os2013_unit6 实存管理.ppt

Unit 6 实存管理实存管理实存管理操作系统原理——冯耀霖内存管理之一 内存是程序得以运行的重要物质基础,内存管理是操作系统的核心管理功能之一。如何充分有效地利用有限的内存空间资源,并能安全运行多个较大的应用程序,一直是操作系统致力解决的问题。在长期的发展过程中,人们设计了多种方案,其中最成功的当属被绝大多数现代操作系统所采用的虚拟内存技术,它是现代操作系统的重要组成部分,为多进程并发系统提供了有力的支持。内容●基本概念●分区内存管理●分页内存管理●分段内存管理§ 1 基本概念基本概念◆内存管理的目标◆虚拟内存◆内存管理模式 内存管理的目标内存是重要性仅次于处理器的系统资源,公平和有效自然是内存管理的基本目标,另外,进程地址空间的有效保护和支持程序地址的独立性也是内存管理的基本目标。这些目标是衡量一个内存管理系统是否完善的标准,是内存管理系统必须提供的基本抽象。 1. 公平的内存分配 内存分配是内存管理的基础。当创建一个新进程时, 内存管理系统应能根据当时的内存分配状况,按新进程的内存映象的需求分配给它适当的内存空间。所谓公平,是指对于任何一个需建立的进程,内存管理系统都应即时满足该进程的内存空间需求,不能厚此薄彼。 2. 提高内存空间的有效利用率 有效就是不能浪费。内存是紧缺资源,要充分发挥内存空间的利用率,让尽可能多的程序能进入内存,以提高系统的并发性。内存共享是实现这一目标的基本技术,所谓内存共享是指让多个进程共用内存中的只读程序代码或只读数据。例如,有 2个用户进程为编译各自的 C源程序而同时分别创建了子进程 P1 和 P2 ,操作系统在建立 P1 和 P2 时只需加载一个 C编译器,而不是分别为 P1 和 P2 各加载一个 C编译器,即 P1 和 P2 共享了同一个代码段。 另外,应避免出现这样的情况:有需要加载的程序进不了内存,但内存中却有闲置的空间,而且闲置空间的总量又不小于需加载程序的需求;第二种情况更复杂些,一些内存映象较大或很大的进程,在进程创建时就为其整个内存映象分配了内存空间,实际上它的不少甚至许多代码在当前一段时间内并不会被执行,却占了相当大的内存空间,而有些程序和数据此时又加载不了,这也是种浪费, 而且往往是更大的浪费。 3. 进程地址空间保护 每个进程都在内存中占据着一定的物理地址空间,对于并发运行的各个进程,内存管理系统必须确保它们之间互不干扰,即一个进程不能随便访问另一个进程的地址空间。这是保证并发进程能够正确运行的基本前提之一。 4. 程序地址独立 程序在执行前必须被加载到内存,执行时由 CPU 从内存中一条条读出指令执行。每条指令在执行时需要读取操作数和保存运算结果,而要读取操作数或保存运算结果, 就需要给出操作数所在的内存单元地址或运算结果存放的内存单元地址,这个地址不能是物理内存地址,这是因为该程序在何种硬件配置的机器上运行并不能事先确定,编译器在编译程序时自然不可能对症下药地给出对应于某台机器的物理内存地址,因此,指令中的地址只能是程序地址空间中的逻辑地址(相对地址),即程序代码中的地址独立于任何计算机,也就是说程序代码中的地址与具体机器的物理内存地址无关。为了保证 CPU 执行程序指令时能 正确访问内存单元,内存管理系统需要负责将指令中的逻辑地址转换为可由 CPU 直接寻址的物理地址,这一过程称为地址映射或地址翻译,也称重定位。 地址映射有两种方式: (1) 静态地址映射,这在程序加载到内存时由内存管理系统一次性完成,即扫描整个程序,把各指令中出现的逻辑地址都转换成程序实际所占内存空间中对应的物理地址; (2) 动态地址映射,这在程序执行过程中随机进行,每当执行一条访内指令时再自动地将逻辑地址转换成物理地址。 虚拟内存 进程是对 CPU 的抽象,虚拟内存则是对内存的抽象。虚拟内存听上去有点玄乎,但其实质并不难理解。一个程序如果要运行,必须加载到物理主存里。但是物理主存的容量非常有限,因此,如果要把一个程序全部加载到物理主存,人们只能编写一些小程序,程序的最大规模受制于主存容量。另外,即使人们编写的每个程序的规模都小于主存容量,还是存在一个问题:主存能够存放的程序数量将是很有限的,而这将极大地限制多进程并发系统的发展。 解决主存容量偏小的缺陷的最简单方法是购买更大的物理主存,而这将造成计算机成本的大幅飚升,可能很多人都会买不起计算机。 因此,现代操作系统的内存管理所采用一个的重要技