存儲器的層次結構課件

1、存儲器的層次結構CPUCacheRAMDISK500GB200MB/S18GB12GB/S512KB8MB400GB/S重定位及其方式 1 邏輯地址(空間相對地址)符號名字空間 int a,b; a=10;邏輯地址空間(編譯后目標程序的地址范圍)2 存儲空間(絕對地址)存儲空間:所有物理存儲單元的集合/物理地址的集合源程序目標代碼目標代碼名空間邏輯地址空間存儲空間os0000 .1000 11001102110411061108 . . . .物理內(nèi)存OS重定位的概念舉例:教學計劃及其實施Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128程序A的代碼00010010

2、2104106108Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128110611081110邏輯地址靜態(tài)重定位特點優(yōu)點無需硬件支持,OS裝載時由軟件實現(xiàn)缺點需要分配一個連續(xù)的存儲空間用戶需要事先確定所程序所需的存儲量裝載后不能在內(nèi)存中移動重定位分類:動態(tài)重定位Load R1,106Add R1,108Store R1,110234128程序A的代碼0001001021041061080000 .1000 . .11001102110411061108 . . . .物理內(nèi)存OSLoad R1,106Add R1,108Store R1,110234128重定位寄存

3、器(位于CPU中)+1000存儲器管理的功能內(nèi)存的分配和回收記錄內(nèi)存使用情況存儲的按需分配存儲的回收內(nèi)存容量的“擴充”地址轉(zhuǎn)換常采用動態(tài)重定位,需要硬件支持存儲保護為了保護區(qū)域內(nèi)信息不被破壞，必須實現(xiàn)存儲保護。存儲保護的工作必須由硬件和軟件配合來實現(xiàn)。存儲分配方式靜態(tài)分配采用靜態(tài)重定位方式裝入時確定其在內(nèi)存中的位置運行中不能再申請內(nèi)存運行中不能在內(nèi)存中移動動態(tài)分配采用動態(tài)重定位方式裝入時確定其在內(nèi)存中的位置運行中可申請內(nèi)存可在內(nèi)存中移動存儲管理中的分配技術連續(xù)分區(qū)管理三四一二頁式管理段式管理段頁式管理連續(xù)分區(qū)管理存儲管理: 連續(xù)分配一道作業(yè)的全部內(nèi)容(程序和數(shù)據(jù))裝入到內(nèi)存的一個連續(xù)存儲區(qū)中,

4、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,作業(yè)的容量要受到物理內(nèi)存容量的限制。屬于實存管理技術四種方案單道連續(xù)區(qū)管理多道固定分區(qū)管理多道可變分區(qū)管理多道可重定位分區(qū)管理1.單道連續(xù)區(qū)管理存儲管理:連續(xù)分配000020KB100KB256KBOS用戶程序需80KB存儲空間空閑區(qū)一次只能裝入一個作業(yè)2.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)大小相等000020KB40KB60KB80KB100KB120KB.256KBOS.16KB8KB作業(yè)1 需14KB32KB64KB作業(yè)2 需60KB116KB3.多道可變分區(qū)管理

5、(概念)存儲管理:連續(xù)分配內(nèi)存地址000020KB256KBOSJ1 需14KBJ2 需30KB空閑區(qū)已分配區(qū)J3 需60KB區(qū)大小14KB30KB60KB132KBJ4 需60KB J5 需20KBJ1 14KBJ2 30KBJ3 60KBJ4 60KBJ5 20KB10KB72KB外零頭(碎片)3.多道可變分區(qū)管理(數(shù)據(jù)結構)存儲管理:連續(xù)分配000020KB256KBOSJ1 需14KBJ2 需30KBJ3 需60KBJ4 需60KB J5 需20KB10KB72KB方案一:設置兩張存儲管理表大小位置狀態(tài)14K20K已分空表目60K64K已分60K124已分20K34K已分空表目已分分區(qū)

6、表UBT大小位置狀態(tài)10K54K空閑空表目72K184空閑空表目空表目空表目空閑分區(qū)表FBT3.多道可變分區(qū)管理(回收與合并)回收可能出現(xiàn)的四種情況JobB回收區(qū)回收區(qū)Free1JobA回收區(qū)Free2Free2回收區(qū)回收區(qū)Free1JobB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(分配算法)最佳適應算法總是找最接近作業(yè)大小的區(qū)分配需按分區(qū)大小排序最差適應算法總是找能裝下作業(yè)的最大的區(qū)分配易發(fā)生大作業(yè)不能裝入的情況首次適應算法按分區(qū)起始地址排序順序找到第一個滿足要求的分區(qū)就分下次適應算法按分區(qū)起始地址排列并構成一個環(huán)每次都從上次分配位置向后找到滿足要求的分區(qū)分配存儲管理:連續(xù)

7、分配4.多道可重定位分區(qū)管理避免出現(xiàn)“內(nèi)零頭”與“外零頭”通過移動已分配區(qū)收集零頭(需要耗費處理資源)采用動態(tài)重定位方式, 作業(yè)在內(nèi)存中移動后,只要改動重定位寄存器的值即可分配算法與可變分區(qū)基本相同,區(qū)別在于“拼接”拼接的時機回收時拼接(拼接較頻繁)不能滿足分配時拼接(拼接次數(shù)較少)缺點需要硬件支持耗費處理機時間存儲管理:連續(xù)分配分區(qū)的存儲保護界限寄存器方式處理機中設置上界和下界寄存器,處理機對每一條訪存指令中的地址與界限寄存器比較,若不在上/下界間則產(chǎn)生越界中斷,禁止訪問。也可用基址/限長寄存器方式實現(xiàn)OSJob80KB168KB80KB168KB上界寄存器下界寄存器PSW分區(qū)的存儲保護存儲保護鍵可實現(xiàn)存/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A塊B塊C塊內(nèi)存01101存儲鍵取保護位11000010110 1 1 0CPU程序狀態(tài)字PSW虛擬存儲器 虛擬存儲器是一種存儲管理技術，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。 為了給大作業(yè)用戶提供方便,使它們擺脫對主存和輔存的分配和管理問題,由操作系統(tǒng)把多級存儲器統(tǒng)一管理起來,實現(xiàn)自動覆蓋。 一個大作業(yè)在執(zhí)行時, 其一部分地址空間在主存,另一部分在輔存.因此,