第九讲 存储管理
计算机操作系统存储管理
计算机操作系统存储管理计算机操作系统存储管理是指操作系统在运行过程中管理和控制计算机的存储资源的一种机制。
它负责分配和回收内存，以及保护和管理进程的内存访问权限。
存储管理是操作系统中的一个重要子系统，对系统的性能和稳定性具有重要影响。
本文将介绍计算机操作系统存储管理的基本原理、常见的存储管理技术以及其在实际应用中的作用。
一、存储管理的基本原理在计算机系统中，存储器扮演着重要的角色，它用于存储程序、数据和系统状态。
计算机操作系统存储管理的基本原理是将物理内存划分为多个逻辑区域，每个区域被分配给不同的程序或进程使用。
操作系统维护一个内存分配表，记录每个逻辑区域的使用情况，并根据请求进行内存分配与回收。
当进程创建时，操作系统将为其分配一定大小的内存，当进程终止时，操作系统会回收这些内存资源。
同时，存储管理还负责处理内存碎片问题，通过内存的动态分配与合并来最大化利用内存资源。
二、常见的存储管理技术1. 基于固定分区的存储管理技术基于固定分区的存储管理技术是最早的一种存储管理方法。
它将物理内存划分为若干固定大小的分区，每个分区只能分配给一个进程使用。
该方法简单直观，但由于分区的固定大小，会产生很多内存碎片，不利于内存的高效利用。
2. 基于可变分区的存储管理技术为了解决内存碎片问题，出现了基于可变分区的存储管理技术。
这种技术允许每个进程动态地申请和释放内存空间，分区的大小可以根据进程的需要进行调整。
它相对于固定分区的方法更加灵活，能够提高内存利用率，但也存在内存碎片问题。
3. 页式存储管理技术页式存储管理技术将物理内存和逻辑内存划分为固定大小的页块，进程的地址空间也被划分为相同大小的页。
通过将逻辑地址转换为物理地址，实现了逻辑内存与物理内存的映射。
该技术可以很好地解决内存碎片问题，并且方便创建和销毁进程，但需要额外的地址转换开销。
4. 段式存储管理技术段式存储管理技术将进程的逻辑地址空间划分为若干段，每个段具有不同的长度和属性。
存储管理
存储管理存储管理是一种关键的信息技术领域，涉及到有效和有序地管理数据在计算机系统中的存储和访问。
随着信息和数据的快速增长，存储管理变得越来越重要，为了提高数据的可靠性、可用性和性能，必须采取相应的存储管理策略。
存储管理的主要目标是合理利用存储资源，提供高效的数据存取服务。
对于大型组织和企业来说，存储管理不仅仅是存储和访问数据的问题，还涉及到备份和恢复、安全性和保密性等方面的要求。
因此，存储管理需要系统地规划、组织和实施，以确保数据始终可靠可用。
为了实现高效的存储管理，需要考虑以下几个方面。
首先，存储管理需要对数据进行分类和组织。
不同类型和重要性的数据可能需要不同的存储策略和处理方式。
通过将数据进行分类和标记，可以更好地控制存储资源的使用和访问权限。
比如，可以将关键数据存储在高性能、高可靠性的存储设备上，而将较不重要的数据存储在低成本的设备上。
其次，存储管理需要考虑数据备份和恢复。
数据的备份是一项重要的任务，不仅可以防止因为硬件故障、自然灾害或者人为错误导致的数据丢失，还可以提供数据恢复的能力。
备份策略需要根据数据的重要性、访问频率和恢复时间的要求进行制定。
同时，还需要定期测试备份的可用性和完整性，以确保备份数据的可靠性。
此外，存储管理需要关注数据的安全性和保密性。
数据的安全性是指防止未经授权的访问和篡改，而数据的保密性是指控制数据的访问权限，确保只有经过授权的人员才能访问敏感数据。
为了实现数据的安全保护，可以通过加密、访问控制和审计等手段来提高系统的安全性。
另外，存储管理还需要关注存储资源的性能和效率。
通过使用缓存技术、数据压缩和去重技术等手段，可以提高存储系统的性能和利用率。
此外，存储管理还可以通过数据归档、数据迁移和容量规划等方式来优化存储资源的使用和管理。
最后，存储管理需要持续监控和维护存储系统，及时发现和解决可能的问题。
通过使用存储管理软件和工具，可以获取存储系统的性能指标和状态信息，以及进行容量规划和性能优化。
存储管理
分页存储管理是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页面或页，并为各页加以编号， 从0开始，如第0页、第1页等。相应地，也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为(物理)块或页 框(frame)，也同样为它们加以编号，如0#块、1#块等等。在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个 页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。由于进程的最后一页经常装不满一块而形成了不可利用的碎片，称 之为“页内碎片”。
共享物理页面的进程对应此页面的虚拟内存位置可以不同。
存储知识结构
