教学课件第6章 内存管理.ppt

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1、第第 6 章章内存管理内存管理本章内容本章内容p6.1 内存管理基础知识内存管理基础知识 p6.2 连续分配方式连续分配方式 p6.3 页式存储管理页式存储管理 p6.4 段式存储管理段式存储管理 p6.5 段页式存储管理段页式存储管理 p6.6 Linux存储管理存储管理 本章学习目标本章学习目标q 掌握内存管理机制的种类掌握内存管理机制的种类q 掌握地址重定位的含义掌握地址重定位的含义q 掌握内存分区管理的基本原理掌握内存分区管理的基本原理q 掌握动态分区的分配算法掌握动态分区的分配算法q 掌握分页存储管理的基本原理掌握分页存储管理的基本原理q 掌握请求分页存储管理机制的页面调度算法掌握请

2、求分页存储管理机制的页面调度算法q 了解分页存储管理的优缺点了解分页存储管理的优缺点q 掌握分段内存管理的基本原理、内存分配与回收机制掌握分段内存管理的基本原理、内存分配与回收机制q 了解分段管理的优缺点了解分段管理的优缺点q 了解了解Linux系统内存管理的机制系统内存管理的机制46.1 内存管理基础知识内存管理基础知识q 6.1.1 地址重定位地址重定位 q 6.1.2 交换交换 q 6.1.3 虚拟存储器虚拟存储器 56.1.1 地址重定位地址重定位 1. 静态重定位静态重定位 q 静态重定位是指，作业在装入内存时，就将程序静态重定位是指，作业在装入内存时，就将程序中所有的指令地址和数据

3、地址的逻辑地址转换为中所有的指令地址和数据地址的逻辑地址转换为物理地址。物理地址。 2. 动态重定位动态重定位q 动态重定位是指，程序在编译时间不知道进程将动态重定位是指，程序在编译时间不知道进程将处于内存的什么位置，那么编译程序必须要产生处于内存的什么位置，那么编译程序必须要产生可重定位代码，程序在装入时或者在运行时再进可重定位代码，程序在装入时或者在运行时再进行重定位。这种机制需要特殊的硬件，这个硬件行重定位。这种机制需要特殊的硬件，这个硬件称为内存管理单元（称为内存管理单元（MMU），大多数通用操作），大多数通用操作系统采用了这种方法。系统采用了这种方法。 66.1.2 交换交换 q 进

4、程必须在内存中才能执行。然而，可以暂时把进程必须在内存中才能执行。然而，可以暂时把一个进程从内存换出到备用存储空间中，然后将一个进程从内存换出到备用存储空间中，然后将它换回继续执行。这种技术称为交换，它广泛地它换回继续执行。这种技术称为交换，它广泛地运用于早期的小型分时系统的存储管理中。运用于早期的小型分时系统的存储管理中。 76.1.3 虚拟存储器虚拟存储器 1. 虚拟存储器的引入虚拟存储器的引入q 基本的问题解决途径有两种，一种是增加物理内基本的问题解决途径有两种，一种是增加物理内存容量，另一种是借助于磁盘等辅助存储器从逻存容量，另一种是借助于磁盘等辅助存储器从逻辑上来扩大主存容量。前者往

5、往受机器自身的限辑上来扩大主存容量。前者往往受机器自身的限制且会大幅度增加系统成本而不可行，后者便成制且会大幅度增加系统成本而不可行，后者便成为存储管理系统改进的方向。为存储管理系统改进的方向。q 这种从逻辑上扩充的存储器其容量接近于外存，这种从逻辑上扩充的存储器其容量接近于外存，访问速度接近于内存，因此这种技术被管饭应用访问速度接近于内存，因此这种技术被管饭应用于各类大、中、小及微型计算机系统中。于各类大、中、小及微型计算机系统中。 86.1.3 虚拟存储器虚拟存储器 2. 虚拟存储器的概念和特征虚拟存储器的概念和特征 概念概念q 虚拟存储器，就是指仅把作业的一部分装入内存虚拟存储器，就是指

