操作系统第四章第一节程序的装入和链接

前言：

1．认识各种存储部件

寄存器、内存、磁盘

寄存器、高速缓存、内存、磁盘缓存、磁盘

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：速度快、存放部分内存数据、硬件自动处理

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。

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。

2.存储器管理：

容量虽不断扩充，仍不能满足现代软件和用户的需要，是一种宝贵、紧俏的资源；

多层次处理，协调CPU与存储设备的速度差距；

重点是内存管理，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

第一节：程序的装入和链接

多道程序环境下，程序运行必须为之先建立进程。

创建进程的第一件事：将程序和数据装入内存。

1.程序的装入和链接

(1)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)。

(2) 1）地址的概念

u  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。

n  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

u  逻辑地址（相对地址，虚地址）

u  物理地址（绝对地址，实地址）

n  内存中存储单元的地址。

n  物理地址可直接寻址被执行。

u  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。

2）程序装入中的地址处理

绝对装入（逻辑地址=物理地址）

逻辑地址
à重定位à 物理地址

u   编译程序生成的“目标代码”就是”装入模块”
，逻辑地址直接从某个地址R处增长，装入模块直接装入内存地址R处。

u   物理地址由谁生成？

u 一般由编译或汇编程序给出；

u 或由程序员赋予(要求程序员熟悉内存使用情况)

u   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。

u   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

静态重定位装入

n 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。

n 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。

u   优点：不需硬件支持，可以装入有限的多道程序

u   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。

动态运行时重定位装入

n 实际运行中往往会需要程序在内存中的各位置移动，即经常需要重定位到不同的物理地址上。这种运行时移动程序要求地址变换要快速，实现时一般依靠硬件地址变换机构——一个重定位寄存器。

n 程序装入内存时，可多次重定位到不同位置。且可以不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。

更适用于部分装入

3）不同的程序链接装入方式（使用内存的时机）

①   
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。

②   
装入时动态链接:装入内存时，边装入边链接的链接方式。

由一个目标模块开始装入，若又涉及外部模块调用事件，装入程序再找出相应的外部目标模块，并将它装入内存，还要修改目标模块中的相对地址。

比静态链接好在哪里？

(1) 静态链接好的程序，修改部分模块后，需重新链接成可装入程序。动态方式则便于修改和更新。

(2) 便于实现共享。静态的N个程序都需要一个模块时，需要进行N次拷贝。

③   
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。

装入时动态链接的问题

许多情况下，事先不知道某应用程序本次运行需要哪些模块，只能全部装入，装入时全部链接在一起，效率低。

办法：有的模块不经常使用就暂时不装入，运行时用到了再装入。（如程序总不出错，就不会用到错误处理模块。）即运行时动态链接：运行时，将对某些模块的链接推迟到执行时才链接装入。

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。