操作系统储存管理程序

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操作系统-存储管理(4)段页式虚拟存储

操作系统-存储管理(4)段页式虚拟存储

操作系统-存储管理(4)段页式虚拟存储物理地址:⼜称绝对地址,即程序执⾏所使⽤的地址空间(处理器执⾏指令时按照物理地址进⾏)逻辑地址:⼜称相对地址,即⽤户编程所使⽤的地址空间,从0开始编号,有两种形式:⼀维逻辑地址(地址)⼆维逻辑地址(段号:段内地址)主存储器空间的分配与去配:分配:进程装⼊主存时,存储管理软件进⾏具体的主存分配操作,并设置⼀个表格记录主存空间的分配情况去配:当某个进程撤离或主动归还主存资源时,存储管理软件要收回它所占⽤的全部或者部分存储空间,调整主存分配表信息主存储器空间的共享:多个进程共享主存储器资源:多道程序设计技术使若⼲个程序同时进⼊主存储器,各⾃占⽤⼀定数量的存储空间,共同使⽤⼀个主存储器多个进程共享主存储器的某些区域:若⼲个协作进程有共同的主存程序块或者主存数据块多道程序设计需要复⽤主存:按照分区复⽤:主存划分为多个固定/可变尺⼨的分区,⼀个程序/程序段占⽤⼀个分区按照页架复⽤:主存划分成多个固定⼤⼩的页架,⼀个程序/程序段占⽤多个页架装载程序/加载器(loader)把可执⾏程序装⼊内存的⽅式有:绝对装载可重定位装载动态运⾏时装载地址转换:⼜称重定位,即把可执⾏程序逻辑地址转换成绝对地址,可分为:静态地址重定位:由装载程序实现装载代码模块的加载和地址转换(⽆需硬件⽀持),把它装⼊分配给进程的内存指定区域,其中所有指令代码和数据的逻辑地址在执⾏前⼀次全部修改为内存物理地址。

早期单任务单⽤户OS使⽤。

动态地址重地位:由装载程序实现装载代码模块的加载,把它装⼊进程的内存在指定区域,但对链接程序处理过的应⽤程序逻辑地址不做修改,程序内存起始地址被置⼊重定位寄存器(基址寄存器)。

程序执⾏过程中每当CPU访问程序和数据引⽤内存地址时,由硬件地址转换机构截取此逻辑地址并加上重定位寄存器的值。

运⾏时链接地址重定位存储保护:为避免主存中的多个进程相互⼲扰,必须对主存中的程序和数据进⾏保护。

操作系统五大管理功能包括哪些

操作系统五大管理功能包括哪些

操作系统五大管理功能包括哪些操作系统的五个基本管理功能你知道是什么呢?下面由小编整理了操作系统五大管理功能包括哪些的相关知识,希望对你有帮助。

操作系统五大管理功能包括哪些1) 设备管理:主要是负责内核与外围设备的数据交互,实质是对硬件设备的管理,包括对输入输出设备的分配,初始化,维护与回收等。

例如管理音频输入输出。

2) 作业管理:这部分功能主要是负责人机交互,图形界面或者系统任务的管理。

3) 文件管理:这部分功能涉及文件的逻辑组织和物理组织,目录结构和管理等。

从操作系统的角度来看,文件系统是系统对文件存储器的存储空间进行分配,维护和回收,同时负责文件的索引,共享和权限保护。

而从用户的角度来说,文件系统是按照文件目录和文件名来进行存取的。

4) 进程管理:说明一个进程存在的唯一标志是pcb(进程控制块),负责维护进程的信息和状态。

进程管理实质上是系统采取某些进程调度算法来使处理合理的分配给每个任务使用。

5)存储管理:数据的存储方式和组织结构。

补充:操作系统的四大类操作系统的类型也可以分为几种:批处理系统,分时操作系统,实时操作系统,网络操作系统等。

下面将简单的介绍他们各自的特点:1) 批处理系统:首先,用户提交完作业后并在获得结果之前不会再与操作系统进行数据交互,用户提交的作业由系统外存储存为后备作业;数据是成批处理的,有操作系统负责作业的自动完成;支持多道程序运行。

