1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)3 存儲(chǔ)管理 3.1 存儲(chǔ)管理基礎(chǔ)3.1.4 存儲(chǔ)管理的硬件支撐存儲(chǔ)器的組織層次容量更小速度更快L 0: 寄存器Cache: 高速緩存SRAM: 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器價(jià)格更高(單位字節(jié))容量更大L 1:L2:L 3:L 4:L 5:L1 Cache( SRAM )L 2 Cache( SRAM )L 3 Cache ( SRAM )主存( DRAM ) SSDDRAM: 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器速度更慢價(jià)格更低(單位字節(jié))L 6:L 7: (本地固態(tài)硬盤(pán))本地外存儲(chǔ)器(本地硬盤(pán)) 遠(yuǎn)程外存儲(chǔ)器(分布式文件系統(tǒng)、Web服務(wù)器 )存儲(chǔ)管理涉及的存儲(chǔ)對(duì)象 存儲(chǔ)管理是OS管理主存儲(chǔ)器的軟件部分 為獲得更

2、好的處理性能，部分主存程序與數(shù)據(jù)（特別是關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)）被調(diào)入Cache，存儲(chǔ)管理需要對(duì)其進(jìn)行管理， 甚至包括對(duì)聯(lián)想存儲(chǔ)器的管理 為獲得更大的虛擬地址空間，存儲(chǔ)管理需要對(duì)存放在硬盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)、甚至網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)上的虛擬存儲(chǔ)器文件進(jìn)行管理高速緩存存儲(chǔ)器（Cache） Cache是介于CPU和主存儲(chǔ)器間的高速小容量存儲(chǔ)器，由靜態(tài)存儲(chǔ)芯片SRAM 組成，容量較小但比主存DRAM技術(shù)更加昂貴而快速， 接近于CPU的速度 CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊， Cache的引入與緩存容量的增大，可以大幅提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率， 從而提高系統(tǒng)性能高速緩存存儲(chǔ)器的構(gòu)成 高速緩沖存儲(chǔ)器通常由高速存儲(chǔ)器、聯(lián)想存儲(chǔ)

3、器、地址轉(zhuǎn)換部件、替換邏輯等組成 聯(lián)想存儲(chǔ)器：根據(jù)內(nèi)容進(jìn)行尋址的存儲(chǔ)器 地址轉(zhuǎn)換部件：通過(guò)聯(lián)想存儲(chǔ)器建立目錄表以實(shí)現(xiàn)快速地址轉(zhuǎn)換。命中時(shí)直接訪問(wèn)Cache；未命中時(shí)從內(nèi)存讀取放入Cache 替換部件：在緩存已滿時(shí)按一定策略進(jìn)行數(shù)據(jù)塊替換，并修改地址轉(zhuǎn)換部件高速緩存存儲(chǔ)器的組織 由于CPU芯片面積和成本，Cache很小 根據(jù)成本控制，劃分為L(zhǎng)1、L2、L3三級(jí)高速緩存存儲(chǔ)器的分級(jí) L1 Cache：分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存； 內(nèi)置；其成本最高，對(duì)CPU的性能影響最大；通常在32-256KB之間 L2 Cache：分內(nèi)置和外置兩種，后者性能低一些；通常在512KB-8M之間 L3 Cache：多為外置，在游戲和服務(wù)器領(lǐng)域有效；但對(duì)很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，總線改善比設(shè)置L3更加有利于提升系統(tǒng)性能地址轉(zhuǎn)換/存儲(chǔ)保護(hù)的硬件支撐邏輯地址比較相加物理地址基址寄存器限長(zhǎng)寄存器進(jìn)程i處理器越界中斷存儲(chǔ)管理與硬件支撐 鑒于程序執(zhí)行與數(shù)據(jù)訪問(wèn)的局部性原理， 存儲(chǔ)管理軟件使用Cache可以大幅度提 升程序執(zhí)行效率 動(dòng)態(tài)重定位、存儲(chǔ)保護(hù)等，若無(wú)硬件支撐在效率上是無(wú)