6、仅把作业的一部分装入内存便可运行的存储器系统。具体地说，是指具有请便可运行的存储器系统。具体地说，是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。实际上，用户看到进行扩充的一种存储器系统。实际上，用户看到的大容量只是一种感觉，是虚的。的大容量只是一种感觉，是虚的。 96.1.3 虚拟存储器虚拟存储器 2. 虚拟存储器的概念和特征虚拟存储器的概念和特征 特征特征q 离散型：指内存采用离散分配方式。离散型：指内存采用离散分配方式。q 多次性：指一个作业被分成多次调入内存完成整多次性：指一个作业被分成多次调入内存完成整个运行过程

7、。个运行过程。q 对换性：指允许程序和数据在作业运行过程中将对换性：指允许程序和数据在作业运行过程中将部分内容从内存换到外存，从外存换到内存。部分内容从内存换到外存，从外存换到内存。q 虚拟性：指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户虚拟性：指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户感受到的内存容量远远大于实际的内存容量。感受到的内存容量远远大于实际的内存容量。106.2 连续分配方式连续分配方式 q 6.2.1 单一连续分配单一连续分配 q 6.1.2 固定分区分配固定分区分配 q 6.1.3 可变分区分配可变分区分配 116.2.1 单一连续分配单一连续分配 q 在这种管理方式下，除操作系统占用的一部分

8、存在这种管理方式下，除操作系统占用的一部分存储空间外，其余的用户区域作为一个连续的分区储空间外，其余的用户区域作为一个连续的分区分配给一个作业使用，即在任何时刻内存中最多分配给一个作业使用，即在任何时刻内存中最多只有一个作业。所以单一连续分配方式只适用于只有一个作业。所以单一连续分配方式只适用于单用户的情况。单用户的情况。 126.2.2 固定分区分配固定分区分配 q 在系统初始化时，将可分配的内存空间分割成若在系统初始化时，将可分配的内存空间分割成若干个连续区域，每个区域的大小可以相同，也可干个连续区域，每个区域的大小可以相同，也可以不同。一旦分好，则每个分区的大小固定不再以不同。一旦分好，

9、则每个分区的大小固定不再变化，且分区的个数也不再改变。变化，且分区的个数也不再改变。q 每个分区可用来装入一个作业，等待进入主存的每个分区可用来装入一个作业，等待进入主存的作业排成队列，当主存器中有空闲的分区时，依作业排成队列，当主存器中有空闲的分区时，依次从作业队列中选择一个能装入该分区的作业。次从作业队列中选择一个能装入该分区的作业。当所有的分区都已装有作业，则其他的作业暂时当所有的分区都已装有作业，则其他的作业暂时不能再装入。不能再装入。 136.2.3 可变分区分配可变分区分配 q 该分配方式是指系统初启时，内存中除常驻内存该分配方式是指系统初启时，内存中除常驻内存的操作系统外，其余的

10、内存是一个完整的大的空的操作系统外，其余的内存是一个完整的大的空闲区。当用户用作业需要装入时，再动态地为之闲区。当用户用作业需要装入时，再动态地为之分配连续的内存空间，空间大小随作业的内存需分配连续的内存空间，空间大小随作业的内存需求量而定。求量而定。 146.2.3 可变分区分配可变分区分配 1. 分区分配中的数据结构分区分配中的数据结构q 空闲分区表。用于为内存中每个尚未分配出去的空闲分区表。用于为内存中每个尚未分配出去的分区设置一个表项，每个分区的表项包含分区号分区设置一个表项，每个分区的表项包含分区号、分区大小和分区始址等表目。、分区大小和分区始址等表目。q 空闲分区链。在每个空闲分区

