操作系统_存储管理

x’
物理地址
=
x
+
D
下界地址 物理地址空间
D x’
逻辑地址
逻辑地址空间
x
上界 下界
L D
L
界地址寄存 器
动态重定位：在程序执行过程中进行， 动态重定位：在程序执行过程中进行，当CPU访问内 访问内 存指令时由动态变换机构自动进行地址转换。 存指令时由动态变换机构自动进行地址转换。
2、存储管理功能 2）地址转换或重定位
地址空间和存储空间 名空间：源程序存放的空间（一般从0开始） 开始） 名空间：源程序存放的空间（一般从 开始 地址空间：目标程序占有的地址范围（ 地址空间：目标程序占有的地址范围（逻辑地址或相对地 址的集合） 址的集合） 存储空间： 存储空间：目标程序装入内存后占用的一系列物理单元的 集合（物理地址或绝对地址） 集合（物理地址或绝对地址）
第三章 操作系统
程序和数据必须交换到 内存后才能被CPU访问 内存后才能被 访问
17
2、存储管理功能 (内存分配、地址转换、存储保护和内存扩充) 内存分配、地址转换、存储保护和内存扩充 内存分配
1) 内存分配：解决如何合理分配内存空间保证以保 内存分配： 证各作业互不冲突，提高内存的利用率和运行效 证各作业互不冲突， 率。
名空间 0 地址空间 0 存储空间
源程序
x
第三章 操作系统
目标程序
640kB
内存
19
重定位：当用户程序调入内存时， 重定位：当用户程序调入内存时，需把相对地址转换为
绝对地址，同时要对程序中与地址相关的指令进行修改， 绝对地址，同时要对程序中与地址相关的指令进行修改， 这一过程称为重定位。 这一过程称为重定位。 静态重定位：通过 中一对界地址寄存器来实现。 静态重定位：通过CPU中一对界地址寄存器来实现。集中 中一对界地址寄存器来实现 一次进行地址转换，在执行过程中不再改变。 一次进行地址转换，在执行过程中不再改变。 下界： 下界：作业在内存中的起始地址 上界：作业在内存中的终止地址 上界：
3.1.3 操作系统的功能和特性
1.
操作系统的功能 文件管理(文件系统) 文件管理(文件系统) ：唯一地标识计算机系统 文件系统 中的每组信息， 中的每组信息，以便能对它们进行合理的访问 文件存储空间管理、 和控制。 文件存储空间管理 目录管理、 和控制。(文件存储空间管理、目录管理、文件 操作管理、文件保护) 操作管理、文件保护 用户接口：提供两种用户接口， 用户接口：提供两种用户接口，以便用户提出 请求和说明服务。 请求和说明服务。 程序一级的接口：用户可在程序中直接调用， 程序一级的接口：用户可在程序中直接调用，
飞行等控制实验过程控制。 飞行等控制实验过程控制。
包 括
实时信息处理：对信息作及时处理，用于机票预订、 实时信息处理：对信息作及时处理，用于机票预订、银行或
商店的数据处理等
三种操作系统经常组合起来使用， 三种操作系统经常组合起来使用， 形成通用操作系统。 形成通用操作系统。
第三章 操作系统 11
3.1.3 操作系统的功能和特性
什么是操作系统？ 3.1.1 什么是操作系统？
计算机系统中硬件和各种软件构成层次关系， 计算机系统中硬件和各种软件构成层次关系，硬 层次关系 件是核心(裸机 裸机)。 件是核心 裸机 。
最终用户 应用软件 系统实用程序 操作系统 计算机硬件 操作系统设 计人员 程序员
操作系统的发展过程
手工操作阶段 早期批处理阶段 执行系 统阶段 多道程序系统
第三章 操作系统
7
4. 多道程序系统
执行系统中， 一次只能执行一个作业。 执行系统中，CPU一次只能执行一个作业。 一次只能执行一个作业 多道程序是指在一台机器上同时运行若干道程 序。系统按照各个程序在各个时刻对资源的需 求进行时间分配。 求进行时间分配。
第三章 操作系统
8
3.1.2 操作系统的分类
1.
