106275-操作系统(第5版)-CH4-4.1存储器工作原理4.2连续存储管理
106250-操作系统(第5版)-3-《操作系统教程》(5版)教学计划说明全
可编辑修改精选全文完整版<<操作系统教程>>(第5版)教学计划说明各学校和学院在教学计划、教学要求、课程设置、学时安排、教学大纲,乃至学生程度等方面存在种种差异,采用本教材授课时,应酌情对内容进行取舍。
课时充分时,可考虑讲授全部内容,否则,突出基本内容,简化实例,重点讲述原理。
(1)共安排54学时(每周3学时×(18)周)讲课,期中和期末测验另行安排时间。
(2)许多院校每学期讲课时间少于18周或有更多学时,则有些章节可以适当减少或增加学时,有些内容可精简不讲或略讲。
同时可以安排课堂讨论,采用分组研讨,课堂汇报,集体评论的形式。
“讨论题”可在电子资料中找到。
(3)采用ppt配合讲课,每次讲授的信息量较大,讲课速度可以提高,ppt讲稿可供学生下载,便于课后复习。
(4)第8章可略去部分或全部,以压缩课时,或者作为一次学术讲座。
(5)操作系统是一门实践性、应用性很强的课程,如果仅仅学习理论知识是很难达到理想教学效果的,必须配合上机实验,既可以单独开课,也可作为课程的一部份。
南京大学在原理教学部分--设计了“模拟类实验”配合原理教学同步进行,可参考本书网站。
实验教学部分—包含了“内核类和应用类实验”,请参考由高教育出版社出版的配套教材<<Linux操作系统实验教程>>。
(6)考试范围重点放在基本概念、基本原理和基本技术方面,实例及涉及具体操作系统细节的内容可以不作为考试范围和要求的重点。
(7)学生成绩考核采取综合评定方式,由以下部分组成:作业10-15%、上机实习20%、课程测验10-15%、期终考试60-50%。
各校可根据具体情况调整比例(实验课也可单独开设,另计学分)。
(8)由于习题较多,思考题由学生自行选做,作业仅布置应用题,每学期拟做50题左右。
注意“应用题参考答案”及“考研真题和参考答案”仅供给选择本教材院校的老师参考,不直接提供给学生使用,每学期均有多所院校学生来函索求答案,我们都会婉言拒绝。
操作系统基础clz第五版课件
目录
CONTENTS
• 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 安全与保护
01 操作系统概述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统是计算机系统的核心软件,负责管理计算机硬件和 应用程序,提供计算机系统的稳定、高效运行环境。
详细描述
操作系统是一种系统软件,负责管理计算机硬件和应用程序, 提供计算机系统的稳定、高效运行环境。它负责分配和回收 硬件资源,管理计算机系统的数据和文件,提供用户界面和 系统服务等功能。
控制设备
控制设备的启动、执行和结束,确保 设备按照正确的顺序和方式工作。
设备管理的功能与任务
• 维护设备:记录设备的状态和使用情况,进行必要的维护 和修理,保证设备的正常运行。
设备管理的功能与任务
实现设备的独立性
通过抽象和接口,使应用程序与设备无关,简化 设备的使用和管理。
提高设备的利用率
合理地调度设备和处理设备请求,减少设备的空 闲时间,提高设备的利用率。
要点一
访问控制机制
操作系统中的访问控制机制用于确定哪些用户或程序可以 访问哪些资源,以及他们可以执行哪些操作。
要点二
控制策略
常见的访问控制策略包括基于角色的访问控制(RBAC)、 基于属性的访问控制(ABAC)和强制访问控制(MAC)。
操作系统的加密与解密技术
加密与解密技术
加密和解密技术用于保护数据的机密性和完整性,防止 未经授权的访问和篡改。
文件保 护
文件保护是指通过权限控制和加密等方式保护文件的安全,防止未 经授权的访问和修改。
访问控制机制
访问控制机制是实现文件共享和保护的重要手段,它通过控制用户或 进程对文件的访问权限来保护文件的安全和完整性。
(完整)《操作系统精髓与设计原理·第五版》练习题及答案(DOC)
第1章计算机系统概述1。
1、图1.3中的理想机器还有两条I/O指令:0011 = 从I/O中载入AC0111 = 把AC保存到I/O中在这种情况下,12位地址标识一个特殊的外部设备。
请给出以下程序的执行过程(按照图1.4的格式):1.从设备5中载入AC。