11、的起始部分设置一空闲分区链。在每个空闲分区的起始部分设置一些用于控制分区分配的信息（如分区大小）和用些用于控制分区分配的信息（如分区大小）和用于链接各空间分区的前向指针（用于指向对应下于链接各空间分区的前向指针（用于指向对应下一空闲分区的首地址），从而将所有的空闲分区一空闲分区的首地址），从而将所有的空闲分区链接成一个空间分区链。链接成一个空间分区链。156.2.3 可变分区分配可变分区分配 2. 分区分配算法分区分配算法 q 首次适应算法：每次分配时，总是从空闲分区表首次适应算法：每次分配时，总是从空闲分区表起始表项或空闲分区链首开始顺序查找，直到找起始表项或空闲分区链首开始顺序查找，直到找

12、到一个能满足程序要求的空闲分区或遍历结束（到一个能满足程序要求的空闲分区或遍历结束（即分配失败）为止。即分配失败）为止。 q 最佳适应算法最佳适应算法：当存储管理程序为用户程序分配：当存储管理程序为用户程序分配内存时，总是把既能满足要求、又是最小的空闲内存时，总是把既能满足要求、又是最小的空闲分区分配给该用户程序，避免了分区分配给该用户程序，避免了“大材小用大材小用”。q 最坏适应算法最坏适应算法：最坏适应算法要求分区分配用数：最坏适应算法要求分区分配用数据结构按其空间大小递减的顺序进行排列。当用据结构按其空间大小递减的顺序进行排列。当用户申请分配内存时，分配当前可用的最大空闲区户申请分配内存

13、时，分配当前可用的最大空闲区并加以分割来满足当前用户程序的需求。并加以分割来满足当前用户程序的需求。 166.2.3 可变分区分配可变分区分配 3. 分区的分配分区的分配q 在可变分区分配算法中通常设置一个零头上限值在可变分区分配算法中通常设置一个零头上限值，即不再切割的剩余分区的大小。当所分配的空，即不再切割的剩余分区的大小。当所分配的空闲分区大小减去用户程序空间请求大小的差值小闲分区大小减去用户程序空间请求大小的差值小于或等于零头上限值，则认为多余的部分太小，于或等于零头上限值，则认为多余的部分太小，可不再切割，而是将整个空闲分区分配给对应程可不再切割，而是将整个空闲分区分配给对应程序；否

14、则从该分区中划分出与用户程序请求大小序；否则从该分区中划分出与用户程序请求大小相同的内存空间，剩余部分仍保留在分区分配用相同的内存空间，剩余部分仍保留在分区分配用数据结构中。数据结构中。 176.2.3 可变分区分配可变分区分配 4. 分区的回收分区的回收 q 当用户程序执行结束时，存储管理程序要收回已当用户程序执行结束时，存储管理程序要收回已使用完毕的空闲分区，并将其插入到空闲分区表使用完毕的空闲分区，并将其插入到空闲分区表或空闲分区链中。或空闲分区链中。q 根据回收区与空闲分区的上下相邻关系，可出现根据回收区与空闲分区的上下相邻关系，可出现4种情况：该空闲区的上相邻区是空闲分区、该种情况：

15、该空闲区的上相邻区是空闲分区、该空闲区的下相邻区是空闲分区、回收区的上下两空闲区的下相邻区是空闲分区、回收区的上下两相邻分区都是空闲分区、两相邻区都不是空闲分相邻分区都是空闲分区、两相邻区都不是空闲分区。区。 186.2.3 可变分区分配可变分区分配 5. “紧凑紧凑”技术技术 q “紧凑紧凑”（或称（或称“拼接拼接”）技术，通过移动内存）技术，通过移动内存中有关作业把内存中的碎片拼接为一个大的连续中有关作业把内存中的碎片拼接为一个大的连续区域，进而把作业装入到拼接后形成的大分区中区域，进而把作业装入到拼接后形成的大分区中。 196.3 连续分配方式连续分配方式 q 6.3.1 基本分页存储管

