第四章--汤小丹-计算机操作系统-官方-第四版-计算机-操作系统---PPT优秀课件
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汤小丹《计算机操作系统》官方课件 第四版
汤小丹《计算机操作系 统》官方课件 第四版
汇报人： 202X-01-05
contents
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理
计算机操作系统概
01
述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统的定义与功能
详细描述
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软件资源，提供用户与计算机之间的接口。操作系统 的功能包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面管理等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境，操作系统可以分为单机操作系统 和网络操作系统；根据功能，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和通 用操作系统；根据规模，操作系统可以分为个人操作系统和多用户操作系统等。
进程管理
内存管理
03
内存管理的概念与功能
内存管理概念
内存管理是操作系统中用于管理计算 机内存的子系统，负责分配和回收内 存空间，以及管理内存中的数据。
内存管理功能
内存管理的主要功能包括内存分配、 内存回收、地址转换和内存保护等。
内存的分配策略
静态分配
在程序运行前，系统根据程序的大小 和需求一次性分配所需的内存空间， 程序运行期间不再进行内存的重新分 配。
文件的访问控制机制
文件的访问控制机制包括访问控制表（ACL）、能力表（ Capabilities）等，用于限制用户对文件的访问权限。
文件的访问安全
文件的访问安全是指通过访问控制机制来确保文件的安全性和完整 性，防止未经授权的访问和修改。
设备管理
汇报人： 202X-01-05
contents
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理
计算机操作系统概
01
述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统的定义与功能
详细描述
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软件资源，提供用户与计算机之间的接口。操作系统 的功能包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面管理等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境，操作系统可以分为单机操作系统 和网络操作系统；根据功能，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和通 用操作系统；根据规模，操作系统可以分为个人操作系统和多用户操作系统等。
进程管理
内存管理
03
内存管理的概念与功能
内存管理概念
内存管理是操作系统中用于管理计算 机内存的子系统，负责分配和回收内 存空间，以及管理内存中的数据。
内存管理功能
内存管理的主要功能包括内存分配、 内存回收、地址转换和内存保护等。
内存的分配策略
静态分配
在程序运行前，系统根据程序的大小 和需求一次性分配所需的内存空间， 程序运行期间不再进行内存的重新分 配。
文件的访问控制机制
文件的访问控制机制包括访问控制表（ACL）、能力表（ Capabilities）等，用于限制用户对文件的访问权限。
文件的访问安全
文件的访问安全是指通过访问控制机制来确保文件的安全性和完整 性，防止未经授权的访问和修改。
设备管理
汤小丹 计算机操作系统 官方课件 第四版
(2) 进程是一个程序及其 数据在处理机上顺序执行时所 发生的活动。
(3) 进程是具有独立功能 的程序在一个数据集合上运行 的过程，它是系统进行资源分 配和调度的一个独立单位。
所没有的PCB结构外，还具有 下面一些特征：
(1) 动态性。 (2) 并发性。 (3) 独立性。 (4) 异步性。
运行过程中呈现间断性的运行 规律，所以进程在其生命周期 内可能具有多种状态。一般而 言，每一个进程至少应处于以 下三种基本状态之一：
直接后继。在前趋图中，把没 有前趋的结点称为初始结点 (Initial Node)，把没有后继的 结点称为终止结点(Final Node)。此外，每个结点还具 有一个重量(Weight)，用于表 示该结点所含有的程序量或程 序的执行 时间。
P7→P9，P8→P9 或表示为：
P={P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9}
，即程序运行时独占全机资源 ，资源的状态(除初始状态外) 只有本程序才能改变它，程序 一旦开始执行，其执行结果不 受外界因素影响；③ 可再现性
：指只要程序执行时的环境和 初始条件相同，当程序重复执 行时，不论它是从头到尾不停 顿地执行，还是“停停走走” 地执行，都可获得相同的结果 。程序顺序执行时的这种特性 ，为程序员检测和校正程序的 错误带来了很大的方便。
个有向无循环图，可记为 DAG(Directed Acyclic Graph) ，它用于描述进程之间执行的 先后顺序。图中的每个结点可 用来表示一个进程或程序段， 乃至一条语句，结点间的有向 边则表示两个结点之间存在的 偏序(Partial Order)或前趋关系 (Precedence Relation)。