2.加上存储器单元940的内容.3.把AC保存到设备6中。
假设从设备5中取到的下一个值为3940单元中的值为2。
答案:存储器(16进制内容):300:3005;301:5940;302:7006步骤1:3005-〉IR;步骤2:3->AC步骤3:5940-〉IR;步骤4:3+2=5-〉AC步骤5:7006-〉IR:步骤6:AC-〉设备 61。
2、本章中用6步来描述图1。
4中的程序执行情况,请使用MAR和MBR扩充这个描述。
答案:1。
a。
PC中包含第一条指令的地址300,该指令的内容被送入MAR中。
b。
地址为300的指令的内容(值为十六进制数1940)被送入MBR,并且PC增1。
这两个步骤是并行完成的。
c。
MBR中的值被送入指令寄存器IR中。
2。
a。
指令寄存器IR中的地址部分(940)被送入MAR中。
b. 地址940中的值被送入MBR中。
c。
MBR中的值被送入AC中。
3. a. PC中的值(301)被送入MAR中.b. 地址为301的指令的内容(值为十六进制数5941)被送入MBR,并且PC增1。
c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。
4. a。
指令寄存器IR中的地址部分(941)被送入MAR中。
b. 地址941中的值被送入MBR中。
c。
AC中以前的内容和地址为941的存储单元中的内容相加,结果保存到AC中。
5. a。
PC中的值(302)被送入MAR中。
b. 地址为302的指令的内容(值为十六进制数2941)被送入MBR,并且PC增1。
c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。
6。
a。
指令寄存器IR中的地址部分(941)被送入MAR中。
操作系统基础第五版课件
设备的驱动程序与I/O控制方式
设备驱动程序
设备驱动程序是操作系统中用于控制设备的 软件程序,它负责与设备进行通信和控制。 不同的设备需要不同的驱动程序,以确保设 备的正常运行。
I/O控制方式
I/O控制方式是指操作系统对输入/输出设备 的控制方式。常见的I/O控制方式包括程序
直接控制方式、中断控制方式、DMA( Direct Memory Access)控制方式和通道
可变分区
根据进程大小动态划分内存分区,充 分利用内存空间。
内存的页式管理
分页存储
将内存划分为固定大小的页,每个页可以存放在物理内存的不同位置或磁盘上。
页面置换算法
当需要更多内存空间时,选择一个或多个物理页进行置换,常用的算法有先进 先出、最近最少使用等。
内存的段式管理
分段存储
将内存划分为不同大小的段,每个段对应一个进程的一个部分。
操作系统的基本特征
要点一
总结词
操作系统的基本特征包括并发性、共享性、虚拟性和不确 定性。
要点二
详细描述
并发性是指操作系统能够同时处理多个任务或事件,提高 计算机系统的效率。共享性是指操作系统能够实现硬件和 软件资源的共享,提高资源利用率。虚拟性是指通过技术 手段将物理实体转化为逻辑上的表示,方便用户使用和管 理。不确定性则是指操作系统在处理并发任务时可能出现 的不可预知的情况,需要采取相应的措施来处理。
VS
检索算法
为了快速检索文件,文件系统提供了多种 检索算法,如线性查找、二分查找和哈希 查找等。
文件的保护与共享
访问控制
文件系统通过访问控制机制来保护文件的安全,限制不同用户对文件的访问权限。
共享机制
为了实现文件的共享,文件系统提供了链接和共享文件夹等机制,使得多个用户可以同时访问和使用同一份文件。
操作系统第5章(第四版)资料PPT课件
5.1 虚拟存储器概述 5.2 请求分页存储管理方式 5.3 页面置换算法 5.4 请求分段存储管理方式
5.1 虚拟存储器概述
常规存储管理方式的共同点:
要求一个作业全部装入内存后方能运行。
问题:
(1) 有的作业很大,所需内存空间大于内存总容量,使作业无法 运行。 (2) 有大量作业要求运行,但内存容量不足以容纳下所有作业, 只能让一部分先运行,其它在外存等待。
将该页写回外存
OS命令CPU从外存读缺页
启动I/O硬件 将一页从外存换入内存
修改页表
软件
N
硬件
页号>=页表长度? Y 越界中断 N
CPU检索快表
页表项在快表中? Y N
访问页表
页在内存?