16、理基本分页存储管理 q 6.3.2 请求分页存储管理请求分页存储管理 206.3.1 基本分页存储管理基本分页存储管理 1. 页面与物理块页面与物理块 q 在分页存储管理方式中，内存空间被划分成一系在分页存储管理方式中，内存空间被划分成一系列大小相等的内存区域，称之为物理块（或页框列大小相等的内存区域，称之为物理块（或页框）。）。q 进程的逻辑地址空间划分成若干个大小相等的区进程的逻辑地址空间划分成若干个大小相等的区域，称之为域，称之为“页面页面”。并且页面和物理块的大小。并且页面和物理块的大小相等。相等。216.3.1 基本分页存储管理基本分页存储管理 2. 地址结构地址结构 q 经过页面划

17、分之后，用户程序的逻辑地址由页号经过页面划分之后，用户程序的逻辑地址由页号P与页内偏移地址与页内偏移地址W所组成。所组成。q 关于逻辑地址与页号及页内地址之间的计算，可关于逻辑地址与页号及页内地址之间的计算，可通过下面的公式来完成。通过下面的公式来完成。 页号页号=INT逻辑地址逻辑地址/页面大小页面大小 页内地址页内地址=逻辑地址逻辑地址MOD 页面大小页面大小226.3.1 基本分页存储管理基本分页存储管理 3. 页表页表 q 为了保证进程的正确运行，需要记录页面和物理为了保证进程的正确运行，需要记录页面和物理块的对应关系，为此，系统为每个进程建立了一块的对应关系，为此，系统为每个进程建立

18、了一张页面映射表，简称页表。张页面映射表，简称页表。q 进程的所有页面，依次在页表中占据一个表项，进程的所有页面，依次在页表中占据一个表项，每个表项记录了相应页面在内存中对应的物理块每个表项记录了相应页面在内存中对应的物理块号。号。236.3.1 基本分页存储管理基本分页存储管理 4. 地址变换地址变换 q 分页存储管理地址转换的主要步骤是：分页存储管理地址转换的主要步骤是：q (1)由指令产生逻辑地址；由指令产生逻辑地址；q (2)若逻辑页号不小于页表长度，则产生越界中若逻辑页号不小于页表长度，则产生越界中断，否则，转（断，否则，转（3）；）；q (3)由逻辑页号查页表，从相应页表项中取出该

19、由逻辑页号查页表，从相应页表项中取出该页面对应的物理块号；页面对应的物理块号；q (4)把物理块号与页内地址写入物理地址寄存器把物理块号与页内地址写入物理地址寄存器的相应位置得物理地址。的相应位置得物理地址。246.3.1 基本分页存储管理基本分页存储管理 4. 地址变换地址变换 q 分页系统中的地址变换机构如分页系统中的地址变换机构如下下图图所示。所示。256.3.1 基本分页存储管理基本分页存储管理 5. 快表快表 q 为了提高运算速度，通常都在为了提高运算速度，通常都在MMU（主存管理（主存管理单元，用来完成逻辑地址到物理地址的转换功能单元，用来完成逻辑地址到物理地址的转换功能）中设置一

20、个专用的高速缓冲存储器，用来存放）中设置一个专用的高速缓冲存储器，用来存放最近访问的部分页表。这种高速存储器称为最近访问的部分页表。这种高速存储器称为“联联想存储器想存储器”或或“快表快表”。 266.3.1 基本分页存储管理基本分页存储管理 6. 内存的分配与回收内存的分配与回收 q 分页存储管理中可以使用位示图的方法进行内存分页存储管理中可以使用位示图的方法进行内存的分配与回收。通常位示图用一个的分配与回收。通常位示图用一个mn二进制二进制位的矩阵来组织，并使位的矩阵来组织，并使mn等于内存可分配的等于内存可分配的物理块的总数，其中每个二进制位用来记录一个物理块的总数，其中每个二进制位用来

