操作系统原理与实例分析ppt课件
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操作系统原理培训课件
备份与恢复
为了防止数据丢失，应该定期备份重要文件。在发生意外情况时，可以通过备份来恢复数据。常见的备份方式包括全量备份、增量备份和差异备份等。
文件系统的安全与保护
设备管理
05
设备驱动程序的概念与功能
设备驱动程序
是操作系统内核的一部分，用于与硬件设备进行交互，实现设备的输入/输出操作。
功能
详细描述
实现用户界面的技术包括GUI库、控件、事件驱动等。GUI库提供了丰富的图形界面元素和工具，如窗口、按钮、文本框等，方便开发者快速构建图形界面应用程序。控件是GUI库中的基本元素，用于实现各种功能和操作，如按钮、菜单等。事件驱动则是实现交互操作的核心机制，通过事件来响应用户的操作和行为。
用户界面的设计与实现
文件系统结构
文件系统通常采用树形结构，根目录是最高层次的目录，其他目录作为根目录的子节点依次展开，每个节点可以包含文件和子目录。
文件类型
文件系统中的文件类型包括普通文件、目录、链接等，每种类型的文件都有不同的属性和操作方式。
文件属性
文件系统中的每个文件都有一系列属性，如文件名、扩展名、大小、创建时间、访问时间等，这些属性用于描述文件的特征和状态。
操作系统的发展历程
进程管理
02
理解进程的基本概念和状态是掌握进程管理的基础。
进程是程序的一次执行，具有动态性、独立性和制约性。进程的状态包括新建、就绪、运行和阻塞等，这些状态的变化反映了进程的执行流程。
进程的概念与状态
详细描述
总结词
进程的创建和终止是操作系统对资源进行分配和回收的重要手段。
总结词
操作系统原理培训课件
目录
contents
操作系统概述 进程管理 内存管理 文件系统 设备管理 用户界面
计算机操作系统原理PPT课件
7
三、推动操作系统发展的主要动力
1、不断提高计算机资源利用率 2、方便用户 3、器件的不断更新换代 4、计算机体系结构的不断发展。
8
1.2 操作系统的发展过程
一、无操作系统的计算机系统
1、人工操作方式 （1946 ~ 50年代，电子管时代）
• 【特点】：计算机资源昂贵 ，没有操作系统 • 【工作方式】：
一、并发性(concurrency)
多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一 个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的 并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并 行(parallel)是指在同一时刻发生。 – 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替
执行（在单处理器情况下） 。 – 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是
– 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 – 用户独占全机的所有资源；
9
2、脱机输入/输出方式 引入外围机控制数据的提前录入和延后输
出，具体参照P5 图1-2
10
二、单道批处理系统
1、单道批处理系统的处理过程 引入监督程序，成批的作业首先在外存排队等待，
由监督程序负责将每一个作业装入内存，处理完 成后，再掉调入下一个作业，直至运行完毕。 2、单道批处理系统的特征 自动性 顺序性 单道性
– 实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延迟时 间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理， 并控制所有的实时设备和实时任务协调运行。如飞机 订票系统, 期货、股票交易系统等。
17
3、实时系统与分时系统的比较 （1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 （5）高可靠性
18
1.3操作系统的基本特性
– 用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员； – 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片； • 【计算机的工作特点】： – 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低； – CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
三、推动操作系统发展的主要动力
1、不断提高计算机资源利用率 2、方便用户 3、器件的不断更新换代 4、计算机体系结构的不断发展。
8
1.2 操作系统的发展过程
一、无操作系统的计算机系统
1、人工操作方式 （1946 ~ 50年代，电子管时代）
• 【特点】：计算机资源昂贵 ，没有操作系统 • 【工作方式】：
一、并发性(concurrency)
多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一 个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的 并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并 行(parallel)是指在同一时刻发生。 – 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替
执行（在单处理器情况下） 。 – 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是
– 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 – 用户独占全机的所有资源；
9
2、脱机输入/输出方式 引入外围机控制数据的提前录入和延后输
出，具体参照P5 图1-2
10
二、单道批处理系统
1、单道批处理系统的处理过程 引入监督程序，成批的作业首先在外存排队等待，
由监督程序负责将每一个作业装入内存，处理完 成后，再掉调入下一个作业，直至运行完毕。 2、单道批处理系统的特征 自动性 顺序性 单道性
– 实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延迟时 间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理， 并控制所有的实时设备和实时任务协调运行。如飞机 订票系统, 期货、股票交易系统等。
17
3、实时系统与分时系统的比较 （1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 （5）高可靠性
18
1.3操作系统的基本特性
– 用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员； – 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片； • 【计算机的工作特点】： – 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低； – CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
操作系统原理与实例分析
第二章进程管理1本章要点基础：进程描述及控制策略：进程调度实现：互斥与同步避免：死锁与饥饿解决：几个经典问题关于：进程通信22.1 进程的引入3程序顺序执行程序：源代码程序、目标程序和可执行程序程序执行：编辑、编译、链接、执行程序的结构：顺序结构、分支结构和循环结构4程序顺序执行程序顺序执行的特征：顺序性、封闭性、可再现性5程序并发执行多道程序设计技术：多个程序并发执行程序并发执行时的特征：间断性、非封闭性、不可再现性6程序并发执行引发的问题协调各程序的执行顺序例如，当输入的数据还未全部输入内存时，计算必须等待多个执行程序共享系统资源，程序之间可能会相互影响，甚至影响输出结果选择哪些、多少个程序进入内存执行？内存中的执行程序谁先执行，谁后执行？内存如何有效分配？7进程的概念定义：可并发执行的程序，在一个数据集合上的运行过程。
申请/拥有资源∽调度（线程）程序：静态概念，是指令和数据的集合，可长期存储进程与程序对应关系：- 一个程序可以对应一个进程或多个进程- 一个进程可以对应一个程序，或者一段程序8进程的特征动态性并发性独立性异步性9引入进程带来的问题增加了空间开销：为进程建立数据结构额外的时间开销：管理和协调、跟踪、填写和更新有关数据结构、切换进程、保护现场更难控制：- 协调多个进程竞争和共享资源如何预防- 解决多个进程因为竞争资源而出现故障处理机的竞争尤为突出10进程的结构组成（进程映像）: 程序、数据集合、进程控制块PCB (Process Control Block )PCB是进程存在的唯一标志。
创建进程时，创建PCB；进程结束时，系统将撤消其PCB。
11PCB进程标识信息：进程的内部和外部标识符处理机状态信息：通用寄存器值、指令计数器值、程序状态字PSW值、用户栈指针值进程调度信息：进程状态、进程优先权、进程调度的其它信息其它信息：程序及数据地址、进程同步和通讯机制、资源清单、链接指针12PCB的组织方式之一-- 单一队列所有进程的PCB通过链表组织成为一个单一队列。
操作系统原理与实例分析PPT课件第四章 设备管理
精选课件
15
第四章 设 备 管 理
(2) 即插即用 即插即用: 即插上就可以使用,不需要用 户进行其它设置.