终结，它将进入终止状态。进 入终止态的进程以后不能再执 行，但在操作系统中依然保留 一个记录，其中保存状态码和 一些计时统计数据，供其他进 程收集。一旦其他进程完成了 对其信息的提取之后，操作系 统将删除该进程，即将其PCB 清零，并将该空白PCB返还系 统。图2-6示出了增加了创建 状态和终止状态后进程的五种 状态及转换关系图。
计算机操作系统 第四版 汤小丹 梁红兵 哲凤屏_第4章(20162017)
4.3.4 基于顺序搜索的动态分区分配算法
2. 循环首次适应(next fit ,NF)算法
在为进程分配内存空间时，不再是每次都从链首开 始查找，而是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分 区开始查找，直至找到一个能满足要求的空闲分区， 从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业。 该算法应设置一起始查寻指针，用于指示下一次起始 查寻的空闲分区，并采用循环查找方式。
的适当位置。
0
1000 L O A D 1 ,2 5 0 0
2500 365
10000
1 1 0 0 0 L O A D 1 ,2 5 0 0
12500
365
5000 作业地址空间
15000
内存空间
把在装入时对目标程 序中指令和数据地址的 修改过程称为重定位。
地址变换通常在进程装入 时依次完成的，以后不再改 变，静态重定位。
4.2 程序的装入和链接
将一个用户源程序变为内存中的一个可执行程序，通常 有以下几个步骤：
编译，由编译程序(Compiler)将用户源代码编译成若干 个目标模块(Object Module)；
链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标模 块，以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完 整的装入模块(Load Module)；
4.1.2 主存储器与寄存器
1．主存储器
简称内存或主存，用于保存进程运行时的程序和数据。
CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数 据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者 从寄存器存入到主存储器。 CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址 空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的 速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器 和高速缓存。
汤小丹计算机操作系统官方通用课件第四版计算机操作系统 通用课件
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避免死锁、检测并恢复 死锁、预防死锁。
按顺序申请资源、请求 和持有、预先分配、静 态重分配。
检测死锁、停止进程、 撤销进程、恢复进程。
避免“请求和持有”、 避免“不剥夺”。
03
内存管理
内存的基本概念
内存
01
计算机中重要的硬件资源之一，用于存储运行中的程
序和数据。
内存种类
02 RAM、ROM、Cache等。
设备管理主要是对计算机设备进行管理，包括设备的分配、使 用、维护等。
02
进程管理
进程的基本概念
1 2
进程
程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系 统进行资源分配和调度的基本单位。
进程的特征
独立性、并发性、异步性、结构特征。
3
进程的状态
就绪状态、等待状态、运行状态、结束状态。
进程的创建和终止
进程的创建
内存共享
02
03
内存锁定
多个程序可以共享一些公共的内 存区域，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ实现数据交换和协作 。
一些关键数据和代码可以被锁定 在内存中，防止被其他程序修改 或破坏。
04
文件系统
文件的基本概念
文件
文件是计算机中存储信息的单位，由数据项、 数据格式和数据结构组成。
文件类型
根据使用需求和存储内容，文件可分为文本文 件、二进制文件、图像文件等。
01
02
03
虚拟内存
通过将内存分为多个逻辑 分区，实现了一种类似于 硬盘的内存管理方式。
页面置换算法
当内存空间不足时，操作 系统会将一些不常用的页 面置换到硬盘上，以释放 内存空间。
页面调度
精品文档-计算机操作系统(第三版)汤小丹-第4章
第四章 存储器管理
0 模块 A CALL B；
L-1 Return；
0 M-1
模块 B CALL C； Return；
0 模块 C
N-1 Return； (a) 目标模块
0 模块 A JSR“L”
L-1 Return； L 模块 B JSR“L＋ M”
L+M-1 Return； L+M 模块 C
L+M+-N1 Return；
第四章 存储器管理
库
编译程序 产生的目 标模块
内存
链接 程序
装入模块
装入 程序
…
第一步
第二步
第三步
图4-2 对用户程序的处理步骤
第四章 存储器管理
4.2.1 程序的装入
1．绝对装入方式(Absolute Loading Mode)