Y
修改快表
修改访问位和修改位
形成物理地址
地址变换结束
地址变换例题
❖ 某虚拟存储器的用户空间共有32个页面,每页1KB,主存16KB。假定 某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分别分配的物理块号为5、10、4、7, 试将虚拟地址0A5C和093C变换为物理地址。 解:虚拟地址为:页号(25=32)5位 页内位移(210=1024)10位
换出时需重写至外存。供置换页面时参考。
(4)外存地址:指出该页在外存上的地址。
一、请求分页中的硬件支持
2、缺页中断机构
在请求分页系统中,当访问的页不在内存, 便产生一缺页中断,请求OS将所缺页调入内存 空闲块,若无空闲块,则需置换某一页,同时修 改相应页表表目。
缺页中断与一般中断的区别:
(1)在指令执行期间产生和处理中断信 号。缺页中断要立即处理。
指程序在执行时呈现出局部性规律,即在一较短时间内,程序的执行仅限
操作系统教程第5版部分习题标准答案
第一章:一、3、10、15、23、27、353.什么是操作系统?操作系统在计算机系统中的主要作用是什么?操作系统是管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务,并合理组织计算机工作流程和为用户有效地使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件.主要作用(1)服务用户—操作系统作为用户接口和公共服务程序(2)进程交互—操作系统作为进程执行的控制者和协调者(3)系统实现—操作系统作为扩展机或虚拟机(4)资源管理—操作系统作为资源的管理者和控制者10.试述系统调用与函数(过程)调用之间的区别。
(1)调用形式和实现方式不同;(2)被调用的代码位置不同;(3)提供方式不同15.什么是多道程序设计?多道程序设计有什么特点?多道程序设计是指允许多个作业(程序)同时进入计算机系统内存并执行交替计算的方法。
从宏观上看是并行的,从微观上看是串行的。
(1)可以提高CPU、内存和设备的利用率;(2)可以提高系统的吞吐率,使单位时间内完成的作业数目增加;(3)可以充分发挥系统的并行性,使设备和设备之间,设备和CPU之间均可并行工作。
23.现代操作系统具有哪些基本功能?请简单叙述之。
(1)处理器管理;(2)存储管理;(3)设备管理;(4)文件管理;(5)联网与通信管理。
27.什么是操作系统的内核?内核是一组程序模块,作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作,通常驻留在内核空间,运行于内核态,具有直接访问计算机系统硬件设备和所有内存空间的权限,是仅有的能够执行特权指令的程序。
35.简述操作系统资源管理的资源复用技术。
系统中相应地有多个进程竞争使用资源,由于计算机系统的物理资源是宝贵和稀有的,操作系统让众多进程共享物理资源,这种共享称为资源复用。
(1)时分复用共享资源从时间上分割成更小的单位供进程使用;(2)空分复用共享资源从空间上分割成更小的单位供进程使用。
.二、2、52、答:画出两道程序并发执行图如下:(1)(见图中有色部分)。
计算机操作系统完整(第四版)第四五章ppt课件
一起,形成装入模块。子2
子2
装入:子装2 入程序
装入模块
由目装标模入块程序(Loader)将装入模块复制到内
存中。
内存
.
7
2、地址空间的概念
物理(绝对)地址——程序执00行00000001
00002
每00个0 内主 存单元的固定顺序地址. (编号)。 内50存0 :由字或字000节0 组主 成的一维.. 线性地址空间
.
19
• 4.3.5基于索引搜索的动态分区分配算法
1、快速适应算法:空闲分区按容量大小进行分 类。对于每一类具有相同容量的所有空闲空间分 区,单独设立一个空闲分区链表。在内存中设立 一张管理索引表,每个表项对应一种空闲分区类 型。
优点:查找效率高。保留大分区也不会产生碎片
缺点:分区归还主存时算法复杂。
进行紧凑
按动态分区方式
时提高形成了连续系空闲统区 效率。
进行分配
缺点:需要动态重定位“硬件”机构支持,增加
修改有关的
修改有关的
返回分区号
了系统数成据结本构,并轻度降低了数据程结构序执行速度,及首“批 紧
凑”处理增加了系统开销。
无法分配
返回
动态重定位分区分配算法流程
.
29
4.4、对换(Swapping)
成的,以后不再改变。
5000
15000
动态重定位:地址变换是在程序指令执行
作时业进地址行空的间 。
内存空间
.
9
0 0
BR:重定位寄存器 VR: 变址寄存器
.