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16
第四章 设 备 管 理
即插即用系统需要计算机BIOS,硬件, 设备驱动程序和操作系统软件的相互结合:
* 对已安装硬件的自动和动态识别; * 配合操作系统分配/在分配硬件资源; * 加载相应的驱动程序.
处理机
内存
系统总线
I/O通道
I/O通道
I/O通道
I/O设备 I/O设备 I/O设备
I/O设备
I/O设备
I/O子系统的通道连接方式
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11
第四章 设 备 管 理
(3) 具有控制器的I/O系统结构
存储器
通道1 通道2
控制器1 控制器2
I/O设备 I/O设备 I/O设备 I/O设备
I/O子系统的通道,控制器连接方式
用于实现I/O操作的设备与物理I/O系统 中实际安装的设备没有固定的联系。
逻辑设备：应用软件所引用的用于 实现I/O操作的设备。
物理设备：物理I/O系统中实际安装 的设备
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3
第四章 设 备 管 理
逻辑设备的命名方式：文件的命名 规则和独立于文件命名规则。
设备映射：将应用软件对逻辑设备 的引用转换成对相关物理设备的引用。
读I/O 控 制 器 未 的状态
就
绪 检查
状态？
I/O→CPU 出错
就绪
从I/O 控 制 器 中读入 字
I/O→CPU
向存储 器 中写字
CPU→内 存
未完
传送 完成？
完成
下条指 令
(a) 程 序I/O 方 式
操作系统原理与实例分析PPT课件第二章 进程管理
* 程序地址
进程的程序部分在内存及外存的地址，或 描述程序地址信息的段表地址、页表地址等。
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17
* 数据地址
进程的数据部分在内存及外存的地址，或 描述数据地址信息的段表地址、页表地址等。
* 状态
进程当前所处的状态，即就绪状态、执行 状态及阻塞状态，已经被创建的进程的状态必 为此三者之一。
精选课件
• 条件：任意两个程序P(i)和P(j)，有：
– R(i)W(j)=; W(i)R(j)=; W(i)W(j)=;
– 前两条保证一个程序的两次读之间数据不变化；最 后一条保证写的结果不丢掉。
–
现在的问题是这个条件不好检查。 精选课件
9
并发和并行区别
并发是指在某一时间间隔内计算机系统中 存在着多个程序活动。
13
3、引入进程后需要解决的问题
*增加了空间开销 *额外的时间开销 *更难控制 *处理机的竞争尤为突出
精选课件
14
2.1.3 进程的结构
为了刻画进程的动态变化，通常把 进程表示为由程序段、私有数据块和进 程控制块（PCB）组成。进程控制块是 操作系统感知进程存在的唯一标志。
程序部分描述进程本身所要完成的 功能，而“私有数据块”是接受程序规 定操作的一组存储单元的内容，是操作 的对象。进程控制块是在进程创建时产 生的，当进程存在于系统时（运行）， 进程控制块就标识了这个进程。
精选课件
10
2.1.2 进程的概念和特征
1、进程的定义 进程是一个具有一定独立功能的程
序关于某个数据集合的一次运行活动，
是系统进行资源分配和调度的基本单位。
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11
进程与程序的区别和相互关系
程序
●静态
进程的程序部分在内存及外存的地址，或 描述程序地址信息的段表地址、页表地址等。
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17
* 数据地址
进程的数据部分在内存及外存的地址，或 描述数据地址信息的段表地址、页表地址等。
* 状态
进程当前所处的状态，即就绪状态、执行 状态及阻塞状态，已经被创建的进程的状态必 为此三者之一。
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• 条件：任意两个程序P(i)和P(j)，有：
– R(i)W(j)=; W(i)R(j)=; W(i)W(j)=;
– 前两条保证一个程序的两次读之间数据不变化；最 后一条保证写的结果不丢掉。
–
现在的问题是这个条件不好检查。 精选课件
9
并发和并行区别
并发是指在某一时间间隔内计算机系统中 存在着多个程序活动。
13
3、引入进程后需要解决的问题
*增加了空间开销 *额外的时间开销 *更难控制 *处理机的竞争尤为突出
精选课件
14
2.1.3 进程的结构
为了刻画进程的动态变化，通常把 进程表示为由程序段、私有数据块和进 程控制块（PCB）组成。进程控制块是 操作系统感知进程存在的唯一标志。
程序部分描述进程本身所要完成的 功能，而“私有数据块”是接受程序规 定操作的一组存储单元的内容，是操作 的对象。进程控制块是在进程创建时产 生的，当进程存在于系统时（运行）， 进程控制块就标识了这个进程。
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10
2.1.2 进程的概念和特征
1、进程的定义 进程是一个具有一定独立功能的程
序关于某个数据集合的一次运行活动，
是系统进行资源分配和调度的基本单位。
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11
进程与程序的区别和相互关系
程序
●静态
操作系统原理ppt课件
单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲 池等。
03
02
缓冲区的作用
缓解CPU与外设之间速度不匹配的 矛盾，提高数据传输效率。
缓冲区的管理策略
缓冲区分配、缓冲区回收、缓冲区 满和空的处理等。
04
06
现代操作系统技术
微内核操作系统
微内核架构
微内核仅包含最基本的 功能，如进程调度、内 存管理和进程间通信等 ，其他服务以用户态进 程形式存在。
操作系统的分类与发展
分类
根据使用环境和应用需求，操作系统 可分为批处理系统、分时系统、实时 系统、网络操作系统等。
发展
随着计算机技术的飞速发展，操作系 统也在不断演进，从早期的简单批处 理系统发展到现代的多用户、多任务 、多媒体操作系统。
操作系统的基本特征
并发性
共享性
操作系统可以同时处理多个任务或事件。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制外设，进行数据 的输入输出操作。
中断控制方式
外设准备就绪后，向CPU发出 中断请求，CPU响应中断后进 行数据传输。
DMA控制方式