21、记录一个内存块的使用情况。内存块的使用情况。0表示对应的物理块是空闲表示对应的物理块是空闲的，的，1表示对应的物理块已分配。表示对应的物理块已分配。 276.3.2 请求分页存储管理请求分页存储管理 1. 基本思想基本思想 q 请求分页内存管理的基本思想是：使用虚拟存储请求分页内存管理的基本思想是：使用虚拟存储技术，将用户程序在运行过程中，当前经常访问技术，将用户程序在运行过程中，当前经常访问的页面装入内存，而将那些暂不访问的页面放入的页面装入内存，而将那些暂不访问的页面放入外存，当访问到放在外存的页面时再将其调入内外存，当访问到放在外存的页面时再将其调入内存。若内存已满，则使用页面淘汰算法，

22、将那些存。若内存已满，则使用页面淘汰算法，将那些暂不访问的页面调到外存。这些过程是自动完成暂不访问的页面调到外存。这些过程是自动完成的，用户是感觉不到的。的，用户是感觉不到的。286.3.2 请求分页存储管理请求分页存储管理 2. 请求分页的页表机制请求分页的页表机制 q 请求分页页表的每个表项的含义如下：请求分页页表的每个表项的含义如下：q (1)页号和物理块号：用于实现页面和物理块号页号和物理块号：用于实现页面和物理块号的映射，便于完成逻辑地址到物理地址的转换。的映射，便于完成逻辑地址到物理地址的转换。q (2)状态位：用于表示页面是否调入内存。状态位：用于表示页面是否调入内存。q (3)

23、访问字段：用于记录相应分页在最近一段时访问字段：用于记录相应分页在最近一段时间内被访问的次数或未被访问的时间间隔，以作间内被访问的次数或未被访问的时间间隔，以作为页面淘汰算法选择将其是否换到外存的依据。为页面淘汰算法选择将其是否换到外存的依据。q (4)修改位：表征该页面在本次调入内存以来是修改位：表征该页面在本次调入内存以来是否被修改过，以作为页面是否重写回外存的系统否被修改过，以作为页面是否重写回外存的系统决策依据。决策依据。q (5)外存地址：记录该页在外存的物理盘块号，外存地址：记录该页在外存的物理盘块号，以便将其调用内存时找到其在磁盘的位置。以便将其调用内存时找到其在磁盘的位置。29

24、6.3.2 请求分页存储管理请求分页存储管理 3. 缺页中断处理缺页中断处理 q 请求分页系统中，每当所要访问的页面不在内存请求分页系统中，每当所要访问的页面不在内存时，便会产生一个缺页中断，以请求操作系统将时，便会产生一个缺页中断，以请求操作系统将所缺页面调入内存。处理过程如下：所缺页面调入内存。处理过程如下： 306.3.2 请求分页存储管理请求分页存储管理 4. 地址变换地址变换 q 请求分页系统的地址转换过程如下图所示。请求分页系统的地址转换过程如下图所示。 316.3.2 请求分页存储管理请求分页存储管理 5. 页面置换算法页面置换算法 q 最佳置换算法（最佳置换算法（OPT算法）：

25、选择永不使用或算法）：选择永不使用或在距现在最长时间内不再被访问的页面淘汰除内在距现在最长时间内不再被访问的页面淘汰除内存。存。q 先进先出置换算法（先进先出置换算法（FIFO算法）：总是先淘汰算法）：总是先淘汰那些驻留在内存时间最长的页面，即先进入内存那些驻留在内存时间最长的页面，即先进入内存的页面先被置换掉。理由是：最先进入内存的页的页面先被置换掉。理由是：最先进入内存的页面不再被访问的可能性最大。面不再被访问的可能性最大。q 最久未使用页面置换算法（最久未使用页面置换算法（LRU算法）：当需算法）：当需要置换一页时，选择在最近一段时间最久未使用要置换一页时，选择在最近一段时间最久未使用的

26、页面予以淘汰。的页面予以淘汰。326.4 段式存储管理段式存储管理 q 6.4.1 基本分段存储管理基本分段存储管理q 6.4.2 请求分段存储管理请求分段存储管理 336.4.1 基本分段存储管理基本分段存储管理1. 程序分段结构程序分段结构 q 在分段存储管理系统中，程序地址空间被划分为在分段存储管理系统中，程序地址空间被划分为若干个段，每个段各自定义一组逻辑信息，例如若干个段，每个段各自定义一组逻辑信息，例如主程序段主程序段MAIN、子程序段、子程序段X、数据段、数据段D及栈段等及栈段等。q 整个作业的地址空间是二维的，其逻辑地址由段整个作业的地址空间是二维的，其逻辑地址由段号和段内地址