在编译时，如果知道程序将驻留在内存的什么位置，那么， 编译程序将产生绝对地址的目标代码。例如，事先已知用户程 序(进程)驻留在从R处开始的位置，则编译程序所产生的目标模 块(即装入模块)便从R处开始向上扩展。绝对装入程序按照装入 模块中的地址，将程序和数据装入内存。装入模块被装入内存 后，由于程序中的逻辑地址与实际内存地址完全相同，故不须 对程序和数据的地址进行修改。
第四章 存储器管理
CPU寄 存 器 主存
辅存
寄存器 高速缓存
主存 磁盘缓存
磁盘 可移动存储介质
图4-1 计算机系统存储层次示意
第四章 存储器管理
4.1.2 主存储器与寄存器
1．主存储器
主存储器(简称内存或主存)是计算机系统中一个主要部件， 用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器，其容 量对于当前的微机系统和大中型机，可能一般为数十MB到数GB， 而且容量还在不断增加，而嵌入式计算机系统一般仅有几十KB 到几MB。CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数 据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者从寄存 器存入到主存储器。CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主 存储器地址空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令 的速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器和高 速缓存。
汤小丹计算机操作系统官方第四PPT课件
第17页/共86页
• 图1-6 多道程序的运行情况 第18页/共86页
2. 多道批处理系统的优缺点 多道批处理系统的优缺点如下： (1) 资源利用率高。引入多道批处理能使多道程序交替运行，以保持 CPU处于忙碌状态；在内存中装入多道程序可提高内存的利用率；此外还 可以提高I/O设备的利用率。 (2) 系统吞吐量大。能提高系统吞吐量的主要原因可归结为：① CPU和其它资源保持“忙碌”状态；② 仅当作业完成时或运行不下去时 才进行切换，系统开销小。
常见的几种： (1) 工业(武器)控制系统。 (2) 信息查询系统。 (3) 多媒体系统。 (4) 嵌入式系统。
第26页/共86页
2. 实时任务的类型 (1) 周期性实时任务和非周期性实时任务。 (2) 硬实时任务和软实时任务。
第27页/共86页
3. 实时系统与分时系统特征的比较 (1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。 (5) 可靠性。
第13页/共86页
• 图1-4 单道批处理系统的处理流程 第14页/共86页
2. 单道批处理系统的缺点 单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到充分的利用。 这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O请求后， CPU便处于等待状态，必须在其I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的 低速性，更使CPU的利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况， 从图可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
(1) 用户独占全机，即一台计算机的全部资源由上机用户所独占。 (2) CPU等待人工操作。当用户进行装带(卡)、卸带(卡)等人工操 作时，CPU及内存等资源是空闲的。
第10页/共86页
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，20世纪 50年代末出现了脱机I/O技术。该技术是事先将装有用户程序和数据的纸 带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带(卡片)上的数据(程序) 输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内 存。
• 图1-6 多道程序的运行情况 第18页/共86页
2. 多道批处理系统的优缺点 多道批处理系统的优缺点如下： (1) 资源利用率高。引入多道批处理能使多道程序交替运行，以保持 CPU处于忙碌状态；在内存中装入多道程序可提高内存的利用率；此外还 可以提高I/O设备的利用率。 (2) 系统吞吐量大。能提高系统吞吐量的主要原因可归结为：① CPU和其它资源保持“忙碌”状态；② 仅当作业完成时或运行不下去时 才进行切换，系统开销小。
常见的几种： (1) 工业(武器)控制系统。 (2) 信息查询系统。 (3) 多媒体系统。 (4) 嵌入式系统。
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2. 实时任务的类型 (1) 周期性实时任务和非周期性实时任务。 (2) 硬实时任务和软实时任务。
第27页/共86页
3. 实时系统与分时系统特征的比较 (1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。 (5) 可靠性。
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• 图1-4 单道批处理系统的处理流程 第14页/共86页
