计算机操作系统教程PPT.ppt

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1、第三章内存管理存储的层次结构第3章内存管理3.1内存介绍3.1.1内存管理1．存储的层次结构高速缓存2.高速缓存目前存储的技术是设置CPU的三级缓存：（1）L1Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32KB~256KB。高速缓存（2）L2Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内

2、部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与CPU主频相同，而外部的二级缓存则只有CPU主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存为1MB，有的高达2MB或者4MB。（3）L3Cache(三级缓存)，分为两种，早期的是外置，现在的都是内置的。而它的实际作用是可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时CPU的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏有很大帮助，在服务器领域增加L3缓存对性能有显著的提升。比如具有较大L

3、3缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。高速缓存与内存速度的对比内存空间的分配和回收3.内存管理的主要功能（1）内存空间的分配和回收操作系统中的内存管理能根据所记录的存储区状态作为内存分配的依据。当用户提出申请时，实施存储空间的分配管理，并能及时回收系统或用户释放的存储区，以供其它用户使用。为此，这种存储分配机制应能完成如下工作：记住存储区域的状态，哪些是已经分配的，哪些是未分配的。保存存储区域的状态的数据结构称为内存分配记录表。实施分配。在系统程序或用户提出申请时，按所需的量给予分

4、配，并修改相应的内存分配记录表。接收系统或用户释放的存储区域，并相应地修改内存分配记录表。地址转换（2）地址转换程序设计人员在进行程序设计中，访问信息时所用到的一系列地址单元的集合称为逻辑地址，而存储空间是内存中物理地址的集合。在多道程序环境下，程序不是事先约定存放位置，而是在执行过程中可以动态浮动，故程序的逻辑地址和物理地址是不一致的，因此需要内存管理机制提供地址映射转换功能，把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中对应的物理地址。内存的共享和存储保护（3）内存的共享和存储保护由于内存区域为多个用户程序共同使用，所以存储共享

5、有两方面的含义：多个用户程序共同使用内存空间，各个程序使用各自不同的存储区域；多个用户程序共同使用内存中的某些程序和数据区，这些共享程序和数据区称为共享区。因此内存管理必须研究如何保护各存储区中的信息不被破坏和偷窃，同时当多个程序共享一个存储区时，也要对共享区进行保护，确保信息的完整性和一致性。内存空间的扩充（4）内存空间的扩充计算机在实际的应用中，常常出现内存容量大小无法满足大程序的要求。同时，内存容量受到实际存储单元的限制。因而，内存管理机制必须提供相应的技术，来达到内存单元逻辑上的扩充。现在采用的一般是覆盖技术、交换技术和

6、虚拟存储技术。程序名空间3.1.2相关概念1．程序名空间源程序中的各种符号名的集合所限定的空间称为程序名空间。如源程序中的数据和子程序通常是用符号名进行访问的，这些符号名与存储器地址无任何直接关系。在程序名空间中提到地址时，都是用符号来代替的，比如Basic中的行号或Goto语句后面的标识符。程序名空间中的地址概念只限于编辑器中，方便用户对程序的逻辑设计。如图3-3a所示，主程序和各个子程序都有各自不同的起始地址标识，变量也有自己的地址标识。三种空间地址空间与存储空间2．地址空间（AddressSpace）经编译后，源程序中的

7、各种符号名转换成机器指令和数据组成的目标程序，且用实际地址码替换符号地址。把目标代码所限定的地址域叫该程序的地址空间。这些程序的地址都是从“0”开始的，程序中的其它地址都是相对于起始地址“0”来计算的。地址空间中的地址叫做相对地址（或逻辑地址，又叫虚地址）。3．存储空间（MemorySpace）存储空间是指物理存储器中全部物理存储单元的集合所限定的空间，也称为内存空间。每个存储单元都有它自己的编号地址。该地址被称为绝对地址，或物理地址，或实地址。存储空间的大小由系统的硬件配置决定的，即计算机中内存容量的大小。直接存储分配方式4.

8、存储分配的几种形式解决存储分配问题有三种方式：（1）直接存储分配方式编程人员在程序设计过程中，或汇编程序对源程序进行编译时，所用的是实际物理地址，以确保各程序所用的地址之间互不重叠。很显然，直接存储分配方式要求内存的可用空间已经确定，这对于单用户计算机系统来说是