1、系统管理：UNIX/Linux/Windows操作系统管理。 2、开发技术：C/C++，网络编程，多进程/多线程，进程间通信。 3、存储基础：磁盘、RAID阵列、文件系统等存储相关硬件和软件的安装、配置、调试。 4、存储系统：RAID, DAS, SAN, NAS, CAS等。 5、存储协议：TCP/IP, SCSI, iSCSI, NFS/CIFS等。 6、文件系统：VFS, EXTx/NTFS/FAT32等磁盘文件系统, NFS/CIFS网络文件系统, Lustre/GFS/AFS等分布 式文件系统。 7、存储技术：Deduplication, SSD, HSM, Virtualization, Snapshot, Replication, CDP, VTL, Thin Provision等等。 8、存储架构：掌握不同行业的存储需求，能够根据实际需求提出存储解决方案，并进行存储系统架构、设计 和实现 。
操作系统_存储管理
操作系统_存储管理在计算机系统中，操作系统的存储管理是一项至关重要的任务。
它就像是一个精明的管家，负责合理地安排和管理计算机的存储空间，以确保各个程序和数据能够高效、安全地存储和访问。
想象一下，计算机的存储空间就像是一个巨大的仓库，而存储管理的任务就是决定哪些货物（数据和程序）应该放在哪个货架（存储区域）上，以及如何快速准确地找到它们。
如果没有有效的存储管理，这个仓库就会变得混乱不堪，导致程序运行缓慢、数据丢失甚至系统崩溃。
存储管理主要包括内存管理和外存管理两个方面。
内存管理是存储管理的核心，因为内存是计算机运行程序时直接使用的存储区域，其速度快但容量有限。
外存管理则主要负责长期存储数据和程序，如硬盘、U盘等，其容量大但速度相对较慢。
内存管理的首要任务是分配内存。
当一个程序需要运行时，操作系统必须为其分配足够的内存空间。
这可不是一件简单的事情，因为内存空间是有限的，而且不同的程序对内存的需求也各不相同。
为了解决这个问题，操作系统采用了多种内存分配策略，如连续分配和离散分配。
连续分配就像是把一块完整的土地分给一个家庭，这种方式简单直观，但容易造成内存碎片，降低内存的利用率。
离散分配则更加灵活，它将内存分成小块，根据程序的需求进行分配，就像把一个大房子分成多个小房间出租一样。
离散分配又分为分页存储管理和分段存储管理。
分页存储管理将内存空间划分成固定大小的页，程序也被分成同样大小的页。
这样，操作系统可以根据页的使用情况来分配和回收内存，提高了内存的利用率。
但分页管理可能会导致一个程序的页分散在不同的物理内存位置，增加了访问的时间。
分段存储管理则是根据程序的逻辑结构将其分成不同的段，如代码段、数据段等。
每个段有不同的访问权限和存储特点，这样更符合程序的逻辑结构，方便程序的编写和调试。
除了分配内存，内存管理还需要进行内存保护。
这就像是给每个房间都安装了门锁，只有拥有合法权限的程序才能访问相应的内存区域，防止一个程序误操作或恶意修改其他程序的内存数据，保障了系统的安全性和稳定性。
操作系统-存储管理
操作系统-存储管理操作系统-存储管理一、引言存储管理是操作系统中重要的组成部分，它负责管理计算机系统中的存储器资源。
存储管理的任务包括内存分配、内存保护、内存回收等，通过有效的存储管理可以充分利用系统的存储资源，提高系统的运行效率和性能。
二、内存层次结构1、主存储器主存储器是计算机系统中最主要的存储器，它用于存放正在运行的程序和数据，是CPU直接访问的存储器。
主存储器一般被划分为若干个固定大小的块，每个块被称为一页，每一页可以存放一个进程的一部分或全部。
2、辅助存储器辅助存储器是主存储器的扩展，主要用于存储大容量的数据和程序。
辅助存储器包括硬盘、磁带等设备，其访问速度比主存储器慢，但容量较大。
三、内存管理1、内存分配方式a：静态分配静态分配是指在程序运行之前，就确定了程序在内存中的位置。
静态分配的优点是简单高效，但是会浪费存储资源。
b：动态分配动态分配是指程序在运行时，根据需要动态分配内存。
动态分配的优点是灵活高效，但是需要额外的内存管理开销。
2、内存管理算法a：首次适应算法首次适应算法是按照内存块的起始地质逐一查找，找到第一个大小大于等于要求的空闲的内存块进行分配。
b：最佳适应算法最佳适应算法是在所有满足要求的内存块中选择大小最小的内存块进行分配。
c：最差适应算法最差适应算法是在所有满足要求的内存块中选择大小最大的内存块进行分配。
3、内存保护内存保护是指通过访问权限控制，确保每个进程只能访问自己分配的内存空间，防止进程之间的干扰。
4、内存回收内存回收是指当进程不再使用某些内存空间时，将其释放给系统以便后续的内存分配。
内存回收可以通过标记清除算法、引用计数算法等方式实现。
四、虚拟内存管理1、虚拟内存机制虚拟内存是一种扩展的内存管理技术，它通过将部分程序或数据装入主存储器，并实现从辅助存储器到主存储器的动态迁移，提高了计算机系统的运行性能。
2、页面置换算法页面置换算法是指当主存储器已满时，需要置换出某些页面到辅助存储器中，以便为新的页面腾出空间。
操作系统存储管理
操作系统存储管理操作系统是计算机系统中的核心组成部分，负责管理和协调计算机硬件和软件资源的分配和调度。
其中，存储管理是操作系统的重要功能之一，它涉及到对计算机内存的分配、回收和保护。
本文将从存储管理的基本概念、存储分配算法、虚拟存储与分页式存储管理等方面进行论述。
一、存储管理的基本概念存储管理是操作系统中对内存进行合理分配的过程，其目的是为了提高内存的利用率、优化进程的执行效率、保护系统的安全性。
