学习笔记——存储器管理（1）

存储器工作原理

存储管理的功能

主要任务： 

（1）为多道程序的运行提供良好的环境

（2）方便用户使用存储器

（3）提高存储器的利用率

（4）逻辑上扩充内存

主要功能：

（1）内存分配

（2）地址映射

（3）内存保护

（4）内存扩充

存储器层次

地址转换与存储保护

                   程序的编译、链接、装载和运行

               

链接（3种）：生成可装载执行模块

 （1）静态链接

（2）动态链接

（3）运行时动态链接

程序装载（3种方式）：把可执行程序装入内存

（1）绝对装载

       在模块中出现的所有地址都是内存绝对地址

（2）可重定位装载

  模块内使用的地址都是相对地址

（3）动态运行时装载

 1、为提高内存利用率，装入内存的程序可换出到磁盘上，适当时候再换入到内存中，对换前后程序在内存中的位置可能不同。

  2、允许进程的内存映像在不同的时候处于不同位置上，此时模块内使用的地址必为相对地址

地址重定位（3种）：可执行程序逻辑地址转换（绑定）为物理地址

也称为地址映射、地址转换

（1）静态地址重定位

（2）动态地址重定位

（3）运行时链接地址重定位

存储保护

 防止地址越界（各道程序只能访问自己的内存不能互相干扰）和控制正确存取（检查访问权限）

连续存储空间管理

固定分区存储管理

划分分区的方法：分区大小相等/不等

可变分区存储管理（动态分区模式）

定义：

      可变分区存储管理是按作业的实际大小来划分分区，且分区个数也是随机地，实现多个作业对内存的共享，进一步提高内存资源的利用率。

可变分区存储管理数据结构——可变分区内存分配表

可变分区内存分配表有两张表格组成：

 已分配区表

未分配区表

 空闲区管理方法：申请空闲区、归还空闲区

可变分区管理分配算法

（1）首次使用分配算法

（2）循环首次适应分配算法

（3）最佳适应分配算法

（4）最差适应分配算法

（5）快速适应分配算法

可变分区回收算法

可变分区地址转换与存储保护

    采用动态地址重定位，进程的程序和数据的地址转换由硬件完成：基址寄存器和限长寄存器

               

可重定位分区分配

（1）紧凑的基本概念——零头、碎片

（2）动态重定位

         *重定位寄存器

         *地址变换： 内存地址 = 相对地址+重定位地址

                              物理地址=逻辑地址+重定位地址

                              物理地址 = 相对地址+基址地址

                               实地址 = 虚地址+基地址

（3）重定位分区分配算法——>紧凑的使用

（4）多对基址/限长寄存器

            

内存不足的存储管理技术

（1）移动技术

（2）对换技术

 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

 对换是提高内存利用率的有效措施

         整体对换——>进程对换

         部分对换——>页面对换、分段对换

（3）覆盖技术

离散分区分配：

定义

         将一个进程（或作业）直接分散地许多不必相邻的分区中，而不需要进行“紧凑”

方式

（1）分页存储管理
（2）分段存储管理
（3）段页式存储管理

分页存储管理（离散分区）

分页存储管理基本原理

（1）页框（物理地址）

（2）页面（逻辑地址）

（3）逻辑地址形式

              

（4）页表和地址转换 

              使用动态重定位技术，给每个页面设立重定位寄存器，重定位寄存器的集合便称页表

               定义：页表是操作系统为每个用户作业建立的，用来记录程序页面和内存对应页框的对照表

                 

（5）分页存储管理地址转换和存储保护

           

         实际地址转换时，只要把逻辑地址中的页内位移d作为绝对地址中的低地址，根据页号p从页表中查得页框号b作为绝对地址中的搞地质，拼接后就组成访问内存的绝对地址。

翻译快表

快表

     （1）  翻译快表：用来存放进程最近访问的部分页表项，经常放在cache中

     （2）快表的存取时间远小于内存，速度快但造价高，故容量较小，只能存放几十个页表项。

     （3）快表的工作机制：

                   1、 快表项包含页号及对应页框号，当把页号交给快表后，它通过并行匹配同时对所有快表项进行比较

                   2、如果找到，则立即输出页框号并形成物理地址，

                   3、如果找不到，再查内存中的页表以形成物理地址，同时将页号及页框号登记到快表中

                   4、当快表已满且要登记新页时，系统需要淘汰旧的快表项，最简单的策略是“先进先出”，总是淘汰最先登记的页面、

快表和页表的关系

  快表小于页表

  快表是页表的一部分，存的是最近使用过的一些页表项

分页存储空间分配和去分配（回收）

空闲表法

 分配算法：

    首次适应算法

     循环首次适应算法

     最佳适应算法

     最差适应算法

空闲链法

 （1）空闲盘块链

（2）空闲盘区链

               回收合并算法

位示图法

   内存分配的位示图和链表方法

    

分页存储空间页面共享和保护

程序共享

         

•由于指令包含指向其他指令或数据的地址，进程依赖于这些地址才能执行，不同进程中正确执行共享代码页面，必须为它们 在所有逻辑地址空间中指定同样页号。

信息保护

•实现信息共享必须解决共享信息保护问题。通常的做法是 在页表中增加标志位，指出此页的信息只读／读写／只可执行／不可访问等，进程访问此页时核对访问模式。例如，欲向只读块写入信息则指令停止执行，产生违例异常信号。

多级页表

页表的问题：

   （1）逻辑地址空间越来越大，页表也就变得非常大，占用内存空间越来越大

   （2）页表要求连续的内存空间存储

多级页表的概念：

 （1）系统为每个进程建一张页目录表，它的每个表项对应一个页表页

 （2）页表页的每个表项给出了页面和页框的对应关系

 （3）页目录表是一级页表，页表页是二级页表

  （4）逻辑地址结构有三部分组成：页目录、页表页、位移量

 

多级页表地址转换过程

           

多级页表结构的本质

     （1）多级不连续导致多级索引

     （2）以二级页表为例，用户程序的页面不连续存放，要有页面地址索引，该索引是进程页表

      （3）进程页表又是不连续存放的多个页表页，故页表页也要页表页地址索引，该索引就是页目录。

      （4）页目录项是页表页的索引，而页表页项是进程程序的页面索引

关于页表的访存

 二级页表地址转换需三次访问内存，一次访问页目录，一次访问页表页，一次访问指令或数据