2. 单道批处理系统的缺点 单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到充分的利用。 这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O请求后， CPU便处于等待状态，必须在其I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的 低速性，更使CPU的利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况， 从图可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
(1) 用户独占全机，即一台计算机的全部资源由上机用户所独占。 (2) CPU等待人工操作。当用户进行装带(卡)、卸带(卡)等人工操 作时，CPU及内存等资源是空闲的。
第10页/共86页
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，20世纪 50年代末出现了脱机I/O技术。该技术是事先将装有用户程序和数据的纸 带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带(卡片)上的数据(程序) 输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内 存。
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页面置换算法
FIFO（先进先出）算法
选择最早进入内存的页面进行置换。
LRU（最近最少使用）算法
选择最近一段时间内最久未使用的页面进行 置换。
OPT（最佳）算法
选择将来最久不会被访问的页面进行置换， 需要预知未来的页面访问序列。
04
文件系统
文件的概念与类型
文件的基本概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作 系统进行数据管理的基本单位。
06
操作系统安全与保 护
操作系统安全概述
安全威胁的类型
病毒、蠕虫、木马、黑客攻击等。
操作系统安全的重要性
保护系统资源，防止未经授权的访问和破坏 。
安全策略的制定
访问控制、加密、防火墙等。
访问控制技术
访问控制的概念
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 。
担。
中断驱动I/O方式
利用中断机制实现CPU与I/O设备的 并行工作，提高CPU的利用率。
通道控制方式
使用通道控制器管理多个I/O设备， 实现更高效的I/O操作。
设备分配技术
独占设备分配
为进程分配独占设备，确保进程对设备的独占性 访问。
共享设备分配
允许多个进程共享同一设备，通过时间片轮转或 优先级调度等方式实现设备的共享访问。
设备访问控制
提供设备访问接口，对用户或 应用程序的设备访问请求进行 控制和管理。
设备性能优化
对设备的性能进行监测和分析 ，提供性能优化建议，提高设 备的运行效率。
I/O控制方式
程序I/O方式
通过程序直接控制I/O操作，适用于简 单的、低速的I/O设备。
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5.1.3 虚拟存储器的实现方法 1. 分页请求系统 1) 硬件支持 主要的硬件支持有： (1) 请求分页的页表机制。 (2) 缺页中断机构。 (3) 地址变换机构。 2) 实现请求分页的软件
7
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2. 局部性原理 程序运行时存在的局部性现象，很早就已被人发现，但 直到1968年，P.Denning才真正指出：程序在执行时将呈现出 局部性规律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某 个部分，相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。
2
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2. 请求分段系统 1) 硬件支持 主要的硬件支持有： (1) 请求分段的段表机制。 (2) 缺页中断机构。 (3) 地址变换机构。 2) 软件支持
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5.2 请求分页存储管理方式
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5.3.1 最佳置换算法和先进先出置换算法 1. 最佳(Optimal)置换算法 最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一种理论上的
算法。其所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的，或许是 在最长(未来)时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法 通常可保证获得最低的缺页率。但由于人们目前还无法预知， 一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时 间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，但可以利用 该算法去评价其它算法。