操作系统的功能(5个 操作系统的功能(5个) 处理器管理：解决 的分配策略、 处理器管理：解决CPU的分配策略、实施方法， 的分配策略 实施方法， 以及资源的分配和回收等。 进程控制 进程控制、 以及资源的分配和回收等。(进程控制、进程 同步、进程调度、进程通信) 同步、进程调度、进程通信 存储管理：解决多道程序在内存中的分配， 存储管理：解决多道程序在内存中的分配，当 进程被撤消时回收分配出去的内存，通过对内 进程被撤消时回收分配出去的内存， 外存联合管理来扩大存储空间。(内存分配、 外存联合管理来扩大存储空间。 内存分配、 内存分配 内存保护、内存扩充) 内存保护、内存扩充 设备管理：对设备进行分配、调度， 设备管理：对设备进行分配、调度，为用户使 设备提供方便的命令和操作界面。 用I/O设备提供方便的命令和操作界面。 设备提供方便的命令和操作界面 (设备分配、 传输控制、设备独立性 设备分配、 设备分配 传输控制、设备独立性)
计算机基础教学课件
第三章 操作系统
－－上海大学 －－上海大学 通信与信息工程学院 安 平
3.1 引论 3.2 存储管理 3.3 处理器管理 3.4 设备管理 3.5 文件管理 3.6 操作系统的用户接口
第三章 操作系统 2
3.1 引论
3.1.1 什么是操作系统 3.1.2 操作系统的分类 3.1.3 操作系统的功能和特性
三大类：多道批处理系统、分时系统、 三大类：多道批处理系统、分时系统、实时系统
1. 多道批处理操作系统
多道－－内存中可存放多道作业； 多道－－内存中可存放多道作业； －－内存中可存放多道作业 批处理－－用户与作业之间没有交互作用， －－用户与作业之间没有交互作用 批处理－－用户与作业之间没有交互作用，用户不能直接控制作 业的运行。 业的运行。 作业－－用户要求计算机执行的工作。由作业步组成。 －－用户要求计算机执行的工作 作业－－用户要求计算机执行的工作。由作业步组成。
第三章 操作系统
14
3.2 存储管理
3.2.1 存储管理的功能及有关概念 3.2.2 实存储管理 3.2.3 虚拟存储管理
第三章 操作系统
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3.2.1 存储管理的功能及有关概念
存储管理分为两大类： 存储管理分为两大类： 实存储管理 虚拟存储管理。 虚拟存储管理。
1、存储器的分级结构
♠高速缓冲存储器（cache）：又称缓存，速度快、容量小、价格贵， 高速缓冲存储器（ ）：又称缓存 ）：又称缓存，速度快、容量小、价格贵， 用来存放使用最频繁的信息，以及缓冲CPU与内存之间的速度 用来存放使用最频繁的信息，以及缓冲 与内存之间的速度 差。 ♠主存储器：又称内存，是程序运行时存放系统和用户的指令及数 主存储器：又称内存， 据的设备。 据的设备。 ♠外部存储器：又称外存，如硬盘、磁盘、光盘等；存取速度慢、 外部存储器：又称外存，如硬盘、磁盘、光盘等；存取速度慢、 容量大、价格便宜；可以存放大量的系统和用户的程序及数据； 容量大、价格便宜；可以存放大量的系统和用户的程序及数据； 不能由CPU直接读取。 直接读取。 不能由 直接读取 高速缓存 程序和数据可以直接 被CPU访问 访问 主存 外存
作业被调入系统，先存放在外存缓冲区中，形成 作业被调入系统，先存放在外存缓冲区中， 作业队列， 作业队列，系统按照一定的调度原则或根据作业的优 先程度从作业中调出一个或多个作业进入内存运行。 先程度从作业中调出一个或多个作业进入内存运行。 适用于大型计算机系统， 适用于大型计算机系统，要求对资源的分配及作 大型计算机系统 业的调度有精心的设计，管理功能强。 业的调度有精心的设计，管理功能强。
第三章 操作系统
10
3.1.2 操作系统的分类
3.
实时系统： 实时系统：
特点：要求对外部发生的随机事件作出及时响应， 特点：要求对外部发生的随机事件作出及时响应， 及时响应 并对它进行及时处理 及时处理。 并对它进行及时处理。适用于工业控制系 或事务处理系统。有较强的中断处理机构， 或事务处理系统。有较强的中断处理机构， 可靠性要求比较高。 可靠性要求比较高。 实时过程控制：用于工业生产的自动控制、 实时过程控制：用于工业生产的自动控制、导弹发射和飞机
1.