2) 分时操作系统:首先交互性方面,用户可以对程序动态运行时对其加以控制;支持多个用户登录终端,并且每个用户共享CPU和其他系统资源。

3) 实时操作系统:会有时钟管理,包括定时处理和延迟处理。

实时性要求比较高,某些任务必须优先处理,而有些任务则会被延迟调度完成。

4) 网络操作系统:网络操作系统主要有几种基本功能(1) 网络通信:负责在源主机与目标主机之间的数据的可靠通信,这是最基本的功能。

(2) 网络服务:系统支持一些电子邮件服务,文件传输,数据共享,设备共享等。

操作系统原理总结

操作系统原理总结

操作系统原理总结操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序,是计算机系统的内核与基石。

它负责控制和协调计算机的各种活动,使得计算机能够高效、稳定地运行。

下面就让我们来深入了解一下操作系统的原理。

操作系统的主要功能包括处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。

处理机管理的任务是合理地分配和调度处理机资源,以提高处理机的利用率和系统的性能。

进程是处理机管理中的一个重要概念,它是程序的一次执行过程。

操作系统通过进程控制、进程同步、进程通信和进程调度等手段来管理进程。

进程调度算法决定了哪个进程将获得处理机资源,常见的调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。

存储器管理的目标是为程序的运行提供良好的内存环境,提高内存的利用率。

内存分配方式有连续分配和离散分配两种。

连续分配包括单一连续分配和分区分配,离散分配则包括分页存储管理、分段存储管理和段页式存储管理。

虚拟存储器技术通过将部分程序和数据暂时存放在外存上,使得计算机能够运行比实际内存更大的程序。

设备管理的主要任务是管理和控制各类 I/O 设备,方便用户使用设备,并提高设备的利用率。

设备管理包括设备分配、设备驱动、设备缓冲和设备独立性等方面。

设备分配算法要考虑设备的使用情况和请求的优先级。

设备驱动程序是操作系统与设备硬件之间的接口,负责控制设备的操作。

设备缓冲可以减少 I/O 操作的次数,提高系统的性能。

文件管理负责对文件进行组织、存储、检索和保护。

文件系统为用户提供了一种按名存取的方式,方便用户对文件进行操作。

文件的逻辑结构有流式文件和记录式文件,物理结构有连续文件、链接文件和索引文件。

文件存储空间的管理方法有空闲表法、空闲链表法和位示图法等。

文件的保护机制可以防止文件被非法访问和修改。

用户接口是操作系统与用户之间的交互界面,分为命令接口和程序接口。

命令接口包括联机命令接口和脱机命令接口,程序接口则通过系统调用为用户程序提供服务。

操作系统的体系结构主要有单体结构、层次结构、微内核结构和客户/服务器结构等。

操作系统复习存储器管理

操作系统复习存储器管理

第一章 存储器管理4.1 存储器的层次结构—存储器应容量大,便宜,速度跟上处理器4.1.1 多级存储器结构通常有三层,细分为六层,如图4-1, 越往上,速度越快,容量越小,价格越贵; 寄存器和主存又称可执行存储器,进程可直接用指令访问,辅存只能用I/O 访问;4.1.2 主存储器与寄存器1.主存储器---内存,保存进程运行时的程序和数据;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;为缓和访存速度远低于CPU 执行指令的速度,在计算机系统中引入了寄存器和高速缓存;2.寄存器---与CPU 协调工作,用于加速存储器的访问速度,如用寄存器存放操作数,或用地址寄存器加快地址转换速度等;4.1.3 高速缓存和磁盘缓存1.高速缓存---根据程序执行的局部性原理将主存中一些经常访问的信息程序、数据、指令等存放在高速缓存中,减少访问主存储器的次数,可大幅度提高程序执行速度;2.