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。
计算机操作系统中的文件系统和存储管理
计算机操作系统中的文件系统和存储管理计算机操作系统作为整个计算机系统的核心,负责管理和控制计算机硬件和软件资源的使用。
其中,文件系统和存储管理是操作系统中重要的子系统,负责管理计算机中的文件和存储设备。
本文将介绍计算机操作系统中的文件系统和存储管理的作用、原理以及常见实现方式。
一、文件系统文件系统是操作系统中的一个重要组成部分,它负责管理和组织计算机中的文件,使用户能够方便地创建、访问、修改和删除文件。
文件系统在操作系统层次上对存储介质进行抽象,将存储设备上的数据组织为一个个文件,并提供了对文件的操作接口。
常见的文件系统有FAT、NTFS(在Windows系统中使用)、EXT4(在Linux系统中使用)等。
文件系统的主要功能如下:1. 文件的创建与删除:文件系统提供了创建和删除文件的接口,用户可以根据需要创建和删除文件。
2. 文件的读写操作:用户可以通过文件系统对文件进行读写操作,包括从文件中读取数据和向文件中写入数据。
3. 文件的共享与保护:文件系统可以对文件进行共享和保护,以控制不同用户对文件的访问权限。
4. 文件的组织和管理:文件系统可以对文件进行组织和管理,包括对文件进行分类、组合和命名等。
文件系统的实现方式一般采用了目录结构,它通过目录(或文件夹)来组织和管理文件。
目录可以看作是一个文件索引的表格,它记录了文件的位置、大小、权限等信息,使用户可以根据文件名或路径找到相应的文件。
二、存储管理存储管理是操作系统中的另一个重要组成部分,它负责管理计算机中的存储设备,包括内存、硬盘等,以使其能够高效地存储和检索数据。
存储管理的主要功能如下:1. 内存管理:存储管理负责对计算机中的内存进行管理,包括内存的分配与释放、内存的保护与共享等。
通过内存管理,操作系统可以为不同的进程提供独立的地址空间,保证它们之间的互不干扰。
2. 虚拟存储:虚拟存储是一种将物理内存和辅助存储设备(如硬盘)结合起来使用的技术。
操作系统原理第5章 存储管理
• ⑶最佳适应算法
• 最佳适应算法的空闲链是按空闲区从小到大顺序排 列。为进程选择分区时总是寻找其大小最接近进程 所要求的存储区域。所谓“最佳”是指每次为进程 分配内存时,总是把能满足要求、又是最小的空闲 分区分配给进程,避免“大材小用”。
• 因为每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的, 这样将加速碎片的形成。
• ①如果被回收空闲分区没有空闲伙伴分区,那么保留该分区为一 个独立的空闲分区,否则执行②;
• ②合并回收分区及其伙伴分区,从而得到一个尺寸(2I+1)更大的 回收空闲分区,转移到①;
一个伙伴系统内存分配与回收的例子
• 伙伴系统克服了固定分区和动态分区存储管理技术的缺陷。但是伙伴 系统存在一个问题,即内存空间需要不断地进行分裂和合并,频繁的 伙伴分区合并操作会浪费很多时间。
• ③内存分配原则,以页帧为单位来分配内存,将进程若干个逻辑上连续的 页面装入若干个离散的页帧中,由页表提供进程的页号到存储空间帧号的 映射。
5.2.4伙伴系统
• 其实现原理如下: • 一个伙伴系统内存的用户可用空间为2U。进程申请存储空间时,
系统总是为其分配大小为2I的一个空闲分区。其中S≤I≤U,2S是系 统允许的最小分区尺寸。在实际操作系统中,最小分区尺寸一般 为212。 • 如果进程申请的存储空间大小为K,且2I-1<K≤2I,则将整个2I大小的 分区分配给该进程;否则,该分区被分割成两个大小相等的伙伴 分区,大小为2I-1;再判断K是否满足条件:2I-2<K≤2I-1,若满足条件, 则将两个伙伴中的任何一个分配给该进程。否则,将其中一个伙 伴又分成两个大小相等的伙伴分区;此过程一直继续进行,直到 产生的分区满足条件I-J≥S并2I-J-1<K≤2I-J,将2I-J大小的分区分配给该 进程;当I-J-1<S时,系统不再分割成两个大小相等的伙伴分区,将 2S大小的分区分配给该进程。 • 当进程执行完毕,释放一个尺寸为2I的分区时,系统用下面的算法 回收该分区。
计算机操作系统第四章-存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中,存储器是信息处理的来源与归宿,占据重要位置。
但是,在现有技术条件下,任何一种存储装置,都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面,同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢,容量由小到大的存储装置层次。
2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache:少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问;•内存RAM:若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问;•磁盘高速缓存:存在于主存中;•磁盘:数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问;由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户;提高主存储器的使用效率,使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。