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2. 局部性原理 程序运行时存在的局部性现象，很早就已被人发现，但 直到1968年，P.Denning才真正指出：程序在执行时将呈现出 局部性规律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某 个部分，相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。
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2. 请求分段系统 1) 硬件支持 主要的硬件支持有： (1) 请求分段的段表机制。 (2) 缺页中断机构。 (3) 地址变换机构。 2) 软件支持
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5.2 请求分页存储管理方式
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5.3.1 最佳置换算法和先进先出置换算法 1. 最佳(Optimal)置换算法 最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一种理论上的
算法。其所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的，或许是 在最长(未来)时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法 通常可保证获得最低的缺页率。但由于人们目前还无法预知， 一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时 间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，但可以利用 该算法去评价其它算法。
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8
第四章 存 储 器 管 理
2. 磁盘缓存 由于目前磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，为 了缓和两者之间在速度上的不匹配，而设置了磁盘缓存，主 要用于暂时存放频繁使用的一部分磁盘数据和信息，以减少 访问磁盘的次数。但磁盘缓存与高速缓存不同，它本身并不 是一种实际存在的存储器，而是利用主存中的部分存储空间 暂时存放从磁盘中读出(或写入)的信息。主存也可以看作是 辅存的高速缓存，因为，辅存中的数据必须复制到主存方能 使用，反之，数据也必须先存在主存中，才能输出到辅存。
5
第四章 存 储 器 管 理
4.1.2 主存储器与寄存器 1. 主存储器 主存储器简称内存或主存，是计算机系统中的主要部件，
用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器。
6
第四章 存 储 器 管 理
2. 寄存器 寄存器具有与处理机相同的速度，故对寄存器的访问速 度最快，完全能与CPU协调工作，但价格却十分昂贵，因此 容量不可能做得很大。
பைடு நூலகம்12
第四章 存 储 器 管 理
2. 可重定位装入方式(Relocation Loading Mode) 绝对装入方式只能将目标模块装入到内存中事先指定的 位置，这只适用于单道程序环境。而在多道程序环境下，编 译程序不可能预知经编译后所得到的目标模块应放在内存的 何处。因此，对于用户程序编译所形成的若干个目标模块， 它们的起始地址通常都是从0开始的，程序中的其它地址也 都是相对于起始地址计算的。
第四章 存 储 器 管 理
第四章 存 储 器 管 理
4.1 存储器的层次结构 4.2 程序的装入和链接 4.3 连续分配存储管理方式 4.4 对换(Swapping) 4.5 分页存储管理方式 4.6 分段存储管理方式 习题
1
第四章 存 储 器 管 理
4.1 存储器的层次结构
在计算机执行时，几乎每一条指令都涉及对存储器的访 问，因此要求对存储器的访问速度能跟得上处理机的运行速 度。或者说，存储器的速度必须非常快，能与处理机的速度 相匹配，否则会明显地影响到处理机的运行。此外还要求存 储器具有非常大的容量，而且存储器的价格还应很便宜。
(3) 装入，由装入程序(Loader)将装入模块装入内存。 图4-2示出了这样的三步过程。本节将扼要阐述程序(含 数据)的链接和装入过程。
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第四章 存 储 器 管 理
图4-2 对用户程序的处理步骤
11
第四章 存 储 器 管 理
4.2.1 程序的装入 为了阐述上的方便，我们先介绍一个无需进行链接的单
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第四章 存 储 器 管 理
4.1.3 高速缓存和磁盘缓存 1. 高速缓存 高速缓存是现代计算机结构中的一个重要部件，它是介
于寄存器和存储器之间的存储器，主要用于备份主存中较常 用的数据，以减少处理机对主存储器的访问次数，这样可大 幅度地提高程序执行速度。高速缓存容量远大于寄存器，而 比内存约小两到三个数量级左右，从几十KB到几MB，访问 速度快于主存储器。
3
第四章 存 储 器 管 理
图4-1 计算机系统存储层次示意
4
第四章 存 储 器 管 理