磁盘缓存---将频繁使用的一部分磁盘数据和信息,暂时存放在磁盘缓存中,可减少访问磁盘的次数;它依托于固定磁盘,提供对主存储器存储空间的扩充,即利用主存中的存储空间,来暂存从磁盘中读/写入的信息;4.2 程序的装入和链接多道程序运行,需先创建进程;而创建进程第一步是将程序和数据装入内存;将源程序变为可在内存中执行的程序,通常都要经过以下几个步骤:编译---若干个目标模块;链接---链接目标模块和库函数,形成装入模块;装入---图 4-2 对用户程序的处理步骤寄存器高速缓存主存磁盘缓存磁盘可移动存储介质CPU 寄存器主存辅存第一步第二步第三步内存4.2.1 程序的装入——无需连接的单目标模块装入理解装入方式1. 绝对装入方式Absolute Loading Mode ---只适用单道程序环境如果知道程序的内存位置,编译将产生绝对地址的目标代码,按照绝对地址将程序和数据装入内存;由于程序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;绝对地址:可在编译时给出或由程序员直接赋予;若由程序员直接给出,不利于程序或数据修改,因此,通常是在程序中采用符号地址,然后在编译或汇编时转换为绝对地址;2. 可重定位装入方式Relocation Loading Mode ---适于多道程序环境多道程序环境下,编译程序不能预知目标模块在内存的位置;目标模块的起始地址是0,其它地址也都是相对于0计算的;此时应采用可重定位装入方式,根据内存情况,将模块装入到内存的适当位置,如图4-3 作业装入内存时的情况 ;3.动态运行时装入方式Dynamic Run-time Loading ---适于多道程序环境可重定位装入方式并不允许程序运行时在内存中移动位置;但是,在运行过程中它在内存中的位置可能经常要改变,此时就应采用动态运行时装入方式;动态运行时的装入程序,在把装入模块装入内存后,并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址,而是把这种地址转换推迟到程序真正执行时才进行;因此,装入内存后的所有地址都仍是相对地址;问题:程序装入内存后修改地址的时机是什么4.3 连续分配方式4.3.3 动态分区分配——根据进程需要动态分配内存1. 分区分配中的数据结构1 空闲分区表—用若干表目记录每个空闲分区的分区序号、分区始址及分区的大小等数据项;2 空闲分区链--为实现对空闲分区的分配和链接,在每分区起始部分,设置前向指针,尾部则设置一后向指针;为检索方便,在分区前、后向指针中,重复设置状态位和分区大小表目;当分0内存空间区被分配后,把状态位由“0”改为“1”时,前、后向指针失去意义;图 4-5 空闲链结构2. 分区分配算法P1231首次适应算法first-fit —空闲分区链以地址递增次序链接 每次按分区链的次序从头查找,找到符合要求的第一个分区;2 循环首次适应算法—FF 算法的变种从上次找到的空闲分区位置开始循环查找,找到后,修改起始查找指针; 3 最佳适应算法—空闲分区按容量从小到大排序 把能满足要求的、最小的空闲分区分配给作业 4 最坏适应算法——空闲分区按容量从大到小排序 挑选最大的空闲区分给作业使用;5) 快速适应算法—根据容量大小设立多个空闲分区链表3. 分区分配操作1.分配内存请求分区u.size; 空闲分区m.size; m.size-u.size ≤size,说明多余部分太小, 不再切割,将整个分区分配给请求者;否则从该分区中划分一块请求大小的内存空间,余下部分仍留在空闲分区链;如图4-6 内存分配流程;2.回收内存1 回收区与插入点的前一空闲分区F1相邻:合并,修改F1大小;2 回收区与后一空闲分区F2相邻:合并,修改首地址和大小;3 回收区同时与前、后两个分区邻接:合并,修改F1大小,取消F2;4 回收区不邻接:新建表项,填写首地址和大小,并插入链表;如图前向指针N +20N 个字节可用后向指针N +2图 4-6 内存分配流程4.3.6 可重定位分区分配1.