27、所组成。号和段内地址所组成。346.4.1 基本分段存储管理基本分段存储管理2. 段表段表 q 鉴于分段存储管理系统中各进程的各个段离散地鉴于分段存储管理系统中各进程的各个段离散地装入内存，为了记录每个段在内存中的位置，系装入内存，为了记录每个段在内存中的位置，系统为每个进程建立一张分段映射表，简称段表。统为每个进程建立一张分段映射表，简称段表。356.4.1 基本分段存储管理基本分段存储管理3. 地址变换机构地址变换机构 q 在分段存储管理系统中，同样设置地址变换机构在分段存储管理系统中，同样设置地址变换机构用于实现逻辑地址到物理地址的转换。该地址变用于实现逻辑地址到物理地址的转换。该地址变

28、换机构包括段表寄存器、段表、逻辑地址寄存器换机构包括段表寄存器、段表、逻辑地址寄存器和物理地址寄存器等。和物理地址寄存器等。366.4.2 请求分段存储管理请求分段存储管理 1. 请求分段的段表机制请求分段的段表机制 q 在在类似于请求分页系统，请求分段系统中，进程类似于请求分页系统，请求分段系统中，进程可能存在部分分段不再内存而在外存的情况，因可能存在部分分段不再内存而在外存的情况，因此对分段存储管理方式的段表机制的原段表项增此对分段存储管理方式的段表机制的原段表项增加若干表目并加以扩充加若干表目并加以扩充，以支持程序或数据分段，以支持程序或数据分段的换进换出。的换进换出。376.4.2 请

29、求分段存储管理请求分段存储管理 2. 地址变换地址变换 q 请求分段系统的地址变换机构是在分段内存管理请求分段系统的地址变换机构是在分段内存管理系统的地址机构变换机构的基础上，增加缺段中系统的地址机构变换机构的基础上，增加缺段中断处理和分段置换功能构成的。断处理和分段置换功能构成的。 386.4.2 请求分段存储管理请求分段存储管理 3. 页式管理和段式管理的比较页式管理和段式管理的比较 q 分页是信息的物理单位，与源程序的逻辑结构无分页是信息的物理单位，与源程序的逻辑结构无关，用户不可见；分段是信息的逻辑单位，由源关，用户不可见；分段是信息的逻辑单位，由源程序的逻辑结构所决定，用户可见。程序

30、的逻辑结构所决定，用户可见。q 页长由系统确定，页面只能以页大小的整数倍数页长由系统确定，页面只能以页大小的整数倍数地址开始；段长可根据用户需要来规定，段起始地址开始；段长可根据用户需要来规定，段起始地址可以从任何主存地址开始。地址可以从任何主存地址开始。q 在分页方式中，源程序（页号、页内位移）经连在分页方式中，源程序（页号、页内位移）经连接装配后变成了一维（地址）结构；在分段方式接装配后变成了一维（地址）结构；在分段方式中，源程序（段号、段内位移）经连接装配后仍中，源程序（段号、段内位移）经连接装配后仍保持二维（地址）结构。保持二维（地址）结构。396.5 段页式存储管理段页式存储管理 1

31、. 基本原理基本原理 q 段页式存储管理是段式存储管理和页式存储管理段页式存储管理是段式存储管理和页式存储管理方式的有机结合。这种管理方式先将用户程序按方式的有机结合。这种管理方式先将用户程序按信息性质划分成若干个段，再把每一个段划分为信息性质划分成若干个段，再把每一个段划分为若干个页。因此，段页式系统逻辑地址应由段号若干个页。因此，段页式系统逻辑地址应由段号、段内页号和页内偏移地址三部分组成、段内页号和页内偏移地址三部分组成 。406.5 段页式存储管理段页式存储管理 2. 地址映射地址映射 q 在段页式存储管理中，为实现逻辑地址到物理地在段页式存储管理中，为实现逻辑地址到物理地址的转换，系