10
4、程序的链接
链 接把:一0个程C模a序块ll BA相; 关的一组目标模块和0 系JS统模R块”调LA”;用模块
存储器工作原理
存储器工作原理
存储器是计算机中用于存储和读取数据的设备。
它是计算机内部的一个重要组成部分,其工作原理可以分为存储和检索两个过程。
在存储数据的过程中,存储器将数据按照一定的格式和顺序存放在不同的存储单元中,如字节、字等。
每个存储单元都有一个唯一的地址,通过地址可以找到对应的存储单元。
数据在存储器中的位置由计算机的操作系统进行管理。
当计算机需要从存储器中读取数据时,它会根据指定的地址来找到对应的存储单元,并将存储单元中的数据读取出来。
读取的过程类似于找到书架上特定位置的一本书并将其取下。
存储器的工作原理可以分为随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两种类型。
RAM是一种易失性存储器,也就是说,当计算机断电时,其中存储的数据会丢失。
RAM可以随机访问,即可以根据指定的地址直接读取或写入数据。
RAM通常被用作临时存储器,用于存放正在运行的程序、临时数据和用户输入等。
ROM是一种非易失性存储器,其中的数据不会因为计算机断电而丢失。
ROM中的数据通常是由厂商预先写入的,用户无法进行修改。
ROM常用于存储计算机的固件和操作系统等关键信息。
总的来说,存储器通过存储和检索数据的过程来实现数据的长期保存和快速读取。
它在计算机系统中扮演着重要的角色,对于计算机的运行和数据处理起着至关重要的作用。
操作系统-ch4
2. 重定位(Relocation)
重定位可分两种:静态重定位和动态重定位。
4
(1) 静态地址重定位 在装入一个程序时,把程序中的指令地址全部 转换为绝对地址,地址转换工作是在程序执行前集 中一次完成的,在程序执行过程中就无须再进行地 址转换工作。 (2) 动态地址重定位 动态地址重地位是在程序执行过程中,在CPU 执行每条指令时,将要访问的程序或数据地址转换 成内存地址。动态重定位依靠硬件地址变换机构完 成。 举例说明
最佳适 应算法
每次分配时,总是将能满足要求的最小分区分配 给请求者。将空闲分区按其容量从小到大顺序排 列——加快查找。
最坏适应算法
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例题
在可变分区存储管理下,按地址排列的内存空闲区为: 100KB、500KB、200KB、300KB和600KB。现有若干用 户程序,其所需内存依次分别为 212KB 、 417KB 、 112KB 和426KB,分别用首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应 算法,将它们装入到内存的哪些空闲分区?哪个算法能最有 效利用内存? 解:采用首次适应算法 程序 空闲区 新空闲区 类似的分析可知, 最坏适应算法也 500KB 212KB 288KB 不能将426KB的程 600KB 417KB 183KB 序装入内存,而 112KB 288KB 176KB 最佳适应算法可 将程序全部装入 426KB,无法装入内存 内存。
2
4.1.1 存储分配(管理)方式
固定分区分配
分区管理方式
动态分区分配 可重定位分区分配
连续分配方式
分页(页式)存储管理方式 分段(段式)存储管理方式
段页式存储管理方式
虚拟存储器
请求分页存储管理方式 请求分段存储管理方式
3
(完整版)操作系统教程第5版课后答案解析.docx
WORD 格式可编辑操作系统教程第 5 版课后答案费祥林、骆斌编著第一章操作系统概论习题一一、思考题1.简述现代计算机系统的组成及层次结构。
答:现代计算机系统由硬件和软件两个部分组成。
是硬件和软件相互交织形成的集合体,构成一个解决计算问题的工具。
硬件层提供基本可计算的资源,包括处理器、寄存器、内存、外存及 I/O 设备。
软件层由包括系统软件、支撑软件和应用软件。
其中系统软件是最靠近硬件的。
2、计算机系统的资源可分成哪几类?试举例说明。
答:包括两大类,硬件资源和信息资源。
硬件资源分为处理器、I/O设备、存储器等;信息资源分为程序和数据等。
3.什么是操作系统?操作系统在计算机系统中的主要作用是什么?答:操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地对各类作业进行调度,以及方便用户使用的程序的集合。
操作系统在计算机系统中主要起 4 个方面的作用。
(1)服务用户观点——操作系统提供用户接口和公共服务程序(2)进程交互观点——操作系统是进程执行的控制者和协调者(3)系统实现观点——操作系统作为扩展机或虚拟机(4)资源管理观点——操作系统作为资源的管理者和控制者4.操作系统如何实现计算与操作过程的自动化?答:大致可以把操作系统分为以下几类:批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。
其中批处理操作系统能按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行,实现计算机操作的自动化。
又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。
