第4章

主存：保存进程运行时的程序和数据
寄存器：速度最快，价格昂贵容量不大，一般以字为单位，只要存放指令一次操作的数据就够了 。

高速缓存
一种速度比内存快的存储设备，一般同寄存器一样集成在CPU中。
存放内存的部分拷贝，把常用的数据放这里可以提高速度。
将短时间内经常访问的部分数据从内存放到高速缓存中，减少CPU访问内存的时间，是基于程序局部性。
高速缓存一般不能被程序直接更改，而由硬件自己处理对内存数据的拷贝。
总之：速度快、存放部分内存数据、硬件自动处理

磁盘缓存
内存的一部分，将频繁使用的一部分磁盘数据信息预读入在磁盘缓存，减少磁盘读写时间。

内存管理，对其有效的管理直接影响存储器的利用率、系统性能。
存储器资源的分配和回收
地址变换（逻辑地址与物理地址的对应关系维护）
存储共享和保护
虚拟存储的调度算法
外存的管理：磁盘存储器管理、文件系统等中涉及。

程序进内存的一般过程：
编译compiler：编译程序：将用户源代码编译成若干个目标模块。
链接link：链接程序：将形成的一组目标模块，及它们需要的库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块。
装入load：由装入程序将装入模块装入内存，构造PCB，形成进程，开始运行(使用物理地址)。

程序装入中的地址处理
绝对装入（逻辑地址=物理地址）
静态重定位装入
动态运行时重定位装入
不同的程序链接装入方式（使用内存的时机）
静态链接
装入时链接
运行时链接

逻辑地址（相对地址，虚地址）
用户的程序经过汇编或编译后形成目标代码，目标代码中的指令地址是相对地址。
一般首地址为0，其余指令中的地址都相对于首地址来编址。
不能用逻辑地址在内存中读取信息

物理地址（绝对地址，实地址）
内存中存储单元的地址。
物理地址可直接寻址被执行。

地址映射：
将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的内存物理地址的过程。
即：用户的第10字节处的指令在内存的第多少地址上。

绝对装入方式(absolute loading)
逻辑地址 ->重定位-> 物理地址
优点：装入过程简单。不需任何地址变换，程序中的逻辑地址与实际内存物理地址完全相同。
缺点：过于依赖硬件结构, 只适用早期针对硬件直接编程、单道环境下。

重定位：把目标程序中的指令和数据的逻辑地址变成内存中的物理地址的地址变换过程。

静态可重定位装入方式
地址映射在程序执行之前进行，重定位后物理地址不再改变。
可由专门设计的重定位装配程序完成（软）：装入时根据所定位的内存地址去修改每个逻辑地址，添加相应偏移量，重定位为物理地址。
优点：不需硬件支持，可以装入有限的多道程序
缺点：软件装入一次完成，一个程序通常需要占用连续的内存空间，程序装入内存后不能移动。也不易实现共享。

不同的程序链接方式
静态链接：装入运行前将多个目标模块及所需库函数链接成一个整体，以后不再拆开。
装入运行前，生成可执行文件时进行的。
将多个目标模块及所需库函数链接成一个整体，以后不再拆开。

装入时动态链接:装入内存时，边装入边链接的链接方式。

运行时动态链接：对某些目标模块的链接，在执行中需要该目标模块时，才对它进行链接。
优点：程序运行装入的内容少了，加快了装入过程，而且节省大量的内存空间。

1.单一连续分配
内存分为系统区和用户区两部分：
系统区：仅提供给OS使用，通常放在内存低址部分
用户区：除系统区以外的全部内存空间，提供给用户使用。
最简单的一种存储管理方式，只能用于单用户、单任务的操作系统中。
优点：易于管理。
缺点：对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，很少使用的程序部分也占用内存。
2.固定分区分配
把内存分为一些大小相等或不等的分区(partition)，每个应用进程占用一个分区。操作系统占用其中一个分区。

3.动态分区分配
优点：并发进程数没有固定数的限制，不产生内碎片。
缺点：有外碎片（分区间无法利用的空间）
具体实现:
1）分区分配中的数据结构
2）分区分配算法
首次适应算法FF
循环首次适应算法
最佳适应算法
最差适应算法
快速适应算法
3）分区分配操作
分配内存
回收内存

4.动态重定位分区分配
动态重定位分区分配算法与动态分区分配算法基本相同，差别在于增加了紧凑的功能。
地址变换过程是在程序执行过程期间（相对地址与重定位寄存器中的地址相加），随着对每条指令的访问自动进行，称为动态重定位。

☆
地址映射（地址计算）的过程？
若要执行某作业的一条指令，其相对地址是24B （设10B一页，页表如右表），其物理地址到底是多少呢？
分析其所在的页和偏移得：2号页（页号从0开始） ，偏移4B处是该条指令
查页表找页面对应的块（2号页保存在6号物理块）
找物理块6，向下偏移4B，找到要执行的指令。取出执行即可。
计算上就是求商（页号）及取余（偏移量）的过程
☆

作业相对地址在分页下不同位置的数有一定的意义结构：
页号+页内地址（即页内偏移）
关键的计算是：根据系统页面大小找到不同意义二进制位的分界线。
从地址中分析出页号后，地址映射只需要把页号改为对应物理块号，偏移不变，即可找到内存中实际位置

基本分段存储管理方式
从提高内存利用率角度；
固定分区  动态分区 分页
从满足并方便用户（程序员）和使用上的要求角度：
分段存储管理：作业分成若干段，各段可离散放入内存，段内仍连续存放。
方便编程：如汇编中通过段：偏移确定数据位置
信息共享：同地位的数据放在一块方便进行共享设置
信息保护
动态增长：动态增长的数据段事先固定内存不方便
动态链接：往往也是以逻辑的段为单位更方便

分段系统的基本原理
程序通过分段(segmentation)划分为多个模块，每个段定义一组逻辑信息。如代码段（主程序段main，子程序段X）、数据段D、栈段S等。
谁决定一个程序分几段，每段多大？
编译程序（基于源代码）
段的特点
每段有自己的名字（一般用段号做名），都从0编址，可分别编写和编译。装入内存时，每段赋予各段一个段号。
每段占据一块连续的内存。（即有离散的分段，又有连续的内存使用）
各段大小不等。

分页和分段的主要区别
需求：分页是出于系统管理的需要，是一种信息的物理划分单位，分段是出于用户应用的需要，是一种逻辑单位，通常包含一组意义相对完整的信息。
一条指令或一个操作数可能会跨越两个页的分界处，而不会跨越两个段的分界处。
大小：页大小是系统固定的，而段大小则通常不固定。分段没有内碎片，但连续存放段产生外碎片，可以通过内存紧缩来消除。相对而言分页空间利用率高。
逻辑地址：
分页是一维的，各个模块在链接时必须组织成同一个地址空间；
分段是二维的，各个模块在链接时可以每个段组织成一个地址空间。
其他：通常段比页大，因而段表比页表短，可以缩短查找时间，提高访问速度。分段模式下，还可针对不同类型采取不同的保护；按段为单位来进行共享

分段系统的突出优点：
易于实现共享
易于实现保护：

段页式存储管理方式
基本原理
将用户程序分成若干段，并为每个段赋予一个段名。
把每个段分成若干页
地址结构包括段号、段内页号和页内地址三部分