存储管理的基本概念包括内存分配、内存回收和内存保护。
1. 内存分配内存分配是指将计算机的物理内存划分为若干个固定大小的分区，并按照不同的算法将其分配给各个进程使用。
常见的内存分配方式有连续分配、非连续分配和动态分区分配等。
2. 内存回收内存回收是指在进程结束或者释放内存时将之前分配的内存重新收回，以便可以重新分配给其他进程使用。
合理的内存回收机制可以避免内存碎片的产生，提高内存利用率。
3. 内存保护内存保护是指通过设置不同的访问权限，保护各个进程的内存空间不被其他进程非法访问和修改。
内存保护可以有效地提高系统的安全性和稳定性。
二、存储分配算法存储分配算法是决定如何将可用的内存分配给进程的一种策略。
常见的存储分配算法包括首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法等。
1. 首次适应算法首次适应算法是将空闲的内存分区从头开始依次检查，将满足需求大小的第一个空闲区域分配给进程使用。
这种算法简单直观，但可能会导致产生较多的碎片。
2. 循环首次适应算法循环首次适应算法是首次适应算法的改进版，它从上次分配内存的位置开始继续查找可用的空闲分区。
这种算法减少了对整个内存空间的搜索，降低了分配的时间复杂度。
3. 最佳适应算法最佳适应算法是将空闲分区按照大小进行排序，每次分配时选择最适合需求大小的空闲分区。
这种算法可以减少碎片的产生，但需要对空闲分区进行排序，增加了算法的复杂度。
4. 最坏适应算法最坏适应算法与最佳适应算法相反，它选择最大的空闲分区为满足需求的进程使用。
简述存储管理的功能
简述存储管理的功能
存储管理是一种用于管理存储设备和存储环境的工具，用于管理
和控制组织中的存储，以确保最大限度地利用系统的可用存储资源。
它的功能有：
1. 存储空间的有效管理。
存储管理系统可以对组织存储空间进
行有效的管理，充分利用系统可用的存储设备，避免存储空间的浪费。
2. 缓存的更新管理。
缓存是存储管理的一个重要部分，存储管
理系统可以根据实际需求对缓存进行有效管理，从而提高系统的性能。
3. 资源共享管理。
存储管理系统可以有效地分级管理各种媒体，以实现不同用户对资源的共享，提高系统的可用性。
4. 故障恢复管理。
存储管理系统可以自动实施灾难恢复，系统
可以根据实际情况调整恢复策略，以确保系统的稳定运行。
5. 安全管理。
存储管理系统可以通过安全控制、权限管理等技
术手段，有效地控制用户对存储资源的访问，避免数据泄露和破坏。
存储管理能够帮助组织优化存储使用，有效提高系统性能，维护
整个系统的稳定运行，同时也保护存储资源的安全性，实现有效的自
动化管理。
只有当存储管理得当时，组织才能充分利用存储资源，达
到最佳的运行状态。
简述存储管理的主要功能
简述存储管理的主要功能存储管理是计算机系统的一个重要组成部分，它负责管理计算机系统的存储器，包括内存和外部存储设备。
在计算机系统中，存储管理的主要功能包括以下几个方面：1.内存管理内存管理是存储管理的核心功能，它主要负责管理计算机系统的内存资源，包括内存的分配、释放、保护和共享等。
内存管理的主要任务是为正在运行的进程分配内存空间，并在进程结束时回收这些空间，以便其他进程可以使用。
内存管理还需要保护内存中的数据和指令，防止进程之间相互干扰和破坏。
内存管理的主要实现方式有两种：一种是固定分区法，另一种是动态分区法。
固定分区法将内存分为若干个固定大小的区域，每个区域可以分配给一个进程使用。
动态分区法则通过动态分配内存空间来满足进程的内存需求，每个进程可以获得一个可变大小的内存区域。
这两种内存管理方式都有其优缺点，需要根据不同的应用场景进行选择。
2.外部存储管理外部存储管理是指管理计算机系统的外部存储设备，如硬盘、U盘等。
外部存储设备通常具有较大的存储容量，可以用于存储大量的数据和文件。
外部存储管理的主要任务是为应用程序提供文件的读写服务，并管理存储设备中的文件系统。
外部存储管理的实现方式包括文件系统和数据库管理系统。
文件系统主要用于管理文件和目录，提供文件的读写服务。
文件系统通常采用层次结构来组织文件和目录，可以实现快速查找和访问文件。
数据库管理系统则主要用于管理数据，提供数据的查询、更新和删除等服务。
数据库管理系统通常采用关系模型来组织数据，可以实现高效的数据访问和管理。
3.虚拟存储管理虚拟存储是指在计算机系统中使用磁盘空间来扩展内存容量的技术。
虚拟存储管理的主要任务是将进程的部分数据和指令存储在磁盘上，以释放内存空间，从而提高内存利用率。
当进程需要这些数据和指令时，虚拟存储管理系统会将其从磁盘中载入内存。
虚拟存储管理的实现方式包括分页和分段两种。
分页是将内存和磁盘空间分为若干个固定大小的页，每个进程可以占用若干个页，进程所需的数据和指令可能分散在不同的页中。
存储管理计算机操作系统课件
目录
• 存储管理概述 • 计算机操作系统概述 • 存储管理在计算机操作系统中的
应用 • 存储管理技术及其发展趋势 • 计算机操作系统中的存储管理优
化策略 • 实践案例分析与应用前景展望
01
存储管理概述
存储管理的定义与重要性
定义
存储管理是指对计算机系统中存 储设备的管理，包括内存、外存 等。
优化，提高存储系统的性能和效率。