(注意cpu和主存储器,这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能:•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址,虚地址):用户源程序经过编译/汇编、链接后,程序内每条指令、每个数据等信息,都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址,实地址):是一个实际内存单元(字节)的地址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间,它是从0开始的、是一维的;●将用户程序被装进内存,一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时,通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的,需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射;地址映射分静态和动态两种方式。
1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。
物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点:简单,不需要硬件支持;•缺点:一个作业必须占据连续的存储空间;装入内存的作业一般不再移动;不能实现虚拟存储。
操作系统存储管理实验报告
操作系统存储管理实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过编写一段程序,实现对内存的分配和回收操作,并验证算法的正确性和性能。
二、实验内容1.实现首次适应算法首次适应算法是一种动态分配的内存管理算法,通过从低地址往高地址内存块,找到第一个满足需求的空闲块进行分配。
具体实现过程如下:(1)初始化内存空间,设置内存块的大小和地址范围;(2)编写一个函数,实现内存的分配操作,根据需求大小找到第一个合适的空闲块,并在其前后设置相应的标志位;(3)编写一个函数,实现内存的回收操作,根据释放块的地址,将其前后的标志位进行合并;(4)模拟应用程序的运行,测试内存的分配和回收操作。
2.实现最佳适应算法最佳适应算法是一种动态分配的内存管理算法,通过整个内存空间,找到最小的满足需求的空闲块进行分配。
具体实现过程如下:(1)初始化内存空间,设置内存块的大小和地址范围;(2)编写一个函数,实现内存的分配操作,遍历整个内存空间,找到满足需求且大小最小的空闲块进行分配;(3)编写一个函数,实现内存的回收操作,根据释放块的地址,将其前后的标志位进行合并;(4)模拟应用程序的运行,测试内存的分配和回收操作。
三、实验结果1.首次适应算法经过测试,首次适应算法能够正确地进行内存的分配和回收操作,并且算法的性能良好。
尽管首次适应算法在分配过程中可能会产生碎片,但是由于它从低地址开始,可以在较短的时间内找到满足需求的空闲块。
在实际应用中,首次适应算法被广泛采用。
2.最佳适应算法经过测试,最佳适应算法能够正确地进行内存的分配和回收操作,并且算法的性能较好。
最佳适应算法会整个内存空间,找到大小最小的满足需求的空闲块。
因此,在分配过程中不会产生很多的碎片,但是算法的执行时间较长。
四、实验总结通过本次实验,我们成功地实现了首次适应算法和最佳适应算法,并对算法的正确性和性能进行了验证。
两种算法在内存的分配和回收过程中都表现出良好的性能,可广泛应用于实际场景中。
操作系统之存储管理
一个编译好的程序存在于它自己的逻辑地址空间中,运行时,要把它装入内存空间,图 3.2 显示了一个作业在编译前、编译后及装入内存后不同的地址空间。
1000b 1100b
Mov R1,[1200]
1000b 1100b
Mov R1,[200]
1200b
6817
1200b
6817
1299b
1299b
重定位寄存器
逻辑地址 200b
1000b
1200b 内存地址
(a) 采用静态重定位后的内存空间 (b) 采用动态重定位时内存空间及地址重定位示意图
图 3.3 静态地址重定位和动态地址重定位示意图
静态地址重定位的优点是通过重定位装入程序,实现逻辑地址到物理地址的转化,不需 要硬件的支持,可在任何机器上实现。早期的操作系统中大多数采用这种方法。缺点是程序 必须占用连续的内存空间,且一旦装入内存后,因为逻辑地址已被改变,就不便再移动,不 利于内存空间的利用。所以静态地址重定位只适用于静态的内存分配方式。
⑵ 动态地址重定位 动态地址重定位是在程序执行期间进行的。一般说来,这种转换由专门的硬件机构来完 成,通常采用一个重定位寄存器,在每次进行存储访问时,对取出的逻辑地址加上重定位寄 存器的内容,形成正确的物理地址,重定位寄存器的内容是程序装入内存的起始地址,如图 3.3(b)所示。 动态地址重定位的优点是不要求程序装入固定的内存空间,在内存中允许程序再次移动 位置,而且可以部分地装入程序运行,也便于多个作业共享同一程序的副本,因此,现代计 算机系统广泛采用动态地址重定位技术。动态地址重定位技术缺点是需要硬件支持,而且实