32、统为每个进程配置一个段表，同时址的转换，系统为每个进程配置一个段表，同时为进程的每个分段配置页表。为进程的每个分段配置页表。416.5 段页式存储管理段页式存储管理 3. 地址变换地址变换 q (1)逻辑地址寄存器中的段号逻辑地址寄存器中的段号S和与段表长度和与段表长度TL进行比较，若进行比较，若STL，则进行越界中断处理。否，则进行越界中断处理。否则转到（则转到（2）；）；q (2)利用段表始址和段号计算该分段对应的段表利用段表始址和段号计算该分段对应的段表项内存地址并获得段表项内容；项内存地址并获得段表项内容；q (3)逻辑地址寄存器中给定的段内页号逻辑地址寄存器中给定的段内页号P和相应的

33、和相应的页表长度页表长度PL进行比较，若进行比较，若PTL，则进行越界中，则进行越界中断处理。否则转到（断处理。否则转到（4）；）；q (4)根据分段页表始址获得对应页表项的内存地根据分段页表始址获得对应页表项的内存地址，从相应内存单元中读出该页所在的物理块号址，从相应内存单元中读出该页所在的物理块号，形成物理地址。，形成物理地址。426.5 段页式存储管理段页式存储管理 3. 地址变换地址变换 q 段页式存储管理系统的地址变换机构及地段页式存储管理系统的地址变换机构及地址变换过程如下图所示。址变换过程如下图所示。 436.6 Linux存储管理存储管理 q 6.6.1 Linux存储管理概念

34、存储管理概念 q 6.6.2 Linux存储管理命令存储管理命令q 6.6.3 Linux存储管理编程存储管理编程 446.6.1 Linux存储管理概念存储管理概念 1. Linux的分页策略的分页策略 q 标准标准Linux的分页是三级页表结构，除了的分页是三级页表结构，除了X86支支持的页目录和页外，还有一级被称为中间页目录持的页目录和页外，还有一级被称为中间页目录。因此，线性地址在转换为物理地址的过程中，。因此，线性地址在转换为物理地址的过程中，线性地址就被解释为四个部分（不是线性地址就被解释为四个部分（不是X86所认识所认识的三个部分），增加了页中间目录中的索引。的三个部分），增加了

35、页中间目录中的索引。 456.6.1 Linux存储管理概念存储管理概念 2. Linux的分段策略的分段策略 q Linux在在X86上采用最低限度的分段机制，其目上采用最低限度的分段机制，其目的是为了避开复杂的分段机制，提高的是为了避开复杂的分段机制，提高Linux在其在其他不支持分段机制的硬件平台的可移植性，同时他不支持分段机制的硬件平台的可移植性，同时又充分利用又充分利用X86的分段机制来隔离用户代码和内的分段机制来隔离用户代码和内核代码。因此，在核代码。因此，在Linux上，逻辑地址和线性地上，逻辑地址和线性地址具有相同的值。址具有相同的值。466.6.1 Linux存储管理概念存储

36、管理概念 3. Linux分段分页初始化分段分页初始化 q 保护模式下的内核初始化模块从物理地址保护模式下的内核初始化模块从物理地址0 x100000开始执行，该地址开始的代码和数据开始执行，该地址开始的代码和数据结构都对应在结构都对应在arch/i386/kernel/head.s中，初始中，初始化模块主要功能是对相关寄存器，页目录及页表化模块主要功能是对相关寄存器，页目录及页表等进行初始化。等进行初始化。476.6.1 Linux存储管理概念存储管理概念 4. 虚拟内存虚拟内存 q Linux支持虚拟内存，支持虚拟内存， 就是使用磁盘作为就是使用磁盘作为RAM的扩展，使可用内存逻辑上扩大。