05
计算机操作系统中的存储 管理优化策略
文件系统优化策略
文件系统结构优化
采用层次化的文件目录结构，方便用户查找和管理文件。
文件存储空间管理
采用动态分配和回收文件存储空间的方法，提高空间利用率。
文件访问权限控制
对不同用户设置不同的文件访问权限，保证文件的安全性。
数据库优化策略
1 2
数据库设计优化
采用规范化设计方法，减少数据冗余和数据不一 致性。
索引优化
建立合适的索引，提高数据查询速度和效率。
3
查询优化
采用合适的查询语句和算法，减少查询时间和资 源消耗。
虚拟内存优化策略
内存管理策略
采用分页或段式内存管理方式，实现内存的动态分配和回收。
内存保护机制
设置内存保护机制，防止程序越界访问和非法操作。
优点
灵活性、可扩大性、高可用性、安全性、容错性等。
存储管理技术的发展趋势
融会化
01
将不同的存储技术进行融会，形成更加高效、可靠、灵活的存
储解决方案。
软件定义
02
通过软件定义的方式对存储资源进行管理和配置，提高存储系
统的灵活性和可扩大性。
智能化
03
存储管理概述
存储管理概述存储管理是指计算机系统中负责处理存储器资源的一组软件或硬件程序。
存储管理旨在协调计算机系统中的各种硬件和软件组件，以有效地管理和分配存储资源，以及确保数据和程序的完整性和安全性。
存储管理还负责确保计算机系统中的存储器能够在高负载时有效地运行，以及处理各种存储器故障。
存储管理通常由操作系统提供，其主要任务是为进程分配和管理内存、磁盘空间、网络存储等资源。
存储管理涉及到从物理存储器到逻辑文件的各个级别，因此需要准确和高效地跟踪数据的位置、类型和用途。
存储管理的主要任务包括：1.内存管理：内存管理负责为进程分配内存空间，并确保各个进程的内存空间不会相互干扰。
内存管理还负责将进程和物理存储器之间的逻辑地址映射到物理地址。
2.磁盘管理：磁盘管理负责处理磁盘上的文件和目录，并将它们存储在适当的位置。
磁盘管理还负责跟踪磁盘上的空间使用情况，并确保每个文件都有足够的空间存储。
3.文件管理：文件管理涉及到文件的创建、读取、写入、删除等操作。
该功能还包括文件的保护和权限设置、文件共享和协作等。
4.虚拟存储：虚拟存储是一种负责将进程的逻辑地址映射到物理地址的技术。
它通过将未使用的部分交换到磁盘上来扩展可用内存空间。
5.备份和恢复：备份和恢复负责在计算机系统上创建数据备份，并在需要时将数据恢复到计算机系统中。
这是确保数据完整性和安全性的关键部分。
6.缓存管理：缓存管理负责将频繁访问的数据保留在内存中，以避免频繁读写磁盘，从而提高系统的性能和响应速度。
存储管理是计算机系统中一个至关重要的组成部分，它的任务是确保计算机系统中的存储器资源能够被有效地管理和分配，并且能够提供高效的存储器服务。
存储管理的原理一种常见的存储管理原理是通过虚拟存储器实现内存扩展。
虚拟存储器通过将进程的逻辑地址映射到物理地址，使得进程拥有了更大的地址空间，同时可以节约物理内存。
虚拟存储器还通过页面替换算法，将部分未使用的页面换出到磁盘中，从而释放内存空间，使系统可以在更多的进程中进行加载和运行。
操作系统-存储管理
操作系统-存储管理操作系统存储管理在我们日常使用计算机或其他电子设备时，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个大管家，默默地管理着设备的各种资源，让我们能够顺畅地运行各种程序和完成各种任务。
而在操作系统所管理的众多资源中，存储管理是一个非常关键的部分。
想象一下，您的计算机就像是一个大仓库，里面存放着各种各样的数据和程序。
而存储管理，就是负责安排这些货物在仓库中的存放位置，确保它们能够被快速找到和使用，同时也要避免仓库变得混乱不堪。
存储管理的首要任务是内存管理。
内存是计算机用于暂时存储正在运行的程序和数据的地方，它的速度非常快，但容量相对有限。
操作系统需要合理地分配内存，以满足多个程序同时运行的需求。
当我们打开一个程序时，操作系统会为其分配一定的内存空间。
如果内存空间足够，这一切都很顺利。
但如果内存不足，操作系统就需要采取一些策略来解决这个问题。
一种常见的策略是“交换”，也就是将暂时不使用的程序和数据从内存转移到硬盘等外部存储设备上，为当前需要运行的程序腾出空间。
当被交换出去的程序再次需要运行时，再将其从外部存储设备重新加载回内存。
为了更高效地管理内存，操作系统采用了不同的内存分配方式。
其中一种是连续分配，就像是在仓库中划出一整块连续的区域来存放货物。
这种方式简单直观，但容易产生内存碎片，也就是内存中一些无法被有效利用的小空闲区域。
另一种分配方式是分页管理。
它将内存划分为固定大小的页，程序和数据也按照页的大小进行划分和存储。
这样可以有效地避免内存碎片的问题，提高内存的利用率。
还有一种是分段管理，它根据程序的逻辑结构将其划分为不同的段，如代码段、数据段等。
分段管理更符合程序员的思维方式，方便程序的编写和调试。
除了内存管理，外存管理也是存储管理的重要组成部分。
外存，如硬盘、U盘等，具有较大的容量，可以长期保存数据。
文件系统是外存管理的核心。
它负责组织和管理外存上的文件和目录，让用户能够方便地存储、检索和访问文件。
存储管理的基本原理
