内存管理

作者: minlover | 来源:发表于2017-03-26 21:42 被阅读8次

    1、

    存储器是硬件资源。包括内存和外存。

    程序、数据保存在外存中,断电后不会丢失。内存是CPU直接交互的,内存块。

    处理器不会直接访问外存,程序装入内存后才能执行,数据读入内存后才能使用。

    内存由进程共享。

    内存是外存的缓存,cache 是内存的缓存。

    多层次存储器是速度与成本折中的结果。

    一个数据会同时出现在多个地方。

    对磁盘中某整数 A 进行修改,引起的数据传递过程:磁盘(外存)-->内存-->cache-->寄存器


    2、

    内存管理的任务是:(1)实现物理内存的分配与回收

    (2)运行程序、加载程序、实现地址映射

    (3)为进程模拟出尽可能大的虚拟内存空间

    (4)提供虚拟内存的隔离、保护、共享

    内存管理工作分为:物理内存管理、逻辑内存管理、虚拟内存管理


    3、地址空间

    物理内存单元只能用物理地址访问。

    有些设备中的寄存器、缓存等也必须用物理地址访问。

    不能访问任何实体的物理地址称为空洞。

    有效物理地址的集合称为物理地址空间。

    内存条中的有些内存因无地址而不能使用。

    物理地址用于标识物理内存单元,地址与内存单元的对应关系是固定不变的。

    解决:进程使用的地址成为逻辑地址。一个进程所使用的所有逻辑地址的集合称为逻辑地址空间。

    逻辑地址是在编译(汇编)、连接、加载过程中确定的。

    符号地址:程序中使用的标号、变量名、函数名等,不是物理地址。 --> 命名空间

    相对地址:相对于某位置的偏移量,如相对于开始或当前位置的偏移量,不是物理地址。


    4、编译、连接、加载

    程序员用高级或汇编语言开发程序,源程序通常由多个模块组成,处理器不认识高级语言、汇编语言。

    (1)编译:需要将源程序模块 翻译/编译/汇编 成目标代码

    (2)连接:目标代码中含有对其它模块或库中符号的引用,连接程序将编译后的目标模块连接在一起,并解析其中的跨模块符号地址引用,形成可执行模块。

    (3)加载:可执行文件中的程序装入内存形成进程映像

    Loader 的任务就是将可执行模块加载到内存。

    ①名字空间:源程序中由符号名字(变量名、函数名、标号等)构成的集合。

    ②逻辑空间:程序中相对地址的集合,也称逻辑地址空间。(以0为基址顺序排列)

    ③物理空间:内存中一系列物理单元的集合,也称为物理空间或绝对空间。


    5、完成地址装换的时机

    (1)程序员完成地址转换(绝对加载):编程时就用物理地址。物理地址又称绝对地址。

    (2)编译程序完成地址转换:程序使用符号地址,编译后为绝对地址。

    (3)加载程序完成地址转换(静态可重定位加载):编译或汇编程序将符号地址转换成相对地址,加载程序在装入程序时,临时为其选择一个内存位置,如Base,而后将程序中所有相对地址都加上Base,一次性为程序定位,称静态重定位。程序模块中应包含重定位信息。

    (4)在执行时完成地址转换(动态可重定位加载):编译或连接程序生成可重定位的目标模块,其中的地址都是相对的。加载程序直接将可重定位模块装入内存,不做地址转换。处理器在执行程序的过程中,逐步完成相对地址到物理地址的转换。动态重定位,需要硬件支持。

    (重定位寄存器,段描述符、段寄存器、页目录、页表)

    完成连接的时机:

    (1)在程序设计时。所有的程序代码都放在一个文件中。

    (2)在编译(汇编)时。将所有程序源代码集中在一起编译(汇编)。

    (3)在加载前。由连接程序将各目标模块整合在一起,形成完整的可重定位目标模块。

    (4)在加载时。加载程序读入主模块,而后根据其中的符号引用逐个读入子模块,重定位子模块,并解析各符号引用。

    (5)在执行时(动态连接)。加载程序只装入程序的主模块,不解析其中的符号引用。当程序用到某符号时(如子程序调用),再加载对应的目标文件并解析符号引用。

    可执行程序中有指示信息,如子模块对应的文件、符号在子模块中的位置等。需要专门的动态连接程序。子模块通常在共享库(动态连接库)中。

    现在均是在执行时完成:

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