动态重定位的引入例:在内存中有四个互不邻接的小分区,容量分别为10KB 、30KB 、14KB 和26KB;若现有一作业要获得40KB 的内存空间,因连续空间不足作业无法装入;可采用的一种解决方法是:通过移动内存中作业的位置,以把原来多个分散的小分区拼接成一个大分区的方法,称为“拼接”或“紧凑;由于用户程序在内存中位置的变化,在每次“紧凑”后,都必须对移动了的程序或数据进行重定位;图 4-8 紧凑的示意4.3.7 对换即中级调度1. 对换Swapping 的引入(a ) 紧凑前(b ) 紧凑后“活动阻塞”进程占用内存空间;外存上的就绪作业不能进入内存运行;所谓“对换”,是指把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据,调出到外存上,以便腾出足够的内存空间;再把已具备运行条件的进程或所需要的程序和数据,调入内存;对换是提高内存利用率的有效措施;根据对换单位可分为:进程对换、页面对换和分段对换;为了能实现对换,系统应具备以下三方面功能:对换空间的管理、进程的换出与换入2. 进程的换出与换入1进程的换出选择阻塞且优先级最低的进程,将它的程序和数据传送到磁盘对换区上;回收该进程所占用的内存空间,并对该进程的进程控制块做相应的修改;2进程的换入找出“就绪” 但已换出到磁盘上时间最久的进程作为换入进程,将之换入,直至已无可换入的进程;4.4 基本分页存储管理方式前面的连续分配方案会形成许多“碎片”,“紧凑”方法可以解决碎片但开销大;是否允许进程离散装入 离散单位不同,称分页式存储和分段式存储;不具备对换功能称为“基本分页式”,支持虚拟存储器功能称为“请求基本分页式”;4.4.1 页面与页表1. 页面1 页面和物理块---将进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片,称为页面,并为各页编号;相应地把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块,称为物理块,也同样编号;分配时,将进程中的页装入到物理块中,最后一页经常装不满一块而形成 “页内碎片”;2 页面大小---页面的大小应选择适中;页面太小,内存碎片减小,利用率高;但页表过长,占大量内存;页面较大,页表长度小;但页内碎片大;因此,页面的大小应选择得适中,且页面大小应是2的幂,通常为512 B~8 KB;2. 地址结构分页地址中的地址结构如下:31 12 11 0它含有两部分:页号P12~31位,最多有1M 页和页内位移量W0~11位,每页的大小4KB ; 对某特定机器,其地址结构是一定的;若给定一个逻辑地址空间中的地址为A,页面的大小为L,则页号P 和页内地址d 可按下式求得:MODL A d L A INT P ][=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=3. 页表---实现从页号到物理块号的地址映射用户程序0 页1 页2 页3 页4 页5 页…n 页页表内存4.4.2 地址变换机构任务:将逻辑地址转换为物理地址;页内地址变换:因页内地址与物理地址一一对应, 可直接转换;页号变换:页表可实现从逻辑地址中页号到内存中物理块号的变换; 1.基本的地址变换机构a. 页表功能可由一组专门的寄存器实现原理;b. 页表大多驻留内存,系统中只设置一页表寄存器来存放页表在内存的始址和页表长度实际操作;c. 进程未执行时,页表始址和长度存放在PCB 中;执行时才将这两个数据装入页表寄存器中过程;图 4-12 分页系统的地址变换机构2. 具有快表的地址变换机构a. 仅用页表寄存器时,CPU 每存取一数据要两次访问内存页表-地址变换-数据;b. 