37、核心把当前不的扩展，使可用内存逻辑上扩大。核心把当前不用的内存块存到硬盘，腾出内存给其他程序。当用的内存块存到硬盘，腾出内存给其他程序。当原来的内容又要使用时，再读回内存。这对用户原来的内容又要使用时，再读回内存。这对用户全透明，运行于全透明，运行于Linux的程序只看到大量的可用的程序只看到大量的可用内存而不关心哪部分在磁盘上。当然，读写硬盘内存而不关心哪部分在磁盘上。当然，读写硬盘比真的内存慢比真的内存慢(慢千倍慢千倍)，所以程序运行较慢。用，所以程序运行较慢。用做虚拟内存的这部分硬盘叫交换空间。做虚拟内存的这部分硬盘叫交换空间。 486.6.2 Linux存储管理命令存储管理命令 1.

38、检查内存状态检查内存状态 q 命令名称：命令名称：free - Display amount of free and used memory in the systemq 命令格式：命令格式：free -b | -k | -m -o -s delay -t -Vq 功能说明：检查内存状态。除了功能说明：检查内存状态。除了CPU的执行效的执行效能外，内存也是影响系统执行的重要因素。要了能外，内存也是影响系统执行的重要因素。要了解目前系统内存的使用状态。可以使用解目前系统内存的使用状态。可以使用free命令命令，其显示结果含义如下。，其显示结果含义如下。496.6.2 Linux存储管理命令存储管

39、理命令 2. 产生交换空间产生交换空间 转换或复制文件转换或复制文件q 命令名称：命令名称：dd - convert and copy a fileq 命令格式：命令格式：q dd OPERANDq dd OPTIONq 功能说明：功能说明： 转换或复制文件。转换或复制文件。506.6.2 Linux存储管理命令存储管理命令 2. 产生交换空间产生交换空间 设置设置Linux的交换区的交换区q 命令名称：命令名称：mkswap - set up a Linux swap areaq 命令格式：命令格式：mkswap -c -vN -f -p PSZ -L label device sizeq

40、命令功能：可将磁盘分区或文件设为命令功能：可将磁盘分区或文件设为Linux的交的交换区。换区。516.6.2 Linux存储管理命令存储管理命令 2. 产生交换空间产生交换空间 开启交换空间开启交换空间q 命令名称：命令名称：swapon - enable/disable devices and files for paging and swappingq 命令格式：命令格式： /sbin/swapon -h -V /sbin/swapon -a -v -e /sbin/swapon -v -p priority specialfile /sbin/swapon -sq 功能说明：开启交换空间

41、。功能说明：开启交换空间。 526.6.2 Linux存储管理命令存储管理命令 2. 产生交换空间产生交换空间 关闭交换空间关闭交换空间q 命令名称：命令名称：swapoff - disable devices and files for paging and swappingq 命令格式：命令格式： /sbin/swapoff -h -V /sbin/swapoff -a /sbin/swapoff specialfile q 命令功能：关闭交换空间。命令功能：关闭交换空间。536.6.3 Linux存储管理编程存储管理编程 1. 建立内存映射建立内存映射-mmap函数函数 q 头文件：头文

42、件：#include q 函数原型：函数原型： void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);q 功能：功能：mmap()用来将某个文件内容映射到内存用来将某个文件内容映射到内存中，中， 对该内存区域的存取即是直接对该文件内对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写。容的读写。q 返回值：若映射成功则返回映射区的内存起始地返回值：若映射成功则返回映射区的内存起始地址，否则返回址，否则返回MAP_FAILED(1)， 错误原因存错误原因存于于errno中。中。 546.6.3 Linux存储管理编程存储管理编程 2. 解除内存映射解除内存映射munmap函数函数 q 头文件：头文件：unistd.h， sys/mman.hq 函数原型：函数原型： int (void *start, size_t length);q 功能：解除映射。功能：解除映射。q 返回值：如果解除映射成功则返回返回值：如果解除映射成功则返回0否则返回否则返回1错误原因存于错误原因存于errno中。中。