操作系统存储管理实验报告
操作系统存储管理实验报告一、实验目的操作系统的存储管理是计算机系统中非常重要的组成部分,它直接影响着系统的性能和资源利用率。
本次实验的目的在于深入理解操作系统中存储管理的基本原理和方法,通过实际操作和观察,掌握存储分配、回收、地址转换等关键技术,并对不同存储管理策略的性能进行分析和比较。
二、实验环境本次实验在 Windows 10 操作系统下进行,使用 Visual Studio 2019 作为编程环境,编程语言为 C++。
三、实验内容(一)固定分区存储管理1、原理固定分区存储管理将内存空间划分为若干个固定大小的分区,每个分区只能装入一道作业。
分区的大小可以相等,也可以不等。
2、实现创建一个固定大小的内存空间数组,模拟内存分区。
为每个分区设置状态标志(已分配或空闲),并实现作业的分配和回收算法。
3、实验结果与分析通过输入不同大小的作业请求,观察内存的分配和回收情况。
分析固定分区存储管理的优缺点,如内存利用率低、存在内部碎片等。
(二)可变分区存储管理1、原理可变分区存储管理根据作业的实际需求动态地划分内存空间,分区的大小和数量是可变的。
2、实现使用链表或数组来管理内存空间,记录每个分区的起始地址、大小和状态。
实现首次适应、最佳适应和最坏适应等分配算法,以及分区的合并和回收算法。
3、实验结果与分析比较不同分配算法的性能,如分配时间、内存利用率等。
观察内存碎片的产生和处理情况,分析可变分区存储管理的优缺点。
(三)页式存储管理1、原理页式存储管理将内存空间和作业都划分为固定大小的页,通过页表将逻辑地址转换为物理地址。
2、实现设计页表结构,实现逻辑地址到物理地址的转换算法。
模拟页面的调入和调出过程,处理缺页中断。
3、实验结果与分析测量页式存储管理的页面置换算法(如先进先出、最近最少使用等)的命中率,分析其对系统性能的影响。
探讨页大小的选择对存储管理的影响。
(四)段式存储管理1、原理段式存储管理将作业按照逻辑结构划分为若干个段,每个段有自己的名字和长度。
操作系统实验-存储管理
操作系统实验-存储管理操作系统实验-存储管理1、引言1.1 概述在操作系统中,存储管理是一个关键的任务。
它负责将程序和数据加载到内存中,管理内存的分配和回收,并确保不同进程之间的内存互不干扰。
本实验旨在深入了解并实践存储管理的相关概念和算法。
1.2 目的本实验的目的是让学生通过实际操作,了解存储管理的基本原理和常用算法,包括分页、分段和虚拟内存等。
通过实验,学生将学会如何实现内存分配和回收,以及处理内存碎片等问题。
1.3 实验环境- 操作系统:Windows、Linux、MacOS等- 编程语言:C、C++等2、实验步骤2.1 实验准备- 安装相应的开发环境和工具- 创建一个空白的项目文件夹,用于存放实验代码和相关文件2.2 实验一、分页存储管理- 理解分页存储管理的概念和原理- 实现一个简单的分页存储管理系统- 设计测试用例,验证分页存储管理的正确性和有效性2.3 实验二、分段存储管理- 理解分段存储管理的概念和原理- 实现一个简单的分段存储管理系统- 设计测试用例,验证分段存储管理的正确性和有效性2.4 实验三、虚拟存储管理- 理解虚拟存储管理的概念和原理- 实现一个简单的虚拟存储管理系统- 设计测试用例,验证虚拟存储管理的正确性和有效性3、实验结果分析3.1 分页存储管理结果分析- 分析分页存储管理系统的性能优缺点- 比较不同页面大小对系统性能的影响3.2 分段存储管理结果分析- 分析分段存储管理系统的性能优缺点- 比较不同段大小对系统性能的影响3.3 虚拟存储管理结果分析- 分析虚拟存储管理系统的性能优缺点- 比较不同页面置换算法对系统性能的影响4、总结与展望4.1 实验总结- 总结本次实验的收获和体会- 分析实验中遇到的问题和解决方法4.2 实验展望- 探讨存储管理领域的未来发展方向- 提出对本实验的改进意见和建议附件:无法律名词及注释:- 存储管理:操作系统中负责管理内存的任务,包括内存分配、回收和管理等功能。
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]第3章 存储管理
3.3.2 可变分区管理
1. 可变分区概念 可变分区/动态分区,与固定分区有三点不同: 1)分区的建立时刻 可变分区:在系统运行过程中,在作业装入时动态建立 固定分区:系统初启时建立。 2)分区的大小 可变分区:根据作业对内存的需求量而分配。 固定分区:事先设定,固定不变。 3)分区的个数 可变分区:变化不定。 固定分区:固定不变。
第3章 存储管理 章
本章研究的主要目的: 第一、要使主存得到充分、有效的利用; 第二、为用户提供方便的使用环境。
第3章 存储管理 章
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 概述 地址映射 分区管理 覆盖与交换 分页管理 分段管理 段页式管理 虚拟存储器管理
3.1 概述
存储器分类