存储管理的基本原理存储管理是计算机操作系统中的一个重要模块，其主要目的是管理系统中的物理存储器，并为各个进程提供存储区块。
存储管理的基本原理包括虚拟存储器、存储分配、内存保护和内存回收。
一、虚拟存储器虚拟存储器是一个重要的存储管理原理，其主要原因是由于物理存储器数量和进程数量之间的不匹配。
虚拟存储器通过将进程所需的存储器映射到物理存储器的一个子集上，并允许进程访问整个存储器空间，从而提高了存储器的使用效果。
虚拟存储器主要分为页面式存储管理和段式存储管理两种。
1. 页面式存储管理页面式存储管理将进程的地址空间分为小的页面，并将页面映射到物理存储器上的页面帧之一。
当进程访问一个页面时，页面将被加载到一个物理页面帧中。
如果物理页面帧已经被分配给了其他页面，则需要将该页面换出到磁盘上，以便为新页面腾出空间。
页面式存储管理具有调度机制和置换机制，能够管理大量的进程，提高了系统利用率。
段式存储管理将进程的地址空间分为不同的段，并将每个段映射到不同的物理页面帧。
段式存储管理允许进程可以动态地增加或减少其地址空间中的某一段，从而更加有效地利用存储器。
二、存储分配存储分配是指操作系统在物理存储器中为进程分配存储空间的过程。
操作系统需要记录空闲的存储器空间以供后续进程的分配。
存储分配策略可以是连续存储分配或非连续存储分配。
1. 连续存储分配连续存储分配将存储器划分为一定数量的固定大小的分区，每个分区大小相等。
当一个进程需要分配存储器时，它需要请求一块连续的空间。
系统将分配一个大小合适的内存块，并为进程保留位置。
连续存储分配有很多的缺点，如对内存的浪费、对空闲块大小的限制以及导致外部碎片等。
非连续存储分配将多个进程的存储器不连续地分配到物理存储器上，从而提高了存储器使用效率。
这通常实现为虚拟存储器。
非连续存储分配可以采用段式存储分配，即将进程的地址空间分割成若干大小不同的段，并将这些段分配到物理存储器的不同区域。
三、内存保护内存保护是指操作系统通过机制来保护不属于一个进程的存储器空间。
操作系统原理-存储管理
一种内存管理技术，通过为每个页面或块维护一个引用计数器，记录当前有多少进程引用了该页面或 块。当引用计数为0时，表示该页面或块可以被回收。
04
文件系统
文件系统的概念和功能
文件系统概念
文件系统是操作系统中用于实现文件 存储和管理的软件和硬件的集合，它 提供了对文件和目录的创建、访问、 删除等操作的管理。
内存分段技术
段的划分
根据程序逻辑或功能将内存划分为多个段。
段的保护
为确保程序安全运行，设置段访问权限，如只读、读写、执行等。
段的共享
多个进程可以共享同一个段，实现代码重用和数据共享。
虚拟内存技术
虚拟地址空间
每个进程拥有独立的虚拟地址空间，与物理内存地址分离。
页面映射机制
通过页面映射表将虚拟地址映射到物理内存地址。
内存保护
内存保护
为了防止进程之间的相互干扰和破坏， 操作系统需要对内存空间进行保护。通 过设置不同的访问权限，如只读、读写 和执行等，来限制不同进程对内存的访 问。
VS
段式保护
将内存划分为多个段，每个段有独立的访 问权限。通过段表和段限长寄存器来实现 段式保护。
内存共享与引用计数
内存共享
多个进程可以共享某些内存区域，以实现资源共享和信息传递。常见的内存共享方式有共享库和共享 数据结构等。
01
存储管理的目标包括提高存储器的利用率、保证数据安全 性和提供方便的存储器分配。
02
存储管理的主要功能包括内存分配、内存回收、内存保护 和内存扩充。
03
内存分配是指根据程序的需求为其分配所需的内存空间， 确保程序能够正常运行。
04
内存回收是指当程序不再需要内存时，操作系统会回收这 些内存空间，以便重新分配给其他程序。
存储管理的基本原理
存储管理的基本原理存储管理是计算机系统中的重要组成部分，负责管理计算机内存的分配、回收、保护和共享，以实现合理利用和高效运行计算机系统。
本文将介绍存储管理的基本原理，包括内存管理方式、内存分配算法、内存回收和保护机制，以及内存共享和虚拟存储等概念。
首先，我们来讨论存储管理的基本方式。
根据存储器的物理结构和使用方式，常见的存储管理方式包括单道批处理、多道批处理和分时操作系统。
单道批处理是指一次只能执行一道作业，作业在内存中连续存储并占据整个内存空间。
多道批处理则是在内存中同时存放多个作业，利用分区技术划分内存空间，并通过作业调度算法动态地选择和分配内存。
分时操作系统则是将内存划分为若干个时间片，每个时间片内运行一个作业，从而实现多个用户同时使用计算机资源。
其次，内存分配算法是存储管理中的核心问题。
常见的内存分配算法包括首次适应算法、最佳适应算法和最差适应算法。
首次适应算法是从内存起始位置开始，找到第一个满足大小需求的空闲分区。
最佳适应算法是选择最小且大于大小需求的空闲分区。
最差适应算法则是选择最大的空闲分区来满足需求。
这些算法各有优缺点，选择合适的算法取决于不同的应用场景和性能要求。
内存回收机制是内存管理中的重要部分，用于回收不再使用的内存空间。
常见的内存回收机制包括手动回收、引用计数和垃圾回收等。
手动回收是由程序员显式地进行内存释放，但容易引发内存泄漏和访问未分配内存的错误。
引用计数是通过将内存对象与计数器关联，统计对象的引用次数，并在引用次数减少到零时立即回收内存。