在外设和内存之间开辟直接的 数据交换通道，减少CPU的干 预。
通道控制方式
CPU通过通道来控制外设，实 现更高效的数据传输。
请求分段存储管理
在段式存储管理的基础上，增加请求调段和段置换功能。
请求分页存储管理
在页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 。
虚拟存储的优缺点
扩大内存容量、提高内存利用率、方便用户编程等；但需 要额外的软硬件支持、可能增加系统开销等。
04
文件管理
文件与文件系统
文件的概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作系统进行管理和操作 的基本单位。
03
02
缓冲区的作用
缓解CPU与外设之间速度不匹配的 矛盾，提高数据传输效率。
缓冲区的管理策略
缓冲区分配、缓冲区回收、缓冲区 满和空的处理等。
04
06
现代操作系统技术
微内核操作系统
微内核架构
微内核仅包含最基本的 功能，如进程调度、内 存管理和进程间通信等 ，其他服务以用户态进 程形式存在。
操作系统的分类与发展
分类
根据使用环境和应用需求，操作系统 可分为批处理系统、分时系统、实时 系统、网络操作系统等。
发展
随着计算机技术的飞速发展，操作系 统也在不断演进，从早期的简单批处 理系统发展到现代的多用户、多任务 、多媒体操作系统。
操作系统的基本特征
并发性
共享性
操作系统可以同时处理多个任务或事件。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制外设，进行数据 的输入输出操作。
中断控制方式
外设准备就绪后，向CPU发出 中断请求，CPU响应中断后进 行数据传输。
DMA控制方式
在外设和内存之间开辟直接的 数据交换通道，减少CPU的干 预。
通道控制方式
CPU通过通道来控制外设，实 现更高效的数据传输。
请求分段存储管理
在段式存储管理的基础上，增加请求调段和段置换功能。
请求分页存储管理
在页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 。
虚拟存储的优缺点
扩大内存容量、提高内存利用率、方便用户编程等；但需 要额外的软硬件支持、可能增加系统开销等。
04
文件管理
文件与文件系统
文件的概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作系统进行管理和操作 的基本单位。
Windows操作系统原理讲座精品PPT课件
交互式分时处理
•一台计算机，多个便宜终端 - 所有用户可与系统立即交互 - 调试比较方便
•磁盘便宜，故可在线存放程序和数据 - 1 张穿孔卡片 = 100个字节 - 1 MB = 10K卡片 - OS/360 有若干英尺长度的卡片
•新问题 - 易于使用，提高人的生产力 - 合理的响应时间 - 引入文件系统，使用户可存取数据
操作系统特征
共享：
操作系统与多个用户的程序 共同使用计算机上的资源
操作系统特征
随机性：
操作系统必须随时对以不可预测的 次序发生的事件进行响应
考虑周密、设计适当
1.4 操作系统的发展
操作系统发展是随着计算机硬件 技术的发展而发展的 目标：充分利用硬件
1.4.1 概述
操作系统历史划分为4个阶段
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 0 阶段 硬件非常昂贵，没有操作系统
增加：存储保护，重定位 利用率高（多个作业） 有必要采用并发程序设计技术 操作系统成为研究焦点：需要处理复杂
性
•首次面对重大失败：
- MULTICS 于 1963 年开始， 直至 1969 年才发布
- IBM 的 OS/360 发布时， 带着已知的 1000 个错误
•早期计算机：单控制方式
- CPU负责计算，也负责传输
控制台
一个用户
• 一次完成一个功能（计算，I/O，用 户思考/反应）
• 程序通过卡片装入 • 用户在控制台前调试程序
•工作效率非常低
•每一用户都要自行编写涉及到硬件的 源代码
•工作量大，难度高，易出错，需要 大量人力和物力
第 1 阶段 硬件昂贵，人力便宜
简单批处理：装入程序、运行、打印 结果、撤出、再重复 •用户把程序（卡片或磁带）交给负责
•一台计算机，多个便宜终端 - 所有用户可与系统立即交互 - 调试比较方便
•磁盘便宜，故可在线存放程序和数据 - 1 张穿孔卡片 = 100个字节 - 1 MB = 10K卡片 - OS/360 有若干英尺长度的卡片
•新问题 - 易于使用，提高人的生产力 - 合理的响应时间 - 引入文件系统，使用户可存取数据
操作系统特征
共享：
操作系统与多个用户的程序 共同使用计算机上的资源
操作系统特征
随机性：
操作系统必须随时对以不可预测的 次序发生的事件进行响应
考虑周密、设计适当
1.4 操作系统的发展
操作系统发展是随着计算机硬件 技术的发展而发展的 目标：充分利用硬件
1.4.1 概述
操作系统历史划分为4个阶段
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 0 阶段 硬件非常昂贵，没有操作系统
增加：存储保护，重定位 利用率高（多个作业） 有必要采用并发程序设计技术 操作系统成为研究焦点：需要处理复杂
性
•首次面对重大失败：
- MULTICS 于 1963 年开始， 直至 1969 年才发布
- IBM 的 OS/360 发布时， 带着已知的 1000 个错误
•早期计算机：单控制方式
- CPU负责计算，也负责传输
控制台
一个用户
• 一次完成一个功能（计算，I/O，用 户思考/反应）
• 程序通过卡片装入 • 用户在控制台前调试程序
•工作效率非常低
•每一用户都要自行编写涉及到硬件的 源代码
•工作量大，难度高，易出错，需要 大量人力和物力
第 1 阶段 硬件昂贵，人力便宜
简单批处理：装入程序、运行、打印 结果、撤出、再重复 •用户把程序（卡片或磁带）交给负责
操作系统原理课件
目录是文件系统中存储文件信息的数据库，它记录了文件的名字、位置、大小、 创建时间等信息。
目录结构
常见的目录结构有单级目录结构、二级目录结构和多级目录结构。多级目录结构 又称为树形目录结构，它以根目录为起点，各级子目录为分支，构成一棵倒置的 树。
文件操作与访问权限
文件操作
常见的文件操作包括创建文件、打开 文件、读/写文件、关闭文件和删除 文件等。
通过身份认证和权限管理，控制用户对系统资源的访问。
访问控制的实现方式
自主访问控制、强制访问控制、基于角色的访问控制等。
访问控制的应用场景
文件系统保护、网络访问控制、数据库安全等。
加密技术
加密技术的基本概 念
通过加密算法将明文转换为密文，以保护数据的机密性。
加密技术的分类