作业调度时,根据内存需求,按一定的分区分 配算法,在PDT中查找空闲区,若满足,则进 行分配,并置该分区状态为1,表明已被占用。 作业执行完,回收内存时,回收的分区状态置 0,等待重新分配。
固定分区存在问题
简单易行但存在下列问题: 碎片 可接纳的作业大小受分区大小的限制 一般用在作业大小预先知道的专用系统中。
空白区表中的空白区按其容量以递减的次序排 列。查找分区说明表,找到第一个满足申请长 度的空闲区,分配并分割。剩余部分插入适当 位置。 最差适应算法:分割大空闲区后,还可以产生 较大的空闲区,空闲区均匀地减小,以避免碎 片。
④ 唯一最佳适应算法(single best fit) 分区按大小顺序分级(8KB、16KB、32 KB、…… ) 作业按请求容量也分成相应的存储级,仅当 PDT中相应级的分区为空闲时,才进行内存 分配,即使有更大的分区空闲也不予以分配。
分配策略/算法
① 首次/最先适应First fit:
《操作系统》存储管理实验报告
《操作系统》存储管理实验报告操作系统是计算机系统中最基础、最核心的软件之一,负责管理计算机硬件资源和提供资源的分配与调度。
而存储管理是操作系统中的重要组成部分,它负责管理计算机的内存,包括内存的分配、回收、保护等操作。
本文将针对存储管理进行实验,并撰写实验报告。
本次实验主要涉及以下内容:内存的分配与回收、内存的保护。
实验过程中,我首先根据操作系统的要求,设计了相应的算法用于内存的分配与回收。
并通过编写程序,验证了算法的正确性。
随后,我进一步研究了内存的保护机制,通过设置访问权限位和访问控制表,实现了对内存的合理保护。
在内存的分配与回收方面,我设计了一种简单的算法,首次适应算法。
具体实现如下:首先,将内存分为若干个块,每个块的大小为固定值。
当需要分配内存时,首先遍历内存块列表,找到第一个大小合适的块,将其分配给进程。
当进程终止时,将其占用的内存块回收,以便后续进程使用。
通过编写程序进行测试,结果表明该算法能够正确地进行内存的分配与回收。
在内存的保护方面,我采用了访问权限位和访问控制表的方式进行。
具体实现如下:首先,为每个进程分配一组访问权限位,记录了该进程能够访问的内存区域。
同时,设置一个访问控制表,记录了每个内存块的权限。
当进程访问一些内存块时,首先检查该进程的访问权限位,再与访问控制表中的权限进行比较,以确定该进程是否有权限访问该内存块。
通过编写程序进行测试,证明了该机制能够有效地保护内存。
总结来说,本次实验主要涉及了操作系统中的存储管理部分,包括内存的分配与回收、内存的保护。
通过设计算法和编写程序,我成功地实现了这些功能,并验证了其正确性。
通过本次实验,我进一步加深了对操作系统存储管理的理解,提高了编程和设计的能力。
计算机操作系统中的文件系统与存储管理
计算机操作系统中的文件系统与存储管理现代计算机操作系统在处理文件管理和数据存储方面起着至关重要的作用。
文件系统和存储管理是操作系统的核心组成部分,它们负责协调和管理计算机上所有的文件和数据,使得用户能够方便地存储、访问和管理信息。
一、文件系统文件系统是计算机操作系统中用于管理和组织文件的机制。
它定义了文件的创建、读取、修改和删除等操作,以及文件的存储和检索方式。
文件系统不仅仅是一个简单的文件管理工具,而是一个结构化的数据组织体系,为用户提供了一种逻辑层面上的文件管理抽象。
1. 文件组织在文件系统中,文件以一定的格式和结构进行组织和存储。
常见的文件组织方式有顺序文件、索引文件和散列文件等。
顺序文件是将记录按照顺序存储的文件,适用于顺序访问;索引文件通过建立索引表来加快文件的查找速度;散列文件采用散列函数将记录分布到不同的桶中,实现了均匀的记录访问。
2. 文件访问方式文件系统支持不同的文件访问方式,包括顺序访问、直接访问和索引访问等。
顺序访问是按照文件中的顺序逐个访问记录,适用于顺序处理;直接访问是通过记录的物理地址直接读取和写入数据,适用于随机访问;索引访问通过索引表查找记录的位置,可以快速访问和修改记录。
二、存储管理存储管理是操作系统中负责管理计算机存储资源的模块。
它包括分配和回收内存空间、虚拟内存管理和高效的页面替换算法等,以保障计算机的正常运行和资源的合理利用。
1. 内存管理内存管理是操作系统中最重要的一部分,它负责分配和回收内存空间,以满足进程的需求。
常见的内存管理方式有连续内存分配和离散内存分配。
连续内存分配将内存按照物理地址的连续性进行划分,适用于静态分区和动态分区;离散内存分配通过页表和分段表将进程的逻辑地址映射到物理地址空间,实现了虚拟内存管理。
2. 虚拟内存管理虚拟内存是计算机系统的重要特性之一,它使得操作系统能够管理比物理内存更大的地址空间。
虚拟内存管理通过将进程的部分数据和指令存储在物理内存中,将其余部分存储在磁盘上,以实现内存的扩展和共享。
操作系统存储管理的基本功能
操作系统存储管理的基本功能1.引言1.1 概述概述部分的内容:操作系统存储管理是指操作系统对计算机系统中内存资源的有效利用和管理。
作为计算机系统的核心组成部分之一,存储管理在操作系统中起着至关重要的作用。
随着计算机技术的不断进步,计算机系统的存储容量和速度也在不断增长。
存储管理的目标是通过科学合理地分配、使用和回收内存资源,使得计算机系统能够更高效地运行。
在实际应用中,存储管理涉及到内存分配、地址映射、页面置换、内存保护和内存回收等一系列操作。
