存储器高效管理.ppt

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1、第四章　存储器管理4.1存储器的层次结构4.2程序的装入和链接4.3连续分配方式4.4基本分页存储管理方式4.5基本分段存储管理方式4.6虚拟存储器的基本概念4.7请求分页存储管理方式4.8页面置换算法4.9请求分段存储管理方式存储器是计算机系统的五大组成部分之一。随着计算机技术的发展，存储器容量一直在扩充，但仍不能满足现代软件和用户的需要，因此存储器仍是一种宝贵、紧俏的资源。对存储器加以有效管理，不仅直接影响存储器的利用率，而且对系统性能有重大影响。存储器管理的主要对象是内存，对外存的管理在文件管理中。存储管理的主要功能有:

2、主存分配与回收地址重定位(地址映射)存储保护主存扩充(虚拟内存)提高内存空间的利用率4.1存储器的层次结构4.1.1多级存储器结构在现代计算机系统中，存储器是信息外理的来源与归宿，占据重要位置。但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法同时从速度与容量两方面，满足用户的需求。实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的计算机中，还可以根据具体的功能分工细划为寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘

3、、可移动存储介质等6层。图4-1计算机系统存储层次示意4.1.2主存储器与寄存器1．主存储器主存储器(简称内存或主存)用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器。其容量对于当前的微机系统和大中型机，可能一般为数十MB到数GB，而且容量还在不断增加，而嵌入式计算机系统一般仅有几十KB到几MB。CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者从寄存器存入到主存储器。CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的速度，为缓和

4、这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器和高速缓存。2．寄存器寄存器访问速度最快，完全能与CPU协调工作，但价格却十分昂贵，因此容量不可能做得很大。寄存器的长度一般以字(word)为单位。寄存器的数目，对于当前的微机系统和大中型机，可能有几十个甚至上百个；而嵌入式计算机系统一般仅有几个到几十个。寄存器用于加速存储器的访问速度，如用寄存器存放操作数，或用作地址寄存器加快地址转换速度等。4.1.3高速缓存和磁盘缓存1．高速缓存高速缓存是现代计算机结构中的一个重要部件，其容量大于或远大于寄存器，而比内存约小两到三个数量级左右，从几十KB

5、到几MB，访问速度快于主存储器。根据程序执行的局部性原理(即程序在执行时将呈现出局部性规律，在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某个部分)，将主存中一些经常访问的信息存放在高速缓存中，减少访问主存储器的次数，可大幅度提高程序执行速度。通常，进程的程序和数据时存放在主存储器中，每当使用时，被临时复制到一个速度较快的高速缓存中。当CPU访问一组特定信息时，首先检查它是否在高速缓存中，如果已存在，可直接从中取出使用，以避免访问主存，否则，再从主存中读出信息。2．磁盘缓存由于目前磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，因此将频繁使用的

6、一部分磁盘数据和信息，暂时存放在磁盘缓存中，可减少访问磁盘的次数。磁盘缓存本身并不是一种实际存在的存储介质，它利用主存中的存储空间，来暂存从磁盘中读出(或写入)的信息。主存也可以看做是辅存的高速缓存，因为，辅存中的数据必须复制到主存方能使用；反之，数据也必须先存在主存中，才能输出到辅存。一个文件的数据可能出现在存储器层次的不同级别中，例如，一个文件数据通常被存储在辅存中(如硬盘)，当其需要运行或被访问时，就必须调入主存，也可以暂时存放在主存的磁盘高速缓存中。大容量的辅存常常使用磁盘，磁盘数据经常备份到磁带或可移动磁盘组上，以防

7、止硬盘故障时丢失数据。有些系统自动地把老文件数据从辅存转储到海量存储器中，如磁带上，这样做还能降低存储价格。4.2程序的装入和链接在多道程序环境下，程序要运行必须为之创建进程，而创建进程的第一件事，就是要将程序和数据装入内存。如何将一个用户源程序变为一个可在内存中执行的程序，通常要经过以下几步：（1）编译。由编译程序（Compiler）将用户源代码编译成若干个目标模块（ObjectModule）；（2）链接。由链接程序（Linker）将编译后形成的目标模块以及它们所需要的库函数，链接在一起，形成一个装入模块（LoadModul

8、e）；（3）装入。由装入程序（Loader）将装入模块装入内存。图4-2对用户程序的处理步骤库链接程序装入模块装入程序…编译程序产生的目标模块第一步第二步第三步内存0目标模块1000100作业J200512K地址空间符号指令数据说明I/O说明名空间(作业J的源程序)内存空间装