对称加密、非对称加密、混合加密等。
访问权限
为了保护文件的安全性和完整性，操 作系统通常会对文件的访问权限进行 控制。访问权限一般分为读权限、写 权限和执行权限三种。
文件共享与保护机制
文件共享
多个用户或进程可以同时访问同一个文件，这称为文件的共 享。为了实现文件共享，操作系统需要提供相应的共享机制 ，如基于索引节点的共享方式。
文件保护
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得到服务。
优先级调度算法
根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先得到服务。
时间片轮转（RR）调度算法
将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程分配一个时间片，轮 流执行。
进程同步与通信
进程同步
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证正确的执行顺序和结果。常见的同步 机制有信号量、管程和消息传递等。
为了防止对文件的非法访问和破坏，操作系统需要采取一定 的保护措施。常见的文件保护机制有口令保护、加密保护和 访问控制列表（ACL）等。
目录结构
常见的目录结构有单级目录结构、二级目录结构和多级目录结构。多级目录结构 又称为树形目录结构，它以根目录为起点，各级子目录为分支，构成一棵倒置的 树。
文件操作与访问权限
文件操作
常见的文件操作包括创建文件、打开 文件、读/写文件、关闭文件和删除 文件等。
通过身份认证和权限管理，控制用户对系统资源的访问。
访问控制的实现方式
自主访问控制、强制访问控制、基于角色的访问控制等。
访问控制的应用场景
文件系统保护、网络访问控制、数据库安全等。
加密技术
加密技术的基本概 念
通过加密算法将明文转换为密文，以保护数据的机密性。
加密技术的分类
对称加密、非对称加密、混合加密等。
访问权限
为了保护文件的安全性和完整性，操 作系统通常会对文件的访问权限进行 控制。访问权限一般分为读权限、写 权限和执行权限三种。
文件共享与保护机制
文件共享
多个用户或进程可以同时访问同一个文件，这称为文件的共 享。为了实现文件共享，操作系统需要提供相应的共享机制 ，如基于索引节点的共享方式。
文件保护
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得到服务。
优先级调度算法
根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先得到服务。
时间片轮转（RR）调度算法
将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程分配一个时间片，轮 流执行。
进程同步与通信
进程同步
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证正确的执行顺序和结果。常见的同步 机制有信号量、管程和消息传递等。
为了防止对文件的非法访问和破坏，操作系统需要采取一定 的保护措施。常见的文件保护机制有口令保护、加密保护和 访问控制列表（ACL）等。
操作系统原理与实例分析ppt课件
模块mm1 ？执行
else
模块mm2 ？执行
…
(a) 目标模块
(b) 装入模块
图3.11 目标模块链接成装入模块
编辑课件
11
动态链接
• 指，不用事先链接所有目标模块形成一 个完备的装入模块，而是生成一个含有 未被链接的外部模块引用的装入模块， 这些外部模块可以在装入时链接，或运 行时链接。
编辑课件
• 此时，进程P4请求分配5个页框大小的存储空 间，但内存只有3个空闲页框。于是，将暂时 不运行的P2交换出内存，如图3.15(b)所示。
• 然后，再将P4装入4、5、6、13、14号页框， 如图3.15(c)所示。
编辑课件
29
页框号 内存
页框号 内存
页框号 内存
0 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P2.0 5 P2.1 6 P2.2 7 P3.0 8 P3.1 9 P3.2 10 P3.3 11 P3.4 12 P3.5 13 14 15
• 故，重定位装入方式只适合于单道程序环境。
编辑课件
7
运行时动态装入
• 指，程序的地址转换不是在装入时进行，而是 在程序运行时动态进行。
• 运行时动态装入需要硬件支持，即重定位寄存 器，用于保存程序在内存中的起始地址。
• 程序被执行时，通过重定位寄存器内的起始物 理地址和指令或数据的逻辑地址计算其物理地 址。
• 对于某些机器，二级页表也可能非常大。可以 采用多级页表，对外层页表再进行分页，将各 个页面离散地存储到不相邻接的物理页框中
12
装入时动态链接
• 指，当系统装入含有未链接的外部模块引用的 装入模块时，每当遇到一个外部模块引用，则 查找相应的目标模块。将其装入内存，并将模 块内的指令地址转换为相对于整个装入模块起 始地址的相对地址。
else
模块mm2 ？执行
…
(a) 目标模块
(b) 装入模块
图3.11 目标模块链接成装入模块
编辑课件
11
动态链接
• 指，不用事先链接所有目标模块形成一 个完备的装入模块，而是生成一个含有 未被链接的外部模块引用的装入模块， 这些外部模块可以在装入时链接，或运 行时链接。
编辑课件
• 此时，进程P4请求分配5个页框大小的存储空 间，但内存只有3个空闲页框。于是，将暂时 不运行的P2交换出内存，如图3.15(b)所示。
• 然后，再将P4装入4、5、6、13、14号页框， 如图3.15(c)所示。
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页框号 内存
页框号 内存
页框号 内存
0 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P2.0 5 P2.1 6 P2.2 7 P3.0 8 P3.1 9 P3.2 10 P3.3 11 P3.4 12 P3.5 13 14 15
• 故，重定位装入方式只适合于单道程序环境。
编辑课件
7
运行时动态装入
• 指，程序的地址转换不是在装入时进行，而是 在程序运行时动态进行。
• 运行时动态装入需要硬件支持，即重定位寄存 器，用于保存程序在内存中的起始地址。
• 程序被执行时，通过重定位寄存器内的起始物 理地址和指令或数据的逻辑地址计算其物理地 址。
• 对于某些机器，二级页表也可能非常大。可以 采用多级页表，对外层页表再进行分页，将各 个页面离散地存储到不相邻接的物理页框中
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装入时动态链接