存储管理的基本功能主要包括:内存分配、地址映射和内存保护。
通过有效的内存分配算法,操作系统可以合理地将内存资源分配给不同的进程,以满足其运行所需。
地址映射则是将逻辑地址(进程所使用的地址)转换为物理地址(实际内存地址),实现内存的访问和存取。
内存保护则是通过权限控制机制,防止进程之间相互干扰或恶意访问他们之间的内存空间。
综上所述,操作系统存储管理的基本功能是确保计算机系统内存资源的高效利用和安全可靠的访问。
通过合理的内存分配、地址映射以及内存保护机制,操作系统可以有效地管理和控制系统中的内存资源,提高计算机系统的运行效率和稳定性。
文章结构部分的内容:文章结构是指文章的整体架构和组织方式。
本文主要包括引言、正文和结论三个部分。
1. 引言部分包括以下几个方面:1.1 概述:简要介绍操作系统存储管理的基本概念和作用,引发读者对该主题的兴趣。
1.2 文章结构:本部分,详细介绍文章的整体结构和各个部分的内容安排。
1.3 目的:说明撰写该篇文章的目的和意义,以及预期的阅读效果。
2. 正文部分是本文的核心部分,主要包括以下两个方面:2.1 存储管理的基本概念和作用:介绍存储管理的基本概念,如进程的地址空间、虚拟内存等;探讨存储管理的作用,如提高内存利用率、实现内存保护等。
2.2 存储管理的基本功能:详细介绍存储管理的基本功能,如内存分配与回收、地址映射和地址转换、页面置换算法等。
计算机操作系统中的文件系统与存储管理
计算机操作系统中的文件系统与存储管理在计算机操作系统中,文件系统和存储管理是两个重要的概念。
文件系统是操作系统中的一种模块,它负责管理计算机中的文件和目录,提供对文件的读写、创建、删除等操作。
存储管理则是操作系统中的另一个模块,它负责管理计算机的存储资源,包括内存和硬盘等。
一、文件系统文件系统是计算机操作系统中的一个核心模块,它定义了文件的组织方式、存储结构、文件的访问和操作方法等。
文件系统的设计目标是提供一个方便、高效、可靠的文件管理机制。
1.1 文件与目录文件系统中的最基本单位是文件,文件是计算机中存储数据的逻辑单位。
文件由一组相关的信息和数据组成,可以是文本文件、图像文件、音频文件等。
文件通过文件名来标识和访问。
文件系统中的文件一般以层次结构的方式进行组织,通过目录来管理文件。
目录是一种特殊的文件,它用于存储其他文件和目录的信息。
目录可以包含其他目录,形成多级目录结构,方便用户组织和管理文件。
1.2 文件的操作文件系统提供了一系列的操作来对文件进行读写和管理。
常见的文件操作包括打开文件、关闭文件、读取文件、写入文件、创建文件、删除文件等。
这些操作可以通过文件系统提供的接口或命令来实现。
文件系统还支持对文件的访问控制和权限管理。
通过权限机制,可以限制用户对文件的访问和操作。
例如,可以设置只读权限、读写权限、执行权限等,以保护文件的安全性。
二、存储管理存储管理是计算机操作系统中的一个重要模块,它负责管理计算机的存储资源,包括内存和硬盘等。
存储管理的目标是高效地管理存储资源,提供对存储资源的分配和回收。
2.1 内存管理内存管理是存储管理的一个重要方面,它负责管理计算机中的内存资源。
操作系统通过内存管理实现了对内存空间的分配、回收和保护等操作。
内存管理可以将物理内存划分为若干个逻辑块,每个逻辑块称为页或帧。
内存管理还包括地址转换功能,将逻辑地址转换为物理地址。
通过地址转换,操作系统实现了地址空间的分隔和保护,保障各个进程的独立性和安全性。
操作系统-连续分配存储管理方式
操作系统-连续分配存储管理方式操作系统连续分配存储管理方式在计算机操作系统中,存储管理是一项至关重要的任务,它负责有效地管理计算机内存资源,以确保系统的高效运行和各种程序的正常执行。
连续分配存储管理方式是其中的一种常见方法,接下来让我们详细了解一下。
连续分配存储管理方式,顾名思义,就是为程序或进程分配连续的内存空间。
这种方式相对直观和简单,易于理解和实现。
首先,我们来谈谈单一连续分配。
在这种方式下,内存被分为系统区和用户区两部分。
系统区通常存放操作系统内核等关键系统程序,而用户区则只供一个用户程序使用。
这就好比一个房间被隔成了两个部分,一个部分是主人的私人空间,另一个部分则是留给客人的专属区域。
这种方式简单直接,但缺点也很明显,它只能用于单用户、单任务的操作系统,因为内存资源无法被多个程序共享,利用率较低。
接下来是固定分区分配。
这就像是把一个大房间提前划分成了几个固定大小的小房间。
每个小房间都有固定的大小,并且只能分配给大小合适的程序使用。
系统会预先将内存空间划分成若干个固定大小的分区,每个分区可以装入一个作业。
这种方式提高了内存的利用率,支持多道程序并发运行,但也存在一些问题。
比如,如果程序的大小小于分区的大小,就会造成内存空间的浪费,这就好比一个小个子住进了一个大房间,空间没有被充分利用。
而且,由于分区大小固定,缺乏灵活性,可能会出现大程序无法装入小分区的情况。
然后是动态分区分配。
这有点像一个灵活的仓库,根据货物的大小来随时调整存储空间。
在这种方式下,系统不会预先划分分区,而是在进程装入内存时,根据进程的实际需要,动态地划分出一块连续的内存空间分配给它。
当进程运行结束后,再将这块内存空间回收。
为了实现动态分区分配,系统通常需要使用一些数据结构来记录内存的使用情况,比如空闲分区表或者空闲分区链。