单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行,多个作业可自动、顺序地被装入运行。
批处理多道系统则允许多个作业同时装入主存储器,中央处理器轮流地执行各个作业,各个作业可以同时使用各自所需的外围设备,这样可以充分利用计算机系统的资源,缩短作业时间,提高系统的吞吐率5.操作系统要为用户提供哪些基本的和共性的服务?答:( 1)创建程序和执行程序;(2)数据 I/O 和信息存取;(3)通信服务;(4)差错检测和处理。
CH 04 存储管理 操作系统.ppt
段号 0 (code) 1 (data) 2 (shared) 3 (stack)
基址 0x4000 0x4800 0xF000 0x0000
限长 0x0800 0x1400 0x1000 0x3000
程序执行流程 (PC=0x240):
得到下一条指令的逻辑地址=0x240,段号:0,位移:0x240
Base0 Limit0 V Base1 Limit1 V Base2 Limit2 V Base3 Limit3 N Base4 Limit4 V Base5 Limit5 N Base6 Limit6 N Base7 Limit7 V
> 越界
+
物理地址
每个程序段都有一个段号,段号从0开始,每一段也从0开始 编址,段内地址是连续的,逻辑地址包括段号和段内位移。
100 goto 200
200
a++
1100 goto 200
BR
+
1000
1200 a++
300
1300
ch4.7
存储保护
使在内存中的各道进程,只能访问它自己的区域, 避免进程内存空间重叠,特别是不能访问OS的内存 空间。
通常需要两个硬件支持(不需要转换地址):
基址寄存器(Base Register):存放装载的起始地址 限长寄存器(Limit Register):存放的最大逻辑地址
固定分区
0k
OS (8K)
8k
分区1 (8K)
16k 分区2 (16K)
32k 分区3 (16K)
48k 分区4 (16K)
64k 分区5 (32K)
96k 分区6 (32K)
操作系统原理(ch5)
下界寄存器:500 上界寄存器:1500 逻辑地址+装入内存的首地址= 物理地址
1、500+500 = 1000 500 ≤ 1000 ≤ 1500√ 2、345+500 = 845 500 ≤ 845 ≤ 1500√ 3、1200+500 = 1700 500 ≤ 1700 ≤ 1500×
会泽百家 至公天下
引入虚拟存储技术的好处
• 大程序:可在较小的可用内存中执行较大的 用户程序; • 大的用户空间:提供给用户可用的虚拟内存 空间通常大于物理内存(real memory) • 并发:可在内存中容纳更多程序并发执行; • 易于开发:不会影响编程时的程序结构
会泽百家 至公天下
5.1.1 虚拟存储器—概念
会泽百家 至公天下
5.1.5 内存信息的共享与保护
• 在多道程序设计的环境下,系统中有系统程序和 多个用户程序同时存在,并且可能共享程序和数 据,如何保证用户程序不破坏系统程序,用户程 序之间不相互干扰?这就是存储保护所要解决的 问题。 • 常用的存储保护有三种:
– 硬件法:上下界保护法。 – 软件法:保护键法。 – 软件与硬件结合:界限寄存器与CPU用户态或核心态 工作方式结合。
会泽百家 至公天下
5.1.1 虚拟存储器
• 如何将与物理内存结构不同,且大于 物理内存容量的用户程序装入运行?这 就是提出研究虚拟存储器的原因,或称 为虚拟存储技术发展的原动力。
会泽百家 至公天下
5.1.1 虚拟存储器
• 虚拟存储器的实现基础: 实验证明,在一个进程的执行过程中, 其大部分程序和数据并不经常被访问。 • 实现原理:把进程中那些不经常被访问 的程序段和数据放入外存中,待需要访 问它们时再将它们调入内存。
操作系统教程第5版第5章【存储管理】
缺点
大作业可能无法装入 主存空间利用率不高,会出现内碎片 扩充困难 限制多道运行程序的个数
19
可变分区存储管理
可变分区存储管理: (1)按作业的实际大小来划分分区; (2)且分区个数也是随机的;
实现多个作业对主存的共享,进一步提高 主存资源利用率。
16
固定分区
分区1 分区2
分区3 分区4
OS
缺点:
分区4老被占用,进程难以 进入,但分区2是空闲的, 资源没有合理利用
17
固定分区
分区1 分区2
分区3 分区4
OS
Hale Waihona Puke 资源利用率提高 分区1分区2
分区3 分区4
OS
18
固定分区的优缺点
优点
能够解决单道程序运行在并发环境下不能与CPU速度匹 配的问题
8
地址重定位
物理地址(绝对地址,实地址) 内存中存储单元的地址,可直接寻址
为了保证CPU执行指令时,可以正确访问内存单元, 需要将用户程序中的逻辑地址转换为运行时可由机器 直接寻址的物理地址,这一过程称为地址重定位
9
静态重定位与动态重定位
静态重定位: 当用户程序加载到内存时,一次性实现逻辑地址到物 理地址的转换 一般由软件完成 动态重定位: 在进程执行过程中进行地址变换,即逐条指令执行时 候完成地址转换 需要硬件支持
进程 地址 空间
物理 内存
内存不足时,怎么办? 如何在较小的内存空间运行较大进程?