垃圾回收则是通过垃圾回收器自动追踪和识别不再使用的内存对象，并进行回收。
内存保护机制是为了保护不同作业或程序之间的内存空间，防止相互干扰和越界访问。
常见的内存保护机制包括地址重定位、边界寄存器和段式存储等。
地址重定位是将逻辑地址转换为物理地址的过程，通过使用基地址寄存器和界限寄存器来实现。
边界寄存器则用于存储程序的界限地址，以限制程序的访问范围。
简述存储管理的功能
简述存储管理的功能
存储管理是现代计算机系统中一项重要的技术。
它提供了一个缓冲区，用于保存和检索有价值的信息。
应用程序可以将所有信息都存储在缓存中，并在需要的时候可以轻松访问。
存储管理的最终目的是提供一个协议或介质，以便进程、用户和计算机之间交换数据。
存储管理的主要功能是提供一个有效的存储系统，以确保存储消耗最少而系统可以高效地操作。
其目标是提供一个公平、经济、可靠的存储服务，它也被称为“虚拟处理”或“虚拟存储”。
存储管理的任务是实现和管理一个统一的缓存通道，允许用户通过同一接口将数据存储在任意设备中。
它还要处理访问数据的权限管理、对数据的加密和压缩等。
存储管理还负责存储调度和管理。
存储调度负责在某一时刻将每一个数据单元都存储在最合适的位置上，以便有效地管理存储空间，增加存储效率。
存储管理还负责分析数据的大小、类型和特性，并根据需要建立高效的存储结构，以获得最佳的性能和可用性。
此外，存储管理还提供灾难恢复服务。
这一功能可以将计算机系统中的数据备份到另一个设备上，并在发生灾难时快速恢复损坏的数据。
存储管理还负责安全识别、安全储存以及安全传输，以避免机密数据被非法访问或修改。
存储管理是现代计算机系统中不可缺少的一项技术，它为用户提供了安全、可靠、高效的存储服务。
它能够有效地使用存储设备，同时维护数据安全。
因此，存储管理可以说是支撑数字文化的基础技术。
存储管理的基本原理
存储管理的基本原理存储管理是计算机系统中的一个重要子系统，它负责管理计算机的内存资源，并为进程提供必要的内存空间和访问权限。
存储管理的目标是提供高效的内存分配、保护和调度策略，以满足多个进程同时运行的需求，并确保系统的稳定性和可靠性。
下面将介绍存储管理的基本原理。
1.内存的分配和回收内存的分配是指进程申请内存资源的过程。
在计算机系统中，内存被分为不同的分区，如操作系统区、用户区等。
当进程需要内存空间时，存储管理会为其分配一块合适的内存区域。
常见的内存分配算法有首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
首次适应算法是从低地址开始查找空闲的内存分区，找到第一个满足要求的即可。
最佳适应算法则是在所有空闲区中找到最合适的分区。
最坏适应算法是找到最大的空闲区。
内存回收是指释放被进程占用的内存空间，将其标记为空闲状态，以便再次被分配给其他进程使用。
2.内存保护内存保护是指对内存资源进行保护，防止进程非法访问或修改其他进程的数据。
计算机系统通过在每个进程的内存地址空间中分配不同的访问权限位，如读、写、执行等权限。
同时也会为操作系统分配专用的内存区域，以保护操作系统的关键数据和代码。
此外，存储管理还负责分配和维护页表，将虚拟地址映射到物理地址，通过页表进行地址转换和权限检查。
3.内存调度和置换当计算机内存资源有限时，存储管理需要根据一定的策略来选择进程的执行顺序，以最大程度地利用内存资源。
内存调度可以根据进程的优先级、内存使用情况等因素来确定进程的执行顺序。
内存置换是指当内存中没有空闲区域时，存储管理需要将一部分内存中的数据和指令置换到磁盘上，以腾出空间给新的进程使用。
常用的内存置换算法有最佳置换算法、先进先出算法和最近使用算法等。
4.虚拟内存管理虚拟内存是指计算机系统为每个进程提供的虚拟的地址空间，它将物理内存和磁盘空间结合起来，形成一个逻辑上连续的地址空间。
虚拟内存管理允许进程访问超过物理内存大小的数据，并将一部分数据存储在磁盘上，只有在需要时才调入内存。
存储管理功能
存储管理功能存储管理是计算机系统重要的功能之一，它负责管理计算机系统中的各种存储设备，包括内存、硬盘、光盘等，以及对数据的读写、分配和回收等操作。
下面将介绍一些常见的存储管理功能。
首先，内存管理是存储管理的重要部分。
计算机系统中的内存是用于存放程序和数据的地方，它被分为多个固定大小的区域，每个区域称为一个内存块。
内存管理功能负责分配和回收内存块，以满足程序的运行需求。
它通过内存分配算法来确定哪些内存块可以分配给程序使用，哪些内存块已被占用，需要回收。
内存管理还可以进行内存的合并、分割和调整等操作，以提高内存利用效率。
其次，磁盘管理也是存储管理的重要部分。
磁盘是计算机系统中的非易失性存储设备，用于长期存储程序和数据。
磁盘管理功能负责分配和回收磁盘空间，以及管理文件和目录等信息。
它通过文件系统来组织和管理磁盘上的数据，包括文件的存储位置、大小和权限等信息。
磁盘管理还可以进行磁盘的格式化、分区和磁盘碎片整理等操作，以提高磁盘的性能和可靠性。
另外，存储管理还包括缓存管理和页面交换等功能。
缓存是计算机系统中的一种特殊的存储设备，用于加快数据的读写速度。
缓存管理功能负责决定哪些数据应该缓存到内存中，以及何时将数据从缓存中写回磁盘。