• 指，当系统装入含有未链接的外部模块引用的 装入模块时，每当遇到一个外部模块引用，则 查找相应的目标模块。将其装入内存，并将模 块内的指令地址转换为相对于整个装入模块起 始地址的相对地址。
《操作系统概论》PPT课件
精选课件ppt
27
1.5 操作系统的主要研究课题
调度
进程描述 和控制
内存管理
并发控制
I/O 管 理
安全性
文件管理
网络与分布 计算
精选课件ppt
28
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操作系统原理演示课件.ppt
1、进程同步的概念
进程运行中的两种制约关系 由于竞争资源形成的间接制约关系； 由于相互合作造成的直接制约关系；
进程同步指多个相关进程在执行次序上的协 调
2、临界资源与临界区
临界资源(critical source)
在一段时间内只允许有限个进程访问的资源 ，如 打印机等I/O设备，缓冲区等
其中：缓冲区是临界资源，而访问缓冲区的代码 是临界区
3、信号量机制
引例：生产者－消费者问题 分析：首先需要定义产品的类型，缓冲区的
长度，读写指针，资源变量counter。 Int n; Int in,out; Structure item; Item buffer[n]; Int counter;
3、信号量机制
Void procedure(){
while(true){
生产一个产品放入 nextp；
wait(mutex);
while(counter==n){no-op;}
buffer[in]=nextp;
in++;
counter++;
single(mutex);}
}
3、信号量机制
3、信号量机制
Void procedure(){
while(true){
生产一个产品放入 nextp；
while(counter==n){no-op;}
buffer[in]=nextp;
in++;
counter++;}
}
3、信号量机制
操作系统原理课件_图文
转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。 • 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序分配一个合
适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物 理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址进行 的，所以要进行地址转换。
6
2.1.2 地址定位方式
1. 固定定位方式 由程序员在编写程序时或由编译连接程序对源程序进 行编译连接时，直接指定程序在执行时访问的实际存储器 地址的方式称为固定定位方式。此种定位方式一般只适合 于单板机或单用户系统。在多道程序环境下，应保证各个 作业的地址互不重叠，这就比较困难了。
34
③ 仅与后空闲区相连：与后空闲区合并，使后空闲区 表项的m_addr为释放区的起始地址，m_size为释放区 与后空闲区的长度之和。
④ 与前、后空闲区皆不相连：在前、后空闲区表项中 间插入一个新的表项，其 m_addr为释放区的起始地址 ，m_size为释放区的长度。为此，先要将后项及以下 表项都下移一个位置
（MR）=（BR）+（VR）
12
13
2.2 基本存储管理方法
2.2.1 单一连续分区存储管理
基本思想：内存分为两个区域：系统区，用户区 。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空 间。 最简单，适用于单用户、单任务的OS；单用户系 统在一段时间内，只有一个进程在内存。
14
特点
（1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用。 （2）实际上，内存用户区又被分为“使用区”和“空闲区”
31
char *malloc(mp,size)
struct map *mp;
unsigned size;
{
register char *a; register struct map *bp;
适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物 理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址进行 的，所以要进行地址转换。
6
2.1.2 地址定位方式
1. 固定定位方式 由程序员在编写程序时或由编译连接程序对源程序进 行编译连接时，直接指定程序在执行时访问的实际存储器 地址的方式称为固定定位方式。此种定位方式一般只适合 于单板机或单用户系统。在多道程序环境下，应保证各个 作业的地址互不重叠，这就比较困难了。
34
③ 仅与后空闲区相连：与后空闲区合并，使后空闲区 表项的m_addr为释放区的起始地址，m_size为释放区 与后空闲区的长度之和。
④ 与前、后空闲区皆不相连：在前、后空闲区表项中 间插入一个新的表项，其 m_addr为释放区的起始地址 ，m_size为释放区的长度。为此，先要将后项及以下 表项都下移一个位置
（MR）=（BR）+（VR）
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2.2 基本存储管理方法
2.2.1 单一连续分区存储管理
基本思想：内存分为两个区域：系统区，用户区 。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空 间。 最简单，适用于单用户、单任务的OS；单用户系 统在一段时间内，只有一个进程在内存。
14
特点
（1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用。 （2）实际上，内存用户区又被分为“使用区”和“空闲区”
31
char *malloc(mp,size)
struct map *mp;
unsigned size;
{
register char *a; register struct map *bp;
操作系统原理与实例分析PPT课件第一章 操作系统概述精品文档
计算机硬件升级和新硬件的出现 提供新的服务、方便用户使用 提高计算机资源利用率 更正软件错误 计算机体系结构的发展
*操作系统发展历程
手工操作阶段 早期批处理 多道程序系统 分时系统 实时操作系统 操作系统的进一步发展
*手工操作阶段
没有操作系统
程序员编程
准备程序带 程序员预约机时
一种是静态分配。
另一种是动态分配。
2、内存保护
为保证各道程序都能在自 己的内存空间运行而互不干 扰，要求每道程序在执行时 能随时检查对内存的所有访 问是否合法。因此，需要内 存保护功能。