这种方式提高了内存的利用率,避免了固定分区分配中的一些浪费问题,但也带来了一些新的挑战。
比如说,随着进程的不断装入和退出,内存中会产生很多碎片,这些碎片可能很小,无法满足新进程的需求,从而导致内存的利用率降低。
考研操作系统-存储管理(二)
考研操作系统-存储管理(二)(总分:108.00,做题时间:90分钟)一、单项选择题(总题数:34,分数:68.00)1.对主存储器的访问,是( )。
A.以页(块)或段为单位B.以字节或字为单位C.随存储器的管理方案不同而异D.以用户的逻辑记录为单位(分数:2.00)A.B. √C.D.解析:[解析] 本题考查对主存的访问,不是对主存的分配。
主存的编址以字节为单位,对主存的访问也是以字节为单位。
因此本题选择B。
2.在虚拟内存管理中,地址变换机构将逻辑地址变换为物理地址,形成该逻辑地址的阶段是( )。
A.编辑 B.编译 C.链接 D.装载(分数:2.00)A.B. √C.D.解析:[解析] 编译过程指编译程序将用护源代码编译成目标模块。
源地址编译成目标程序时,会形成逻辑地址。
因此本题选择B。
3.把作业空间中使用的逻辑地址变换为内存中的物理地址的过程称为( )。
A.加载 B.重定位 C.物理化 D.逻辑化(分数:2.00)A.B. √C.D.解析:[解析] 本题考查重定位的概念。
由于作业装入内存时分配的内存空间与作业的地址空间是不一致的。
因此在作业装入或执行时,不对有关逻辑地址部分进行相应的修改,会导致错误的结果。
这种将作业的逻辑地址变换为物理地址的过程称为“地址重定位”。
因此本题选择B。
4.为了保证一个程序中主存中改变了存放位置之后仍能正常执行,则对主存空间应采用( )技术。
A.静态重定位 B.动态重定位 C.动态分配 D.静态分配(分数:2.00)A.B. √C.D.解析:[解析] 本题考查重定位的相关概念,而不是内存分配方式,所以首先排除C和D选项。
静态重定位中,地址变换通常是在装入时一次性完成,之后地址都不再改变,称为静态重定位。
动态重定位采用动态运行时装入方式,可以保证一个程序在主存中改变了存放位置后仍然能正确执行。
因此本题选择B。
5.在存储管理中采用交换与覆盖技术,其目的是( )。
A.从物理上扩充内存 B.实现主存共享C.节省存储空间 D.提高内存利用率(分数:2.00)A.B.C.D. √解析:[解析] 本题考查交换与覆盖技术的基本概念。
操作系统中存储器管理的主要功能
操作系统中存储器管理的主要功能存储器管理是操作系统中的核心组成部分之一,它主要负责管理计算机中的存储器资源,以便有效地分配和利用存储空间,并且为不同的程序和进程提供安全的访问。
在操作系统中,存储器管理的主要功能包括内存分配、内存保护、内存扩充、内存回收和换页操作。
内存分配内存分配是指操作系统根据进程的需要以及存储器的可用空间,为进程分配合适的内存空间。
在操作系统启动时,它会将系统的内存划分为多个连续的内存块,每个内存块可以用来存储一个进程或一部分进程。
内存分配可以通过两种方式进行:静态分配和动态分配。
静态分配是在程序编译或装载时进行的,操作系统会为每个进程分配固定大小的内存空间。
这种方式简单、高效,但是会导致内存的浪费和碎片化的问题。
动态分配则是在程序运行时进行的,操作系统根据进程的需要动态地分配内存空间,使得进程能够根据实际需求来使用存储空间。
内存保护内存保护是操作系统中存储器管理的重要功能之一,它主要通过权限控制来保护进程的内存空间。
每个进程被分配的内存空间应该是相互独立的,进程之间不能相互干扰或篡改彼此的数据。
操作系统通过给每个进程设置访问权限,限制进程对其他进程内存空间的访问,从而保护了每个进程的数据安全。
为了实现内存保护,操作系统使用地址映射、地址转换和访问控制等方法。
地址映射将逻辑地址转换为物理地址,以便进程能够正确访问内存。
地址转换是通过分页或分段的方式来实现的,将逻辑地址划分为不同的页或段,并映射到实际的物理地址上。
访问控制则是通过设置访问权限位来限制进程对内存空间的访问。
内存扩充随着计算机系统的发展,存储器的容量需求也越来越大。
内存扩充是操作系统中存储器管理的重要任务之一,它可以通过两种方式实现:覆盖和交换。
覆盖是指将进程的一部分数据从内存中移出,然后将新的数据加载到内存中。
这种方式适用于内存空间有限的情况下,可以有效地利用存储资源。
但是,由于数据的移动会导致额外的开销和延迟,因此需要谨慎使用。
计算机操作系统第七章 - 存 储 管 理
分页系统中的地址映射
图5-16 分页系统的地址转换机构 每个进程平均有半个页面的内部碎 片
页面尺寸
设进程的平均大小为s字节,页面尺寸为p字节 ,每个页表项占e字节。那么,每个进程需要的 页数大约为s/p,占用 s . e /p 字节的页表空间。 每个进程的内部碎片平均为p/2。 因此,由页表和内部碎片带来的总开销是: s . e /p+p/2
• • •
虚拟存储器的特征
① ② ③ ④
虚拟扩充。 部分装入。 离散分配。 多次对换。
地址重定位( 地址重定位(地址映射)
• • • • • • • • • • • •