页面交换是一种虚拟内存管理技术，它通过将部分内存中的数据保存到磁盘上，以便为其他应用程序腾出内存空间。
页面交换功能根据需要把页面从磁盘读取到内存中，或者将页面从内存写回磁盘。
最后，存储管理还需要进行错误检测和修复等操作。
存储设备可能会出现各种故障，例如硬盘错误、内存错误等。
存储管理功能负责监测存储设备的状态，并进行错误检测和修复。
它可以通过备份和恢复来保护数据的安全性，以及通过纠错码等技术来修复数据的错误。
综上所述，存储管理功能是计算机系统中重要的功能之一。
它包括内存管理、磁盘管理、缓存管理、页面交换和错误检测修复等功能，以提高存储设备的利用效率和可靠性。
存储管理功能的优化对于提高计算机系统的性能和可用性具有重要意义。
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algorithms; lower-priority process is swapped out so higher-priority process can be loaded and executed.
Operating System Concepts
9.9
Ridge Xu
Overlays
Keep in memory only those instructions and data that are
needed at any given time.
Needed when process is larger than amount of memory
Chapter 9: Memory Management
Background Swapping
Contiguous Allocation
Paging Segmentation
Segmentation with Paging
Operating System Concepts
9.1
Logical and physical addresses are the same in compile-time
and load-time address-binding schemes; logical (virtual) and physical addresses differ in execution-time address-binding scheme.
Linux, and Windows.
Operating System Concepts 9.12 Ridge Xu
Schematic View of Swapping
Operating System Concepts
9.13
Ridge Xu
Contiguous Allocation
Main memory usually into two partitions: Resident operating system, usually held in low memory with
interrupt vector. User processes then held in high memory.
Single-partition allocation Relocation-register scheme used to protect user processes
from each other, and from changing operating-system code and data. Relocation register contains value of smallest physical address; limit register contains range of logical addresses – each logical address must be less than the limit register.
Operating System Concepts
9.6
Ridge Xu
Dynamic relocation using a relocation register
Operating System Concepts
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9.7
Ridge Xu
Dynamic Loading
Routine is not loaded until it is called Better memory-space utilization; unused routine is never
Multiple-partition allocation Hole – block of available memory; holes of various size are
scattered throughout memory. When a process arrives, it is allocated memory from a hole large enough to accommodate it. Operating system maintains information about: a) allocated partitions b) free partitions (hole)