为提高地址变换速度,可在地址变换机构中增设一具有并行查寻能力的特殊高速缓冲寄存器用以存放当前访问的那些页表项,称为“快表”;c. ->在CPU 给出逻辑地址,将页号P 送入快表 ->页号匹配,读物理块号后送物理地址寄存器->无匹配页号,再访问内存中页表,把从页表项中读出的物理块号送地址寄存器;同时,再将此页表项存入到快表中;->如快表已满,则OS 须找到一换出页表项换出; 为什么增加“快表”为了提高地址变换速度,可在地址变换机构中增设一个具有并行查寻能力的特殊高速缓冲寄存器,又称为“联想寄存器”Associative Memory,或称为“快表 “快表”有何缺点越界中断图 4-13 具有快表的地址变换机构4.5 基本分段存储管理方式4.5.1 分段存储管理方式的引入为什么引入推动内存从固定分配到动态分配直到分页存储,主要动力是内存利用率,而引入分段存储管理方式,主要是为了满足用户和程序员的下述一系列需要:1方便编程---把作业按逻辑关系划分为若干段,每段有自己的名字和长度,并从0开始编址;LOAD 1,A|<D>; STORE 1,B|<C>2 信息共享---段是信息的逻辑单位;为实现共享,存储管理应与用户程序分段的组织方式相适应;3 信息保护---对信息的逻辑单位进行保护,应分段管理;4 动态增长---分段存储能解决数据段使用过程中动态增长;5 动态链接---运行过程中动态调入以段为单位的目标程序;4.5.2 分段系统的基本原理1. 分段作业划分为若干段,如图4-16,每个段用段号来代替段名,地址空间连续;段的长度由逻辑信息长度决定,因而各段长度不等;其逻辑地址由段号段名和段内地址所组成,结构如下: 31 16 15 0该地址结构中,允许一个作业最多有64K 个段,每个段的最大长度为64KB;编译程序能自页表寄存器逻辑地址L 物理地址动根据源程序产生若干个段;2.段表,其中每段占一个表项,中;图4-16 利用段表实现地址映射3.分页和分段的主要区别1 页是信息的物理单位,分页是为提高内存的利用率,是为满足系统管理的需要;段则是信息的逻辑单位,分段是为了能更好地满足用户的需要;2 页的大小固定且分页由系统硬件实现;而段的长度不固定,通常由编译程序根据信息的性质来划分;3 分页的作业地址空间是一维的,程序只需一个地址记忆符;而分段的作业地址空间是二维的,程序员既需给出段名,又需给出段内地址;4.5.3 信息共享可重入代码纯代码:允许多个进程同时访问的代码;绝对不允许可重入代码在执行中改变,因此,不允许任何进程修改它;4.5.4 段页式存储管理方式1.基本原理---,,,4KB;作业空间内存空间子程序段数据段(a)段号(S)段内页号(P)页内地址(W)(b)主程序段图4-21 利用段表和页表实现地址映射4.6 虚拟存储器的基本概念前面各种存储器管理方式共同点:它们要求将一个作业全部装入内存后方能运行,于是出现了下面这样两种情况:1 有的作业很大,其所要求的内存空间超过了内存总容量,作业不能全部被装入内存,致使该作业无法运行;2 有大量作业要求运行,但由于内存容量不足以容纳所有这些作业,只能将少数作业装入内存让它们先运行,而将其它大量的作业留在外存上等待;4.5.1 虚拟存储器的引入1.常规存储器管理方式的特征1 一次性;将作业全部装入内存后方能运行,此外有许多作业在每次运行时,并非其全部程序和数据都要用到;一次性装入,造成了对内存空间的浪费;2 驻留性;作业装入内存后一直驻留,直至运行结束;尽管因故等待或很少运行,都仍将继续占用宝贵的内存资源;现在要研究的问题是:一次性及驻留性在程序运行时是否必需;2.局部性原理早在1968年, Denning.P就曾指出:1 程序执行时,除了少部分的转移和过程调用指令外,在大多数情况下仍是顺序执行的;2 过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区域转至另一部分区域,但经研究看出,过程调用的深度在大多数情况下都不超过5;3 程序中存在许多循环结构,这些虽然只由少数指令构成, 但是它们将多次执行;4 程序中还包括许多对数据结构的处理, 如对数组进行操作,它们往往都局限于很小的范围内;局限性主要表现在下述两个方面:1 时间局限性-由于循环操作的存在;如果程序中的指令或数据一旦执行,则不久以后可能再次访问;2 空间局限性-由于程序的顺序执行;程序在一段时间内所访问的地址,可能集中在一定的范围之内;3. 