3、地址映射
逻辑地址：是指由目标程
序所限定的地址范围称为该 程序的地址空间，该地址空 间中的地址成为逻辑地址。
操作系统为计算机用户提供了 两种接口：
用户接口（User Interface） 编程接口 (Application Programming
Interface,简称API)
通过操作系统为计算机用户提 供了两种接口，用户可以通过三种方 式使用操作系统：
使用键盘命令或Shell命令语言 利用鼠标器等点击窗口中的图标 调用操作系统内部功能模块，即 系统调用接口
装入与运行。凡是运行同一程序的都尽可能一 次装入与多次运行，每次运行都需要系统操作 员判断结果与手工装卸数据带
修改程序
程序员取结果
结束
成功了吗
*第一代操作系统：单道批 处理系统
第一个操作系统就是一个 监控程序
单道批处理系统的操作过程 开机
程序员编程、输入、提交（卡片叠）
硬件自动装入监控程序， 进入内存约定地址并运行
方法1中使用INT的程序很简单，程 序员不再需要与接口寄存器打交道， 只需要一个简单的调用即可。实际的 打印工作就通过INT命令调用交给 Window/DOS操作系统来完成，即 由Window/DOS来实际读写打印机 接口寄存器，也就是说，
*操作系统发展历程
手工操作阶段 早期批处理 多道程序系统 分时系统 实时操作系统 操作系统的进一步发展
*手工操作阶段
没有操作系统
程序员编程
准备程序带 程序员预约机时
一种是静态分配。
另一种是动态分配。
2、内存保护
为保证各道程序都能在自 己的内存空间运行而互不干 扰，要求每道程序在执行时 能随时检查对内存的所有访 问是否合法。因此，需要内 存保护功能。
3、地址映射
逻辑地址：是指由目标程
序所限定的地址范围称为该 程序的地址空间，该地址空 间中的地址成为逻辑地址。
操作系统为计算机用户提供了 两种接口：
用户接口（User Interface） 编程接口 (Application Programming
Interface,简称API)
通过操作系统为计算机用户提 供了两种接口，用户可以通过三种方 式使用操作系统：
使用键盘命令或Shell命令语言 利用鼠标器等点击窗口中的图标 调用操作系统内部功能模块，即 系统调用接口
装入与运行。凡是运行同一程序的都尽可能一 次装入与多次运行，每次运行都需要系统操作 员判断结果与手工装卸数据带
修改程序
程序员取结果
结束
成功了吗
*第一代操作系统：单道批 处理系统
第一个操作系统就是一个 监控程序
单道批处理系统的操作过程 开机
程序员编程、输入、提交（卡片叠）
硬件自动装入监控程序， 进入内存约定地址并运行
方法1中使用INT的程序很简单，程 序员不再需要与接口寄存器打交道， 只需要一个简单的调用即可。实际的 打印工作就通过INT命令调用交给 Window/DOS操作系统来完成，即 由Window/DOS来实际读写打印机 接口寄存器，也就是说，
操作系统原理与实例分析.ppt
虚拟存储分段技术
• 建立在简单存储分段系统基础上，利用动态分 区技术分配存储空间，并以段作为交换的单位。
• 进程执行之前，系统为之分配几个必要的内存 分区，每一个分区中装入一段。
• 当进程执行过程中，出现缺段中断时，操作系 统将为进程装入需要的程序段。
虚拟存储分段：数据结构
• 因此，需要修改段表，增加“存在”字 段和“修改”字段，分别标明对应段是
驻留集管理
• 进程的驻留集指，虚拟存储系统中，每
个进程驻留在内存的页面集合，或进程 分到的物理页框集合。
• 驻留集管理主要解决的问题是，系统应
当为每个活跃进程分配多少个页框。
影响页框分配的主要因素
• 分配给每个活跃进程的页框数越少，同 时驻留内存的活跃进程数就越多，进程 调度程序能调度就绪进程的概率就越大。 然而，这将导致进程发生缺页中断的概 率较大；
• 可变分配策略不仅需要操作系统软件专门的支 持，而且，还需要处理机平台提供的硬件支持
页面放置策略
• 解决的问题：系统应当在内存的什么位置为活
跃进程分配页框？ • 一般地，对于一个分页系统或段页式系统，将
进程的一个页面装入哪一个页框无关紧要。 • 对于分段系统，需要考虑将一个程序段装入哪
一个合适的分区中，可采用的分配算法包括首 次适应法、下次适应法、最佳适应法或最差适 应法等。
得非常繁忙，但是吞吐量很低，甚至产出为零。
• 根本原因：选择的页面或段不恰当。
虚拟存储分页技术
• 建立在简单分页存储管理系统之上，是 目前常用的一种虚拟存储管理技术。
地址变换
• 基于简单存储分页系统增加了某些功能，如产 生和处理缺页中断，以及从内存中换出页面等。
• 进程执行时，首先通过根据逻辑地址中的页号，
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• 故，重定位装入方式只适合于单道程序环境。
编辑课件
7
运行时动态装入
• 指，程序的地址转换不是在装入时进行，而是 在程序运行时动态进行。
• 运行时动态装入需要硬件支持，即重定位寄存 器，用于保存程序在内存中的起始地址。
• 程序被执行时，通过重定位寄存器内的起始物 理地址和指令或数据的逻辑地址计算其物理地 址。
编辑课件
16
？ 程序在内存中如何组织
• 连续存储 : 需要内存中的一块连续的、
足够大的分区。
• 如果内存中没有足够大的连续空闲分区，
但存在总量足够的独立小分区，即外零 头。系统要么拒绝分配空间，要么采用 紧凑技术拼接外零头。
编辑课件
17
• 非连续存储：允许进程的程序和数据分
别装在内存的不同分区中。
模块mm1 ？执行
else
模块mm2 ？执行
…
(a) 目标模块
(b) 装入模块
图3.11 目标模块链接成装入模块
编辑课件
11
动态链接
• 指，不用事先链接所有目标模块形成一 个完备的装入模块，而是生成一个含有 未被链接的外部模块引用的装入模块， 这些外部模块可以在装入时链接，或运 行时链接。
编辑课件
12
装入时动态链接
• 指，当系统装入含有未链接的外部模块引用的 装入模块时，每当遇到一个外部模块引用，则 查找相应的目标模块。将其装入内存，并将模 块内的指令地址转换为相对于整个装入模块起 始地址的相对地址。
• 优点：有利于目标模块的更新与升级；有利于 代码共享；有利于扩充软件的功能，可以将扩 充部分作为动态链接模块。
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20
连续存储管理
• 基址寄存器：存放当前执行进程所在分区的物
理存储单元的起始地址。
• 界限寄存器：存放当前执行进程所在分区最后
一个物理存储单元的地址，限定进程的执行范 围，保护其他进程不被非法访问。
• 基址寄存器和界限寄存器被多个进程共享，只 有当前执行进程才使用它们。
编辑课件
21
