。单一装入模块装入
2. 优点装入过程简单实现容易
3. 缺点需要有连续的空间不适于多道程序系统 1. 可重定位装入(relocation loading)
多道程序环境中单一装入模块中采用逻辑地址根据当前内存情况将装入模块装入到适当位置。操作系统装入模块进行地址映射。地址映射地址转换是在装入模块装入内存时一次性进行的即采用静态重定位。以后不能更改
2. 优点不需硬件支持可以装入有限多道程序
3. 缺点程序装入内存后不能移动不易实现共享 动态运行时装入(dynamic run-time loading)
在运行过程中程序在内存中的位置可能经常要改变
将装入模块原样装入内存而地址映射工作推迟到程序真正执行时才进行即采用动态重定位。
⚫ 动态重定位地址变换过程是在程序执行期间随着对每条指令和数据的访问而自动进行的。
⚫ 重定位寄存器须获得硬件地址变换机构的支持。
⚫ 程序移动特点允许程序在运行期间在内存中移动
⚫ 优点
– OS可以将一个程序分散存放于不连续的内存空间可以移动程序有利用实现共享。
– 能够支持程序执行中产生的地址引用如指针变量而不仅是生成可执行文件时的地址引用。
⚫ 缺点需要硬件支持OS实现较复杂。 程序的链接
静态链接
➢ 在程序运行前将各目标模块及它们所需的库函数链接成一个完整的装配模块以后不再拆开
➢ 对相对地址进行修改变换外部调用符号 链接时间
静态链接是在生成可执行文件时进行的。
链接地址类型
在目标模块中记录符号地址(symbolic address)而在可执行文件中改写为指令直接使用的逻辑地址。 装入时动态链接
➢ 在装入内存时采用边装入边链接的链接方式
➢ 便于修改和更新
➢ 便于实现对目标模块的共享
1. 链接对象程序由多个文件模块组成在装入或运行时临时进行链接。通常被链接的共享代码称为动态链接库(DLL, DynamicLink Library)或共享库(shared library)
2. 时间根据链接发生时机的不同又分为了装入时链接Loadtime Dynamic Linking)和运行时动态链接Run-time Dynamic Linking)
3. 优点由于运行时动态链接具有更高的灵活、有效性所以成为目前流行的方式 运行时动态链接
➢ 将某些目标模块的链接推迟到执行时才执行。即在执行过程中若发现一个被调用模块尚未装入内存时立即由OS去找到该模块并将它装入内存并把它链接到调用者模块上
➢ 加快装入过程节省大量的内存空间 对换把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据调出到外存上以便腾出足够的内存空间再把已具备运行条件的进程或进程所需的程序或数据调入内存。
整体对换对换以整个进程为单位也称为进程对换
➢ 被广泛应用于多道程序系统也称为处理机中级调度
页面(分段)对换对换是以“页”或“段”为单位进行的又统称为“部分对换”
➢ 目的是为了支持虚拟存储系统
为了实现进程对换系统必须能实现三方面的功能
➢ 对换空间的管理
➢ 进程的换出
➢ 进程的换入 覆盖
1 解决问题→程序大小超过物理内存总和
2 程序执行时
➢ 只在内存中保留那些在任何时间都需要的指令和数据
➢ 程序的不同部分在内存中相互替换。
3由程序员声明覆盖结构不需要操作系统的特别支持
4覆盖结构的程序设计很复杂
5应用于早期的操作系统 连续分配方式简称:连续分配是指为一个用户程序分配空间的时候将所有程序装入到一段连续的物理内存中。在早期20世纪60-70年代的操作系统中这种分配内存的方式曾经被广泛的使用。 单一连续分配 固定分区分配 固定分区主存利用率不高使用不灵活所以出现了可变分区
1. 改变“呆板”的分区固定为对进程特性的自适应
2. 按进程的大小动态划分分区大小分区大小、数目可变
空闲分区表
–每个空闲分区占用一个表项
