操作系统第四章学习笔记 (1)存储器 程序编译连接

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基础部分:

存储部件一览: 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: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。

存储部件的层次:

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

外存的管理:磁盘存储器管理、文件系统等中涉及


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。

程序的装入和链接
程序进内存的一般过程:

1.编译compiler:编译程序:将用户源代码编译成若干个目标模块。

2.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。

3.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)。

 

1)地址的概念

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

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。

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

逻辑地址  ======   物理地址:

绝对装入方式(absolute loading)

逻辑地址 - 》重定位 - 》物理地址:

静态可重定位装入方式(relocatable loading mode)

动态运行时(重定位)装入方式(dynamic run-time loading)

绝对装入方式:

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。

物理地址由谁生成?

一般由编译或汇编程序给出;

由程序员赋予(要求程序员熟悉内存使用情况)

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。

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。

动态运行时(重定位)装入方式(dynamic run-time loading)

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。

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

装入完了如何记录下进程在内存哪里?

程序作为整体连续装在一块内存的,记录下基地址即可。

程序离散装入在不同内存位置的,需记录下多个偏移用的基地址(后面内存分配里详细讨论);

动态重定位的,这些被记录的基地址不一定固定不变,可能会根据内存使用情况变化更新。

3)不同的程序链接方式

装入是使用内存的开始,但链接的不同会使内存的使用有差别:

根据链接时间的不同,分成三种

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。

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。

运行时动态链接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。

问:程序是不是要一次全装进内存?如果不是要采用什么链接装入方式?

运行时动态连接装入方式

问:在动态重定位方式下,CPU要执行物理地址a下的指令,指令中要访问的数据的地址是相对地址还是物理地址?

        相对地址,只有通过地址映射才能知道数据存放在内存的具体位置。

 

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