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主存不足的存储管理技术
1.移动技术
操作系统 作业1 空闲区 作业2 空闲区 作业3 空闲区
操作系统 作业1 作业2 作业3 空闲区
教学课件:《操作系统》(第5版)费翔林
操作系统 (系统软件)
计算机硬件
计算机系统层次结构(2)
• 硬件层 • 操作系统层 • 支撑软件层 • 应用软件层
操作系统的主要目标
• 方便用户使用 • 扩大机器功能 • 管理系统资源 • 提高系统效率 • 构筑开放环境
操作系统与支撑及应用软件的区别
• 程序意图不同,各有不同任务,解 决不同问题;
用户:运行应用程序,使用逻辑地址
虚拟机界面 OS:虚存及其管理
物理机界面
虚拟地址 物理地址
硬件:主存+辅存
虚存抽象的效果是给用户 造成假象,感觉独占了一 个连续地址空间,编写应 用程序的长度不受物理内 存大小限制。虚存是通过 结合对内存和外存的管理 来实现的,把一个进程的 虚存中的内容存储在磁盘 上,用内存作为磁盘的高 速缓存,以此为用户提供 比物理内存空间大得多的 虚拟内存空间。
虚拟机界面
fork、wait、exec...
OS:进程及其管理 物理机界面 进程调度和切换
硬件:处理器
进程是对于进入内存的执 行程序在处理器上操作的 状态集的一个抽象。进程 抽象的效果是让用户感觉 到有自己独享的处理器, 从而,可为用户提供多任 务操作系统和分时操作系 统。
操作系统中三个基础抽象
虚 存(virtual memory) (虚存是内存的一种抽象)
1.1.4操作系统主要特性
第一个特性--并发性 第二个特性--共享性 第三个特性--异步性
第一个特性--并发性(1)
• 并发性--指两个或两个以上的事件 或活动在同一时间间隔内发生。
• 发挥并发性能够消除系统中部件和 部件之间的相互等待,有效地改善 系统资源的利用率,改进系统的吞 吐率,提高系统效率。
五大系统的工作原理
五大系统的工作原理
操作系统的工作原理:操作系统是计算机系统中最核心的软件之一,它负责管理和控制计算机的所有硬件和软件资源,以提供一个高效且友好的计算环境。
操作系统通过以下几个方面来实现其工作原理:
1. 进程管理:操作系统通过进程管理来控制和分配计算机的处理器资源。
它负责创建、调度、暂停和终止进程,并通过进程间的通信来协调它们的工作。
2. 内存管理:操作系统负责管理计算机的内存资源,包括分配和释放内存空间、虚拟内存管理、内存保护和内存回收等。
它通过内存管理机制来确保进程能够正常运行,防止进程之间相互干扰。
3. 文件系统:操作系统提供文件管理功能,通过文件系统来管理计算机中的文件和目录。
它负责创建、删除、读取和写入文件,以及文件的权限控制、磁盘空间管理和文件系统的数据结构维护等。
4. 用户界面:操作系统提供了与用户交互的界面,使用户能够方便地使用计算机系统。
常见的用户界面方式包括命令行界面和图形用户界面,操作系统通过用户界面来接收用户的操作指令,并将其转化为对应的计算机操作。
5. 设备管理:操作系统负责管理计算机的各种硬件设备,包括
输入输出设备、存储设备和通信设备等。
它通过设备管理来实现对硬件设备的控制和调度,使设备能够被多个进程共享并高效地使用。
通过以上五个方面的工作,操作系统能够有效地管理计算机资源,提高计算机系统的性能和可靠性,实现各种应用程序的运行和交互。
什么是存储器工作原理是什么
什么是存储器工作原理是什么存储器的简介存储器的主要功能是存储程序和各种数据,并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。
存储器是具有记忆功能的设备,它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。
这些器件也称为记忆元件。
在计算机中采用只有两个数码0和1的二进制来表示数据。
记忆元件的两种稳定状态分别表示为0和1。
日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。
计算机中处理的各种字符,例如英文字母、运算符号等,也要转换成二进制代码才能存储和操作。