• 装入时，进程分区的基地址值和分区的最后一 个物理存储单元的地址值，分别填入该进程
• 运行时动态装入有利于多道程序环境下，进程 的换进/换出及实现紧凑技术。
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8
可执行程序的链接形成
• ？ 目标模块如何链接成装入模块呢
• 静态链接
• 动态链接：装入时动态链接和运行时动 态链接
编辑课件
9
静态链接
• 指，程序被装入内存之前，必须完全链接成一 个装入模块，将其中的存储引用全部转换为相 对地址跳转语句。并将多个目标模块链接成为 一个模块，使装入模块中的每一条指令具有相 对于整个模块的第一条语句的逻辑地址。
3.3 程序装入技术
编辑课件
1
可执行程序的生成步骤
编辑 源程序
编译
目标模块
目标模块 链接
库函数
装入模块 执行
内存
编辑课件Байду номын сангаас
2
图3.10 高级程序处理过程
可执行程序的装入
• ？如何装入待执行的程序及其所需的数据
• ？ 何时将程序的逻辑地址转换为物理地址
• 3种装入方式：绝对装入、重定位装入和运行 时动态装入。
P(n)
6500 300 …
…
进程P（n） …
(a)连续存储
(b)非连续存储
图3.12 内存的连续存储与非连续存储
编辑课件
19
连续存储管理
• 最简单的存储管理技术
• 要求系统配置专门的硬件实现快速地址 转换和存储保护。
• 处理机硬件 基址寄存器(Base register)
界限寄存器(Bounds register)
• 必须登记一个进程分到的所有分区的位 置、大小、使用情况（如是否共享等） 等信息。
• 常用的非连续存储技术：分页存储技术、 分段存储技术及其结合。
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18
OS
基地址
…
进程P
…
OS
…
进程的组成 基地址 长度 …
P(1)
2604 200 …
进程P（2）
P(2)
1240 300 …
…
…
…
……
进程P（1）
编辑课件
3
绝对装入
• 程序运行之前，按照程序的逻辑地址， 将程序和数据装入内存指定的地方。
• 实现简单，无须进行逻辑地址到物理地 址的变换。
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4
绝对装入
缺点：
• 程序每次必须装入同一内存区；
• 程序员必须事先了解内存的使用情况，根据内 存情况确定程序的逻辑地址；
• 程序的修改（增加或删除指令）将引起整个程 序中指令地址的变动；
• 操作系统自身的一些特殊处理例程，如错误处 理例程，也无需事先全部装入内存。
编辑课件
14
3.4 简单存储管理技术
编辑课件
15
简单存储
• 相对于虚拟存储而言，指为了实现简单，执行 之前，操作系统必须将待执行的程序全部装入 内存。
• 然而，现代操作系统大都支持虚拟存储功能， 允许进程装入部分程序即可开始执行，其余部 分保留在外存。当执行所需的部分不在内存时， 中断进程执行，使之阻塞等待，直到相应部分 装入内存。
• 静态重定位技术：地址映射在程序装入 时进行，以后不再更改程序地址。
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6
重定位装入
• 有利于程序代码和数据的共享。因为装入程序 时，可以将其中的某些存储引用的逻辑地址映 射为内存中已有的共享区的物理地址。
• 但是，静态重定位不允许程序在内存中移动。 这不便于进程交换和紧凑拼接操作，也很难实 现多道程序环境下，多个程序同时装入内存的 要求。
• 静态链接生成的装入模块可以采用重定位装入 或运行时动态装入方式。
• 静态链接需要花费大量的处理机时间。而其中 的很多模块将不会运行，浪费存储空间和处理 机时间。
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10
模块1 …
if x > 1 then
call mm1 else call mm2
…
模块mm1
模块mm2
链接
模块1 …
if x > 1 then
• 但是，可能链接一些不会执行的模块，浪费存 储空间和处理机时间。
编辑课件
13
运行时动态链接
• 指，外部模块引用直至程序执行时才装入内存， 并链接到装入模块中，进行地址转换。
• 可以解决静态链接和装入时动态链接都面临的 存储空间和处理机时间浪费问题，不需要执行 的模块就不会装入内存。
• 广泛用于事务处理系统，如航空售票系统、银 行管理系统等。
• 程序中的所有存储引用，例如函数调用或过程 调用等，在装入之前都必须转换为物理地址， 这不利于存储共享。
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5
重定位装入
• 允许将程序装入与逻辑地址不同的物理 内存空间。即程序可以装入到内存的任 何位置，其逻辑地址与装入内存后的物 理地址无直接关系。
• 但是，必须进行地址映射，将逻辑地址 转换为物理地址。
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运行时动态装入
• 指，程序的地址转换不是在装入时进行，而是 在程序运行时动态进行。
• 运行时动态装入需要硬件支持，即重定位寄存 器，用于保存程序在内存中的起始地址。
• 程序被执行时，通过重定位寄存器内的起始物 理地址和指令或数据的逻辑地址计算其物理地 址。
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？ 程序在内存中如何组织
• 连续存储 : 需要内存中的一块连续的、
足够大的分区。
• 如果内存中没有足够大的连续空闲分区，
但存在总量足够的独立小分区，即外零 头。系统要么拒绝分配空间，要么采用 紧凑技术拼接外零头。
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17
• 非连续存储：允许进程的程序和数据分
别装在内存的不同分区中。
模块mm1 ？执行
else
模块mm2 ？执行
…
(a) 目标模块
(b) 装入模块
图3.11 目标模块链接成装入模块
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动态链接
• 指，不用事先链接所有目标模块形成一 个完备的装入模块，而是生成一个含有 未被链接的外部模块引用的装入模块， 这些外部模块可以在装入时链接，或运 行时链接。
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装入时动态链接