–分区表的表项中包含分区号、分区始址及分区大小等表目
–表长不易确定
–占用额外内存
空闲分区链表
–利用各空闲分区自身的单元组成双向链表
–操作速度较慢
–克服了空闲分区表表长不确定的缺点 分区分配操作-内存回收
1. 合并当一个进程或程序释放其所占内存区时系统将首先检查回收区是否与其它空闲区相邻若相邻则合并成一个空闲区否则将回收区插入空闲分区表或空闲分区链中的适当位置
2. 回收情况
A. 只有前邻空闲区
B. 只有后邻空闲区
C. 既有前邻空闲区又有后邻空闲区
D. 没有邻接空闲区
根据不同情况A、B、C有不同的合并策略 ➢ 顺序搜索依次搜索空闲分区链上的空闲分区去找满足需要的空闲分区
➢ 常用到的分配算法有
⚫ 首次适应算法(first-fit)
⚫ 下次适应算法(next-fit) 即循环首次适应法
⚫ 最佳适应算法(best-fit)
⚫ 最坏适应算法(worst-fit) 为提高空闲分区搜索速度大中型系统往往采用基于索引搜索的动态分区分配算法
1. 快速适应算法
2. 伙伴系统
3. 哈希算法 快速适应算法
1. 别名分类搜索法
2. 按容量大小进行分类。将空闲分区按容量大小进行分类每一类具有相同容量每一类单独设立一个空闲分区链表空闲分区的分类根据进程常用的空间大小进行划分
3. 多个空闲分区链表。系统有多个空闲分区链表
4. 管理索引表。在内存中设立一张管理索引表每个表项对应一类空闲分区并记录该类空闲分区链表表头指针
优点查找效率高空闲分区分配时不产生分割能保留大分区也不产生内存碎片
缺点为有效合并分区分区归还主存算法复杂系统开销大分配分区以进程为单位存在浪费以空间换取时间 伙伴系统
1. 固定分区限制了活动进程的数目当进程大小与空闲分区大小不匹配时内存空间利用率很低
2. 动态分区算法复杂回收空闲分区系统开销大
3. 伙伴系统是一种折衷
➢ 分区大小为2的k次幂k为整数1km,2m是整个可分配内存的大小
➢ 将空闲分区按大小进行分类每一类单独设立一个空闲分区双向链表 ➢ 性能分配和回收的性能取决于查找空闲分区的位置和分割、合并空闲分区的时间
➢ 时间性能时间性能比分类搜索算法差比顺序搜索算法好
➢ 空间性能空间性能远优于分类搜索算法但比顺序搜索算法略差
➢ 主要用于多处理机系统中Linux早期版本 连续分配方式存在的问题
➢ 碎片不能被利用的小分区
➢ 解决方案紧凑要求代码和数据可以在内存中移动
➢ 紧凑通过移动内存中的作业位置以把原来多个分散的小分区拼接成一个大分区的方法也叫“拼接”
动态重定位在指令运行时实现地址转换(相对地址转换为绝对地址)
分配算法类似于动态分区分配算法增加了紧凑的功能 1. 零头问题可变式分区也有零头问题。在系统不断地分配和回收中必定会出现一些不连续的小的空闲区称为外零头。虽然可能所有零头的总和超过某一个作业的要求但是由于不连续而无法分配
2. 拼接解决零头的方法是拼接或称紧凑即向一个方向例如向低地址端移动已分配的作业使那些零散的小空闲区在另一方向连成一片
3. 时间开销分区的拼接技术一方面是要求能够对作业进行重定位另一方面系统在拼接时要耗费较多的时间 动态可重定位分区分配
1. 需硬件(重定位寄存器R)支持 ,该R中放程序在内存始址。
执行时访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的
2. 地址变换过程是在程序执行期间随着对每条指令和数据的访问而自动进行的故称动态重定位
3. 进行“紧凑”处理时不需对程序进行改动只要修改重定位寄存器的值即程序在内存中新的起始地址就可以 动态重定位示意图 分区的存储保护采用保护键
按块分配一个作业各块相连并给该作业分配一个键号填入该作业的各块的保护键中(这个保护键相当于锁)并把该键号置入PSW的保护键字段(相当于钥匙)。当程序执行时如所访问的保护键与钥匙不匹配则产生保护键违例中断