2. 可执行存储器 在计算机系统的存储层次中，寄存器和主存储器又被称 为可执行存储器。对于存放于其中的信息，与存放于辅存中 的信息相比较而言，计算机所采用的访问机制是不同的，所 需耗费的时间也是不同的。进程可以在很少的时钟周期内使 用一条load或store指令对可执行存储器进行访问。但对辅存 的访问则需要通过I/O设备实现，因此，在访问中将涉及到 中断、设备驱动程序以及物理设备的运行，所需耗费的时间 远远高于访问可执行存储器的时间，一般相差3个数量级甚 至更多。
个目标模块的装入过程。该目标模块也就是装入模块。在将 一个装入模块装入内存时，可以有如下三种装入方式：
1. 绝对装入方式(Absolute Loading Mode) 当计算机系统很小，且仅能运行单道程序时，完全有可 能知道程序将驻留在内存的什么位置。此时可以采用绝对装 入方式。用户程序经编译后，将产生绝对地址(即物理地址) 的目标代码。
9
第四章 存 储 器 管 理
4.2 程序的装入和链接
用户程序要在系统中运行，必须先将它装入内存，然后 再将其转变为一个可以执行的程序，通常都要经过以下几个 步骤：
(1) 编译，由编译程序(Compiler)对用户源程序进行编译， 形成若干个目标模块(Object Module)；
(2) 链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标 模块以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的 装入模块(Load Module)；
(1) 对相对地址进行修改。 (2) 变换外部调用符号。
16
第四章 存 储 器 管 理
图4-4 程序链接示意图
17
第四章 存 储 器 管 理
2
第四章 存 储 器 管 理
4.1.1 多层结构的存储器系统 1. 存储器的多层结构 对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高
层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的 计算机中，还可以根据具体的功能细分为寄存器、高速缓存、 主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等6层。 如图4-1所示。
15
第四章 存 储 器 管 理
4.2.2 程序的链接 1. 静态链接(Static Linking)方式 在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数
链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开。在图4-4(a)中 示出了经过编译后所得到的三个目标模块A、B、C，它们的 长度分别为L、M和N。在模块A中有一条语句CALL B，用 于调用模块B。在模块B中有一条语句CALL C，用于调用模 块C。B和C都属于外部调用符号，在将这几个目标模块装配 成一个装入模块时，须解决以下两个问题：
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第四章 存 储 器 管 理
图4-3 作业装入内存时的情况
14
第四章 存 储 器 管 理
3. 动态运行时的装入方式(Dynamic Run-time Loading) 可重定位装入方式可将装入模块装入到内存中任何允许 的位置，故可用于多道程序环境。但该方式并不允许程序运 行时在内存中移动位置。
第四章 存 储 器 管 理
2. 磁盘缓存 由于目前磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，为 了缓和两者之间在速度上的不匹配，而设置了磁盘缓存，主 要用于暂时存放频繁使用的一部分磁盘数据和信息，以减少 访问磁盘的次数。但磁盘缓存与高速缓存不同，它本身并不 是一种实际存在的存储器，而是利用主存中的部分存储空间 暂时存放从磁盘中读出(或写入)的信息。主存也可以看作是 辅存的高速缓存，因为，辅存中的数据必须复制到主存方能 使用，反之，数据也必须先存在主存中，才能输出到辅存。
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4.1.2 主存储器与寄存器 1. 主存储器 主存储器简称内存或主存，是计算机系统中的主要部件，
用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器。
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2. 寄存器 寄存器具有与处理机相同的速度，故对寄存器的访问速 度最快，完全能与CPU协调工作，但价格却十分昂贵，因此 容量不可能做得很大。
பைடு நூலகம்12
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2. 可重定位装入方式(Relocation Loading Mode) 绝对装入方式只能将目标模块装入到内存中事先指定的 位置，这只适用于单道程序环境。而在多道程序环境下，编 译程序不可能预知经编译后所得到的目标模块应放在内存的 何处。因此，对于用户程序编译所形成的若干个目标模块， 它们的起始地址通常都是从0开始的，程序中的其它地址也 都是相对于起始地址计算的。
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4.1 存储器的层次结构 4.2 程序的装入和链接 4.3 连续分配存储管理方式 4.4 对换(Swapping) 4.5 分页存储管理方式 4.6 分段存储管理方式 习题
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4.1 存储器的层次结构