Operating System Concepts
9.8
Ridge Xu
Dynamic Linking
Linking postponed until execution time. Small piece of code, stub, used to locate the appropriate
Major part of swap time is transfer time; total transfer time is directly
proportional to the amount of memory swapped.
Modified versions of swapping are found on many systems, i.e., UNIX,
Operating System Concepts
9.5
Ridge Xu
Memory-Management Unit (MMU)
Hardware device that maps virtual to physical address. In MMU scheme, the value in the relocation register is added to
allocated to it.
Implemented by user, no special support needed from
operating system, programming design of overlay structure is complex
Operating System Concepts
9.10
Ridge Xu
Overlays for a Two-Pass Assembler
Operating System Concepts
9.11
Ridge Xu
Swapping
A process can be swapped temporarily out of memory to a backing store,
waiting to be brought into memory to run the program.
User programs go through several steps before being run.
Operating System Concepts
9.2
Ridge Xu
Binding of Instructions and Data to Memory
loaded. Useful when large amounts of code are needed to handle infrequently occurring cases. No special support from the operating system is required implemented through program design.
every address generated by a user process at the time it is sent to memory.
The user program deals with logical addresses; it never sees
the real physical addresses.
OS process 5 OS process 5 OS process 5 OS process 5
Operating System Concepts
9.14
Ridge Xu
Hardware Support for Relocation and Limit Registers
Operating System Concepts
9.15
Ridge Xu
Contiguous Allocation (Cont.)
Address binding of instructions and data to memory addresses can happen at three different stages.
Compile time: If memory location known a
priori, absolute code can be generated; must recompile code if starting location changes. Load time: Must generate relocatable code if memory location is not known at compile time. Execution time: Binding delayed until run time if the process can be moved during its execution from one memory segment to another. Need hardware support for address maps (e.g., base and limit registers).
and then brought back into memory for continued execution.