存储器:存放程序和数据的器件存储位:存放一个二进制数位的存储单元,是存储器最小的存储单位,或称记忆单元存储字:一个数(n位二进制位)作为一个整体存入或取出时,称存储字存储单元:存放一个存储字的假设干个记忆单元组成一个存储单元存储体:大量存储单元的集合组成存储体字编址:对存储单元按字编址字节编址:对存储单元按字节编址寻址:由地址寻找数据,从对应地址的存储单元中访存数据。
以存储体(大量存储单元组成的阵列)为核心,加上必要的地址译码、读写控制电路,即为存储集成电路;再加上必要的I/O接口和一些额外的电路如存取策略管理,那么形成存储芯片,比方中常用的存储芯片。
得益于新的IC制造或芯片封装工艺,现在已经有能力把DRAM和FLASH存储单元集成在单芯片里。
存储芯片再与控制芯片(负责复杂的存取控制、存储管理、加密、与其他器件的配合等)及时钟、电源等必要的组件集成在电路板上构成整机,就是一个存储产品,如U盘。
从存储单元(晶体管阵列)到存储集成电路再到存储设备,都是为了实现信息的存储,区别是层次的不同。
存储器的构成存储器的工作原理这里只介绍动态存储器(DRAM)的工作原理。
动态存储器每片只有一条输入数据线,而地址引脚只有8条。
为了形成64K地址,必须在系统地址总线和芯片地址引线之间专门设计一个地址形成电路。
使系统地址总线信号能分时地加到8个地址的引脚上,借助芯片内部的行锁存器、列锁存器和译码电路选定芯片内的存储单元,锁存信号也靠着外部地址电路产生。
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越界中断
多对基址/限长寄存器
重定位寄存器1 限长寄存器1
进程A 私有空间
共享区
重定位寄存器2 限长寄存器2
进程A虚CPU
重定位寄存器1
限长寄存器1
进程B 私有空间
物理内存
重定位寄存器2
限长寄存器2
进程B虚CPU
多对重定位寄存器支持内存共享
4.2.3内存不足的存储管理技术
1.移动技术
操作系统 作业1 空闲区 作业2 空闲区 作业3 空闲区
• 链接需要解析内部和外部符号表,把对符号名字引 用转换为数值引用,要转换每个涉及名字地址的程 序入口点和数据引用点成为数值地址。
• 装入时根据指定的内存块首地址,再次修改和调整 被装载模块中的每个逻辑地址,将逻辑地址绑定到 物理地址。
编译、链接、装载(2)
• 链接程序(linker)的作用是根据目标模块之间的调 用和依赖关系,将主调模块、被调模块、以及所用到 的库函数装配和链接成一个完整的可装载执行模块。
4.1 存储器工作原理
4.1.1存储器层次 4.1.2地址转换与存储保护
4.1.1 存储器层次
寄存器 高速缓存 内存储器 磁盘缓存 固定磁盘 可移动存储介质
各级存储器性能
4.1.2 地址转换与存储保护(1)
程序的编译、链接、装载和执行
编译
源程序模块1
源程序模块2 …
源程序模块n
程序名字空间
链接
3. 覆盖技术
• 覆盖的作用 • 覆盖的实现技术 • 覆盖技术的不足
• (3)动态运行时装载。为提高内存利用率,装入内存的程 序可换出到磁盘上,适当时候再换入到内存中,对换前后 程序在内存中的位置可能不同,即允许进程的内存映像在 不同时候处于不同位置,此时模块内使用的地址必为相对 地址。
编译、链接、装载(4)
• 可执行程序逻辑地址转换 (绑定)为物理地 址的过程称地址重定位 、地址映射或地址转 换,基于上述程序装载方式,可区分三种地 址重定位。
可变分区 存储管理是按作业的实 际大小来划分分区,且分区个数 也是随机的,实现多个作业对内存 的共享,进一步提高内存资源利 用率。
可变分区方式内存分配示例
操作系统
操作系统
操作系统
4KB 作业1
4KB 作业1
4KB 作业1
10KB
空闲区
46KB 作业2
10KB 作业3 40KB 空闲区 46KB 作业2
操作系统教程(第5版)
第4章 存储管理
高等教育出版社
2014年1月
笫四章 存储管理
4.1 存储器工作原理 4.2 连续存储管理 4.3 分页存储管理 4.4 分段存储管理 4.5 虚拟存储管理 4.6存储管理方案和虚存页面替换算法小结 4.7 Linux虚拟存储管理
