第4章 存储管理 第1课时 程序的链接和装入《操作系统原理课件（第2版）》 同步教学（电子工业出版社）

操作系统原理(第2版） 存储器是计算机的重要组成部分，用于存储包括程序和数据在内的各种信息，属于非常重要的系统资源。计算机的存储器分为两类：一类是内存储器（内存，又称主存），是CPU能够直接访问的存储器；另一类是外存储器（外存，又称辅存），是CPU不能直接访问的存储器。存储管理指的是内存管理，它是操作系统的重要组成部分。而外存管理虽然与内存管理相似，但外存主要用来存放文件。 内存是程序运行的基础，一个程序必须占有一定的内存空间才能运行。能否对内存进行有效管理，不仅直接影响内存的利用率，而且对整个计算机系统的性能都有重要影响。因此，存储管理的主要任务就是为程序分配内存空间，将程序中出现的逻辑地址转换为可直接访问的内存物理地址，使程序得以正常运行。 第4章 存储管理 除了能够保证程序在内存中正常运行外，存储管理还应充分利用内存空间，为多道程序并发执行提供存储基础，使内存中的每道程序在运行中彼此隔离互不干扰，并尽可能方便用户使用内存。 在多道程序环境中，多个程序需要共享内存资源，内存紧张的问题依然突出。当内存不够用时，要通过虚拟存储技术来扩充物理内存。虚拟存储技术能够自动实现程序和数据在内外存之间的交换（交换过程对用户透明），把当前不运行的程序和数据及时调出内存，待以后需要运行时再将其由外存调入内存，由此腾出的内存空间就可以给需要运行的程序使用，从而达到了扩充内存的目的。 第4章 存储管理 第4章 存储管理 4.1 程序的链接和装入 4.2 存储器及存储管理的基本功能 4.3 分区式存储管理 4.4 分页存储管理 4.5 分段存储管理 4.6 段页式存储管理 4.7 虚拟存储管理 源程序转变为可执行程序：首先由编译程序把源程序编译成若干个目标模块，然后由链接程序把所有目标模块和它们需要的库函数链接在一起，形成一个完整的可装入模块。可装入模块可以通过装入程序装入内存成为可执行程序，当把CPU分配给它时就可以投入运行。 4.1 程序的链接和装入 4.1.1 逻辑地址和物理地址 （1）逻辑地址。用户源程序经编译、链接后得到可装入程序。由于无法预先知道程序装入内存的具体位置，只能暂定程序的起始地址为0，即程序中指令和数据的地址都是相对0这个起始地址进行计算的，用这种方法确定的地址称为逻辑地址或相对地址。 （2）逻辑地址空间。一个目标模块（程序）或装入模块（程序）的所有逻辑地址的集合，称为逻辑地址空间或相对地址空间。 4.1 程序的链接和装入 （3）物理地址。内存中实际存储单元的地址称为物理地址，也称为绝对地址或内存地址。 为了使程序装入内存后能够正常运行，就必须将程序代码中的逻辑地址转换为物理地址，这个转换操作称为地址转换。 （4）物理地址空间。内存中全部存储单元的物理地址集合称为物理地址空间、绝对地址空间或内存地址空间。 （5）虚拟地址空间。CPU支持的地址范围一般远大于机器实际内存的大小，对于没有对应的实际内存的那部分地址程序仍然可能使用，我们将程序能够使用的整个地址范围称为虚拟地址空间。 4.1 程序的链接和装入 4.1.2 程序链接 链接程序在将几个目标模块装配成一个装入模块时，需要解决以下问题： （1）修改模块的相对地址。 （2）转换外部调用符号。 4.1 程序的链接和装入 目标模块链接方式 （1）静态链接。程序运行前把源程序编译成的所有目标模块及所需要的库函数链接成一个统一的装入模块，以后不再分开。 （2）装入时动态链接。目标模块的链接是在模块装入内存时进行的，即在模块装入过程中同时完成所有目标模块的链接。 （3）运行时动态链接。先将一个目标模块装入内存且启动运行，在进程运行过程中如果需要调用其他模块，则再将所需模块装入内存并把它链接到调用模块上，然后进程继续运行。 4.1 程序的链接和装入 4.1.3 程序装入 1. 程序装入 由于程序的逻辑地址空间和内存的物理地址空间并不一致，因此要使装入内存的程序能够运行，系统必须将程序中的逻辑地址转换为机器能够直接寻址的物理地址。因此，装入程序在将程序（可装入模块）装入内存后，在程序执行之前还必须将程序代码中的逻辑地址转换为真实的物理地址，这种地址转换操作称为地址映射、地址转换或重定位。 程序装入是指装入程序根据内存当前的实际使用情况，将装入模块（程序）装入到内存合适的物理位置。 4.1 程序的链接和装入 程序装入分类 静态装入---一次性将全部程序（所有可装入模块）装入内存，并在程序装入内存时或在程序运行前，一次性完成程序中所有的逻辑地址（相对地址）到物理地址（绝对