MOV AX,1234 ;立即数寻址 MOV [1000],AX 存储器直接寻址 MOV BX,1002 ;立即数寻址 MOV BYTE PTR[BX],20 ;基址寻址 MOV DL,39 ;立即数寻址 INC BX ;寄存器寻址 MOV [BX],DL ;基址寻址 DEC DL ;寄存器寻址 MOV SI,3 ;立即数寻址 MOV [BX+SI],DL ;基址加变址寻址 MOV [BX+SI+1],DL ;基址+变址+立即数寻址 ;基址+变址+ MOV WORD PTR[BX+SI+2],2846 ;基址+变址+立即数寻址 ;基址+变址+
页面置换算法
页面置换
1.页面置换过程
图5-35 页面置换
需要解决的问题
• 系统抖动 • 缺页中断
•
在学汇编时,很多初学者对PC的寻址方式和很 在学汇编时,很多初学者对PC的寻址方式和很 不理解,甚至是很难理解。的确,这方面的知识 是很抽象的,需要比较强的空间想象能力。尤其 是我们在输入字符串时,那这些字符是如何进行 排列的呢?对于,这个问题,我相信很多初学者 也是很难想象是如何排列。但是,我可以这样比 喻:内存就是有很多栋“楼房” 喻:内存就是有很多栋“楼房”,“楼房”又是 楼房” 由“单元号”,“门户号”组成,那“楼房”就 单元号” 门户号”组成,那“楼房” 相当于内存地址的段地址,“单元号” 相当于内存地址的段地址,“单元号”就相当于 内存的的 偏移地址,“门户号(家)”就相当于“变 偏移地址,“门户号( 就相当于“ 地址”,而每个单元有16个 门户号( )",又当我 地址”,而每个单元有16个"门户号(家)",又当我 们找到"门户号( )"后 走进这个"门户号( )"就会 们找到"门户号(家)"后,走进这个"门户号(家)"就会 见到里面会有" ",而我们所说的人就是寄存器所 见到里面会有"人",而我们所说的人就是寄存器所 指的"内容" 指的"内容"了,
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不能由CPU直接读取。
高速缓存
程序和数据可以直接
主存
被CPU访问
外存
程序和数据必须交换到 内存后才能被CPU访问
第三章 操作系统
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)
1) 内存分配:解决如何合理分配内存空间保证以保 证各作业互不冲突,提高内存的利用率和运行效 率。
4) 内存扩充:当作业的地址空间大于分配到的存储空
间时需采取内存扩充技术。
常采用的内存扩充技术:覆盖、交换、虚拟存储
第三章 操作系统
21
3.2.2 实存储管理
当作业要求调入内存时,存储管理要提供 一个不小于作业地址空间的连续存储空间,当 空间不够时,常采用覆盖或交换技术扩充内存。
几种常用的实存储管理方法:
n
左邻居
右邻居
第三章 操作系统
P-1 P
P+n
30
空间回收例题
在空间分配例题中,当作业P4完成后,应 回收P4分区到空闲块链表中,见图a;当P5作业 完成后,回收使由于其左右邻居均为空闲块, 因此应进行合并,见图b所示。
第三章 操作系统
31
P1 P2 P3
P4
P5
P0
av
1901
3501
0 900
P1 P2 P3
1000 300 600
P4 P5 P0
900 700 1500
图a
第三章 操作系统
28
1
1 1000
P1 1
1001
1 300
P2 1
1301
1 600
P3 1
1901
1
1 900 P4
2801
1 700
P5 1
图b—占用块
av
3501
0 1500 P0
0
图c—空闲块
❖ 空间回收:当作业执行完毕后,系统将空间收回,插 入到空闲块链表中,但插入时还要判断左右相邻块是 否空闲,若是则合并成一个较大的空间,它可通过每一 块中头尾的控制信息区的tag标志来判断。设当前回收 块起始地址为p,大小为n,则应判断它左邻居p-1和右邻 居p+n的tag是否为0,若不为0则将当前回收块插入到 空闲块链表中。若出现有tag为0的相邻块,则应修改 原空闲块的大小,将本回收块和相邻块合并。
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。
➢ 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、相同的数据 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,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。
第三章 操作系统
8
3.1.2 操作系统的分类
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; 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。 作业--用户要求计算机执行的工作。由作业步组成。
作业被调入系统,先存放在外存缓冲区中,形成 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。
312kB 320kB 352kB 384kB 504kB 1024kB
内存 OS
8kB 32kB 32kB 120kB 520kB
内存状态表
返回
例:某系统使用固定分区分配管理,现有1k、9k、33k、121k 多道作业进入内存,画出占有空间情况,问浪费多大?