存储管理的功能
• 分配和去配: • 抽象和映射: • 隔离和共享: • 存储扩充:
• 进程访问分配给自己的内存区时,要对访问权 限进行检查,如允许读、写、执行等,从而确 保数据的安全性和完整性,防止有意或无意的 误操作而破坏内存信息,这就是信息存取保护。
4.2 连续存储空间管理
4.2.1 固定分区存储管理 4.2.2 可变分区存储管理 4.2.3 内存不足的存储管理技术
4.2.1 固定分区存储管理
操作系统 作业1 作业2 作业3 空闲区
操作系统 作业1 作业2 作业3 作业4
空闲区
有关移动问题讨论
• 移动条件 • 移动时机 • 移动算法
2. 对换技术(1)
• 对换的作用 • 对换进程选择 • UNIX对换器
对换技术(2)
• 为平衡系统负载,通过选择一个进程,把其暂时 移出到磁盘,腾出空间给其他进程使用,同时把 磁盘中的某个进程再换进内存,让其投入运行, 这种互换称对换。
目标代码1
目标代码2 …
目标代码n
可重定位目标代 码(装载代码)(外 存)
静态链接系统库
逻辑地址空间
装载
执行
静态重 定位
可执行二进代 码(内存)
动态重 定位
可执行二进代 码(内存)
动态链接系统库 物理地址空间
编译、链接、装载(1)
• 编译程序负责记录引用发生的位置,编译或汇编的 结果产生相应的多个目标代码模块,每个都附有供 引用使用的内部符号表和外部符号表。符号表中依 次给出每个符号名及在本目标代码模块中的名字地 址,在模块被链接时进行转换。
• 根据程序链接发生的时刻和链接方式,可分成三种: (1)静态链接 (2)动态链接 (3)运行时链接
编译、链接、装载(3)
• 装载程序(loader)把可执行程序装入内存方式有 三种:
• (1)绝对装载。装载模块中的指令地址始终与其内存中的地 址相同,即在模块中出现的所有地址都是内存绝对地址。
• (2)可重定位装载。根据内存当时使用情况,决定将装载 代码模块放入内存的物理位置。模块内使用的地址都是相 对地址。
• 把时间片耗尽或优先级较低的进程换出,因为短 时间内它们不会被投入运行;
• 数据区和堆栈是进程运行时创建和修改的,可通 过文件系统把这些可变信息作为特殊文件移出。
• 批处理系统中,当有进程要求动态扩充内存且得 不到满足时可触发对换;分时系统中,对换可与 调度结合在一起,每个时间片结束或执行I/O操作 时实施。
• 申请空闲区;
• 归还空闲区。
可变分区管理分配算法
1) 最先适应分配算法 2) 下次适应分配算法 3) 最优适应分配算法 4) 最坏适应分配算法 5) 快速适应分配算法
可变分区地址转换与存储保护
限长寄存器 基址寄存器
限长
基址
操作系统区
空闲限长
用户作业1 绝对地址 空闲分区2
• (1) 静态地址重定位 • (2) 动态地址重定位 • ( 3 ) 运行时链接地址重定位
存储保护
• 涉及:防止地址越界和控制正确存取。
• 各道程序只能访问自己的内存区而不能互相干 扰,必须对内存中的程序和数据进行保护,以 免受到其他程序有意或无意的破坏。可对进程 执行时所产生的所有内存访问地址进行检查, 确保进程仅访问它自己的内存区,这就是地址 越界保护,越界保护依赖于硬件设施,常用的 有:界地址和存储键。
• 固定分区存储管理的基本思想: • 固定分区存储管理的数据结构: • 作业进入固定分区排队策略:
固定分区存储管理地址转换和
存储保护
操作系统区
下限寄存器
B
用户分区1
越界中断
用户分区2
CPU 逻辑地址
绝对地址
<B+L 2
用户分区3 用户分区4
上限寄存器 B+L2
用户分区5 用户分区6
4.2.2 可变分区存储管理
10KB 作业3
40KB
空闲区
52KB 128KB
空闲区
52KB 128KB
空闲区
128KB
可变分区存储管理数据结构
可变分区内存分配表可由两张表 格组成, • “已分配区表” • “未分配区表”
可变分区回收算法
A
X
B
变为 A
B
A
X
变为
A
XB
变为
B
x
变为
X终止前
X终止后
链表空闲区管理方法
• 空闲区开头单元存放本空闲区长 度及下个空闲区起始地址,把所有 空闲区都链接起来,设置第一块空 闲区地址指针,让它指向第一块空 闲区地址。