• 指，当系统装入含有未链接的外部模块引用的 装入模块时，每当遇到一个外部模块引用，则 查找相应的目标模块。将其装入内存，并将模 块内的指令地址转换为相对于整个装入模块起 始地址的相对地址。
• 优点：有利于目标模块的更新与升级；有利于 代码共享；有利于扩充软件的功能，可以将扩 充部分作为动态链接模块。
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连续存储管理
• 基址寄存器：存放当前执行进程所在分区的物
理存储单元的起始地址。
• 界限寄存器：存放当前执行进程所在分区最后
一个物理存储单元的地址，限定进程的执行范 围，保护其他进程不被非法访问。
• 基址寄存器和界限寄存器被多个进程共享，只 有当前执行进程才使用它们。
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21
• 装入时，进程分区的基地址值和分区的最后一 个物理存储单元的地址值，分别填入该进程
• 运行时动态装入有利于多道程序环境下，进程 的换进/换出及实现紧凑技术。
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可执行程序的链接形成
• ？ 目标模块如何链接成装入模块呢
• 静态链接
• 动态链接：装入时动态链接和运行时动 态链接
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静态链接
• 指，程序被装入内存之前，必须完全链接成一 个装入模块，将其中的存储引用全部转换为相 对地址跳转语句。并将多个目标模块链接成为 一个模块，使装入模块中的每一条指令具有相 对于整个模块的第一条语句的逻辑地址。
3.3 程序装入技术
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1
可执行程序的生成步骤
编辑 源程序
编译
目标模块
目标模块 链接
库函数
装入模块 执行
内存
编辑课件Байду номын сангаас
2
图3.10 高级程序处理过程
可执行程序的装入
• ？如何装入待执行的程序及其所需的数据
• ？ 何时将程序的逻辑地址转换为物理地址
• 3种装入方式：绝对装入、重定位装入和运行 时动态装入。
P(n)
6500 300 …
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进程P（n） …
(a)连续存储
(b)非连续存储
图3.12 内存的连续存储与非连续存储
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连续存储管理
• 最简单的存储管理技术
• 要求系统配置专门的硬件实现快速地址 转换和存储保护。
• 处理机硬件 基址寄存器(Base register)
界限寄存器(Bounds register)
• 必须登记一个进程分到的所有分区的位 置、大小、使用情况（如是否共享等） 等信息。
• 常用的非连续存储技术：分页存储技术、 分段存储技术及其结合。
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OS
基地址
…
进程P
…
OS
…
进程的组成 基地址 长度 …
P(1)
2604 200 …
进程P（2）
P(2)
1240 300 …
…
…
…
……
进程P（1）
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绝对装入
• 程序运行之前，按照程序的逻辑地址， 将程序和数据装入内存指定的地方。
• 实现简单，无须进行逻辑地址到物理地 址的变换。
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绝对装入
缺点：
• 程序每次必须装入同一内存区；
• 程序员必须事先了解内存的使用情况，根据内 存情况确定程序的逻辑地址；
• 程序的修改（增加或删除指令）将引起整个程 序中指令地址的变动；
• 操作系统自身的一些特殊处理例程，如错误处 理例程，也无需事先全部装入内存。
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3.4 简单存储管理技术
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简单存储
• 相对于虚拟存储而言，指为了实现简单，执行 之前，操作系统必须将待执行的程序全部装入 内存。
• 然而，现代操作系统大都支持虚拟存储功能， 允许进程装入部分程序即可开始执行，其余部 分保留在外存。当执行所需的部分不在内存时， 中断进程执行，使之阻塞等待，直到相应部分 装入内存。
• 静态重定位技术：地址映射在程序装入 时进行，以后不再更改程序地址。
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重定位装入
• 有利于程序代码和数据的共享。因为装入程序 时，可以将其中的某些存储引用的逻辑地址映 射为内存中已有的共享区的物理地址。
• 但是，静态重定位不允许程序在内存中移动。 这不便于进程交换和紧凑拼接操作，也很难实 现多道程序环境下，多个程序同时装入内存的 要求。
• 静态链接生成的装入模块可以采用重定位装入 或运行时动态装入方式。
• 静态链接需要花费大量的处理机时间。而其中 的很多模块将不会运行，浪费存储空间和处理 机时间。
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模块1 …
if x > 1 then
call mm1 else call mm2
…
模块mm1
模块mm2
链接
模块1 …
if x > 1 then
• 但是，可能链接一些不会执行的模块，浪费存 储空间和处理机时间。
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运行时动态链接
• 指，外部模块引用直至程序执行时才装入内存， 并链接到装入模块中，进行地址转换。
• 可以解决静态链接和装入时动态链接都面临的 存储空间和处理机时间浪费问题，不需要执行 的模块就不会装入内存。
• 广泛用于事务处理系统，如航空售票系统、银 行管理系统等。
• 程序中的所有存储引用，例如函数调用或过程 调用等，在装入之前都必须转换为物理地址， 这不利于存储共享。
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重定位装入
• 允许将程序装入与逻辑地址不同的物理 内存空间。即程序可以装入到内存的任 何位置，其逻辑地址与装入内存后的物 理地址无直接关系。
• 但是，必须进行地址映射，将逻辑地址 转换为物理地址。