手工操作阶段：程序的读入、编译、装配和 程序的读入、编译、
执行都由操作人员人工控制。速度慢、 执行都由操作人员人工控制。速度慢、效 率低。 率低。
2.
早期批处理阶段：
早期联机批处理： 早期联机批处理： 早期脱机批处理----用磁带进行 操作, 早期脱机批处理 用磁带进行I/O 操作 用磁带进行 减少了人工干预的时间
3.1.2 操作系统的分类
2. 分时系统：多个用户分享同一台计算机，将CPU在 分时系统：多个用户分享同一台计算机， 在 时间上分割成很小的时间段，称为时间片 时间片， 时间上分割成很小的时间段，称为时间片，系统将 CPU的时间片轮流分配给多个用户，每个用户通过 的时间片轮流分配给多个用户， 的时间片轮流分配给多个用户 自己的终端直接控制程序的运行，进行人机交互。 自己的终端直接控制程序的运行，进行人机交互。 由于时间片分割很小， 由于时间片分割很小，使每个用户感觉自己独占计 算机一样。 多路性、交互性、独占性） 算机一样。（多路性、交互性、独占性） • 单道分时：内存中只留一道作业，开销大。 单道分时：内存中只留一道作业，开销大。 • 前台和后台分时：前台无作业时运行后台作业。 前台和后台分时：前台无作业时运行后台作业。 • 多道分时：内存放多道作业，轮流运行，不必调进 多道分时：内存放多道作业，轮流运行， 调出。 调出。
通过系统调用命令向系统提出各种 资源请求和服务请求。 资源请求和服务请求。
作业控制语言和操作命令：批处理系统中采用。 作业控制语言和操作命令：批处理系统中采用。
(分时和实时系统中用户通过终端和键盘提出请求 ) 分时和实时系统中用户通过终端和键盘提出请求
3.1.3 操作系统的功能和特性
2. 操作系统的特性（4个基本特性） 操作系统的特性（ 个基本特性 个基本特性） 并发性： 的最根本特性） 并发性：（OS的最根本特性）可同时运行多道程序，操 的最根本特性 可同时运行多道程序， 作系统需解决各活动之间的切换， 作系统需解决各活动之间的切换，控制各活动之间的影 响及同步操作等问题。 响及同步操作等问题。 共享性：资源共享。 共享性：资源共享。相关问题是如何合理分配资源。 不确定性：与确定性相互依存，同一程序、 不确定性：与确定性相互依存，同一程序、相同的数据 要求运行结果是确定的。 要求运行结果是确定的。但系统对发生的不可预测的事 件的响应应该是不确定的， 件的响应应该是不确定的，如程序运行中的错误处理及 各种外设的中断申请都应该是不确定的。 各种外设的中断申请都应该是不确定的。 虚拟性：物理上的实体－ 逻辑上的对应物 逻辑上的对应物。 虚拟性：物理上的实体－>逻辑上的对应物。
第三章 操作系统
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3.1.1 什么是操作系统？ 什么是操作系统？
操作系统是最基本的系统软件，是用户和计算机之间的接口 操作系统是最基本的系统软件，是用户和计算机之间的接口, 是控 制和管理计算机硬件和软件资源， 制和管理计算机硬件和软件资源，合理的组织计算机工作流程以 及方便用户的程序的集合。 及方便用户的程序的集合。 硬件 计算机 系统 软件 应用 软件 系统 软件 OS, DOS, UNIX, WIN9X, WIN2000, XP DBMS, Foxpro, Oracle, 语言编译软件：C, Basic等 Basic等 语言编译软件：
第三章 操作系统 6
Baidu Nhomakorabea
3. 执行系统阶段
采用通道和中断技术， 与处理机并发运行。 采用通道和中断技术，实现 I/O 与处理机并发运行。 通道和中断技术 通道是一种硬件，它控制一台或几台外设， 通道是一种硬件，它控制一台或几台外设，使外设 和内存之间直接进行数据传输，而与CPU无关。 无关。 和内存之间直接进行数据传输，而与 无关 中断技术使系统能暂时中止正在运行的程序， 中断技术使系统能暂时中止正在运行的程序，转向 中断处理程序， 中断处理程序，而被终止的程序在一定条件下又能 重新恢复运行。 重新恢复运行。 各种中断程序及负责输入输出的控制程序统称为执 各种中断程序及负责输入输出的控制程序统称为执 行系统, 常驻内存。 行系统 常驻内存。