在计算机执行时，几乎每一条指令都涉及对存储器的访 问，因此要求对存储器的访问速度能跟得上处理机的运行速 度。或者说，存储器的速度必须非常快，能与处理机的速度 相匹配，否则会明显地影响到处理机的运行。此外还要求存 储器具有非常大的容量，而且存储器的价格还应很便宜。
(3) 装入，由装入程序(Loader)将装入模块装入内存。 图4-2示出了这样的三步过程。本节将扼要阐述程序(含 数据)的链接和装入过程。
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图4-2 对用户程序的处理步骤
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4.2.1 程序的装入 为了阐述上的方便，我们先介绍一个无需进行链接的单
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4.1.3 高速缓存和磁盘缓存 1. 高速缓存 高速缓存是现代计算机结构中的一个重要部件，它是介
于寄存器和存储器之间的存储器，主要用于备份主存中较常 用的数据，以减少处理机对主存储器的访问次数，这样可大 幅度地提高程序执行速度。高速缓存容量远大于寄存器，而 比内存约小两到三个数量级左右，从几十KB到几MB，访问 速度快于主存储器。
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图4-1 计算机系统存储层次示意
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2. 可执行存储器 在计算机系统的存储层次中，寄存器和主存储器又被称 为可执行存储器。对于存放于其中的信息，与存放于辅存中 的信息相比较而言，计算机所采用的访问机制是不同的，所 需耗费的时间也是不同的。进程可以在很少的时钟周期内使 用一条load或store指令对可执行存储器进行访问。但对辅存 的访问则需要通过I/O设备实现，因此，在访问中将涉及到 中断、设备驱动程序以及物理设备的运行，所需耗费的时间 远远高于访问可执行存储器的时间，一般相差3个数量级甚 至更多。
个目标模块的装入过程。该目标模块也就是装入模块。在将 一个装入模块装入内存时，可以有如下三种装入方式：
1. 绝对装入方式(Absolute Loading Mode) 当计算机系统很小，且仅能运行单道程序时，完全有可 能知道程序将驻留在内存的什么位置。此时可以采用绝对装 入方式。用户程序经编译后，将产生绝对地址(即物理地址) 的目标代码。
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4.2 程序的装入和链接
用户程序要在系统中运行，必须先将它装入内存，然后 再将其转变为一个可以执行的程序，通常都要经过以下几个 步骤：
(1) 编译，由编译程序(Compiler)对用户源程序进行编译， 形成若干个目标模块(Object Module)；
(2) 链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标 模块以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的 装入模块(Load Module)；
(1) 对相对地址进行修改。 (2) 变换外部调用符号。
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第四章 存 储 器 管 理
图4-4 程序链接示意图
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4.1.1 多层结构的存储器系统 1. 存储器的多层结构 对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高
层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的 计算机中，还可以根据具体的功能细分为寄存器、高速缓存、 主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等6层。 如图4-1所示。
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4.2.2 程序的链接 1. 静态链接(Static Linking)方式 在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数
链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开。在图4-4(a)中 示出了经过编译后所得到的三个目标模块A、B、C，它们的 长度分别为L、M和N。在模块A中有一条语句CALL B，用 于调用模块B。在模块B中有一条语句CALL C，用于调用模 块C。B和C都属于外部调用符号，在将这几个目标模块装配 成一个装入模块时，须解决以下两个问题：
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图4-3 作业装入内存时的情况
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3. 动态运行时的装入方式(Dynamic Run-time Loading) 可重定位装入方式可将装入模块装入到内存中任何允许 的位置，故可用于多道程序环境。但该方式并不允许程序运 行时在内存中移动位置。