存储器管理：层次结构与程序装入链接

"操作系统上课讲义-存储器管理-chapter4" 在现代计算机系统中，存储器管理是一个至关重要的环节，因为它直接影响着系统的性能和效率。本章主要探讨了存储器的层次结构以及程序的装入和链接过程。 4.1 存储器的层次结构 存储器层次结构的设计是为了平衡速度、容量和成本之间的关系。通常，存储器分为多个级别，从最快到最慢分别是寄存器、高速缓存（Cache）、主存储器（内存）和外部存储器（如硬盘）。寄存器是CPU内部的一部分，可以与CPU以最快的速度交互。高速缓存（Cache）是为了缓解CPU和内存之间速度差异而设计的，它存储最近频繁访问的数据，减少了对主存的访问次数。主存储器（内存）具有中等速度和容量，用于存储运行时的程序和数据。而外部存储器则具有大容量但较慢的访问速度，通常用于长期存储不常访问的信息。 4.1.2 各种存储器特性 - 主存储器：主存通常由DRAM（动态随机存取存储器）组成，它能存储程序和数据，容量在几兆字节到几十兆字节之间，速度中等，价格相对适中，但数据易丢失，需要电源维持。 - 寄存器：位于CPU内部，与CPU操作同步，速度极快，但数量有限。 - 高速缓存（Cache）：容量小，速度接近CPU，用于减少主存访问，提高系统性能。 - 磁盘缓存：实际上是在内存中划分的一部分，作为硬盘数据的临时存储，由操作系统管理。 4.2 程序的装入和链接 程序在被执行前需要经过一系列预处理步骤，包括编辑、编译、链接和装入。编辑阶段产生源代码文件，编译阶段将源代码转化为机器语言的目标模块。链接阶段将多个目标模块或库文件合并成一个可执行文件，解析模块间和库函数的引用。最后，装入阶段将可执行文件映射到内存中，构建进程控制块（PCB），并完成逻辑地址到物理地址的映射。 4.2.1 程序的装入方式 1. 绝对装入方式：程序在编译时就确定了其在内存中的位置，这种方式简单但不适用于多道程序环境，因为程序的绝对地址可能因内存分配变动而无效。 2. 可重定位装入方式：允许程序在不同的内存位置装入，解决了绝对装入的局限性。程序中的逻辑地址在装入时被转换为内存中的物理地址，适应了动态内存分配。 3. 动态运行时装入：程序在运行时才进行地址转换，增加了程序的灵活性，但需要额外的硬件支持。 总结来说，存储器管理涉及如何有效地组织和使用不同层次的存储设备，以及如何将程序正确地装入内存并运行。理解这一过程对于优化系统性能和资源利用率至关重要。通过合理地利用存储器层次结构，以及灵活的程序装入和链接机制，操作系统能够确保高效且可靠的程序执行。