20k 28k 60k 124k 256k
可靠性要求比较高。
包 实时过程控制:用于工业生产的自动控制、导弹发射和飞机
括
飞行等控制实验过程控制。
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, 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
1. 操作系统的功能(5个)
0 1500
P4 0
P0 0
P4 释放
图a
P1 P2 P3
x’ = x +
物理地址 逻辑地址
逻辑地址空间
D
下界地址 物理地址空间
x
上界
L
下界
D
D
x’
L 界地址寄存 器
动态重定位:在程序执行过程中进行,当CPU访问内 存指令时由动态变换机构自动进行地址转换。
3) 存储保护:
在静态重定位系统中,应满足D≤ x’ <L, 执行错误处理程序。
否则
对动态重定位系统的存储保护将结合有关的存储方 式来讨论
1. 分区分配 2. 可重定位分区分配 3. 覆盖技术 4. 交换技术
第三章 操作系统
22
1、分区分配: 适应于小型、微型机上的多道系统
思想:将内存划分为若干个分区,每个分区分配给一个作业, 用静态重定位方式进行地址转换,用硬件措施保证各作业互 不干扰。划分方式上有固定分区和可变分区两种。
1) 固定分区分配:存储器事先被划分为若干个大小不 等的分区,存储管理程序根据调入内存作业的最大 存储量,找出一个足够大的分区分配给它。
• 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。
• 多道分时:内存放多道作业,轮流运行,不必调进 调出。
第三章 操作系统
10
3.1.2 操作系统的分类
3. 实时系统:
特点:要求对外部发生的随机事件作出及时响应,
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,
系统为每个分区设置一个目录,说明该分区的大小、 起始位置、分配状况等信息,所有分区目录构成一 个内存状态表。
特点:分区大小固定,状态表的结构可以是顺序表 也可以是链表;分区的分配和回收算法简单。
缺点:内存利用率低,有“碎片”,作业所需空间 和分区大小不一定恰好相等。
第三章 状态 1 8kB 312kB 已分配 2 32kB 320kB 已分配 3 32kB 352kB 未 用 4 120kB 384kB 未 用 5 520kB 504kB 已分配
计算机基础教学课件
第三章 操作系统
--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
第三章 操作系统
19
❖ 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, 这一过程称为重定位。
静态重定位:通过CPU中一对界地址寄存器来实现。集中 一次进行地址转换,在执行过程中不再改变。
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
应用 软件
语言编译软件:C, Basic等
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,硬 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
程序员
操作系统设 计人员
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
1. 手工操作阶段:程序的读入、编译、装配和 执行都由操作人员人工控制。速度慢、效 率低。
适用于大型计算机系统,要求对资源的分配及作 业的调度有精心的设计,管理功能强。
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 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 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,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)
➢ 处理器管理:解决CPU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 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,当 进程被撤消时回收分配出去的内存,通过对内 外存联合管理来扩大存储空间。(内存分配、 内存保护、内存扩充)
➢ 设备管理:对设备进行分配、调度,为用户使 用I/O设备提供方便的命令和操作界面。
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,而被终止的程序在一定条件下又能 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 行系统, 常驻内存。
第三章 操作系统
7
4. 多道程序系统
执行系统中,CPU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。
➢ 虚拟性:物理上的实体->逻辑上的对应物。
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
15
3.2.1 存储管理的功能及有关概念
存储管理分为两大类: 实存储管理 虚拟存储管理。
第三章 操作系统
26
可变分区分配
占用块 空闲块
图 3.8 P1
P3 P4
P6
P8
L link tag size R link
图 3.9 控制信息区
tag
UP link
第三章 操作系统
27
空间分配例题
设某系统用户区大小为5000字节,地址为1 ~ 5000,初始状态如下图a所示,依次分配给5个作业 P1 ~ P5, 作业占用区大小分别为1000,300,600, 900,700。 P0 为余下的空闲块,各占用块和空闲块 情况如下页图b和c所示。