虚拟存储器定义---基于局部性原理程序运行前,仅须将要运行的少数页面或段装入内存便可启动,运行时,如果需要访问的页段尚未调入内存缺页或缺段,用OS提供请求调页段功能调入;如果此时内存已满,则还须再利用页段的置换功能,将内存中暂时不用的页段调至外存,腾出足够的内存空间后,再将要访问的页段调入;所谓虚拟存储器,是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上扩充内存容量的一种存储器系统;其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定,其运行速度接近于内存,成本接近于外存;4.6.3 虚拟存储器的特征1)多次性---一个作业被分成多次调入内存运行,最初装入部分程序和数据,运行中需要时,再将其它部分调入;2)对换性---允许在作业的运行过程中进行换进、换出;换进和换出能有效地提高内存利用率;3)虚拟性---从逻辑上扩充内存容量,使用户所看到远大于实际内存容量;这是虚拟存储器最重要的特征和最重要的目标;4)离散性---是以上三个特性的基础,在内存分配时采用离散分配的方式;备注:虚拟性是以多次性和对换性为基础的,而多次性和对换性又必须建立在离散分配的基础上;4.7 请求分页存储管理方式4.6.1 请求分页中的硬件支持---页表、缺页中断和地址变换请求分页系统是在分页的基础上,增加了“请求调页”和“页面置换”功能,每次调入和换出基本单位都是长度固定的页,实现比请求分段简单;1.页表机制---将用户地址空间中的逻辑地址变换为内存空间中的物理地址,因只将部分调入内存,需增设若干项;在请求分页系统中的每个页表项如下所示:1 状态位P:该页是否已调入内存,供访问时参考;2 访问字段A:记录一段时间内本页被访问的频率,供选择换出页时参考;3 修改位M:页在调入内存后是否被修改过,供置换页面时参考;4 外存地址:指出该页在外存上的地址,即物理块号,供调入该页时参考;4.7.2 内存分配策略和分配算法1.最小物理块数的确定是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数,当系统为进程分配的物理块数少于此值时,进程将无法运行;进程应获得的最少物理块数与计算机的硬件结构有关;对于某些简单的机器,所需的最少物理块数为2,分别用于存放指令和数据,间接寻址时至少要有三块;对于某些功能较强的机器,因其指令本身、源地址和目标地址都可能跨两个页面,至少要为每个进程分配6个物理块,以装入这些页面;2. 物理块的分配策略请求分页系统的两种内存分配策略:即固定和可变分配策略;两种置换策略:即全局置换和局部置换;可组合出以下三种策略;1 固定分配局部置换Fixed Allocation, Local Replacement--每进程分配一定数目的物理块,在整个运行期间都不再改变,换入换出都限于这些物理块;每个进程物理块难以确定,太多太少都不好2 可变分配全局置换Variable Allocation, Global Replacement --每进程分配一定数目的物理块,OS 保持一空闲物理块队列;进程缺页时,摘下一空闲块,并将该页装入;3 可变分配局部置换Variable Allocation, Local Replacemen --每进程分配一定数目的物理块;进程缺页时,只允许从该进程内存页中选出一页换出;若缺页中断频繁,再为该进程分配若干物理块,直至缺页率减少;若缺页率特低,则减少该进程的物理块数,应保证缺页率无明显增加;3. 物理块分配算法1 平均分配算法--将所有可供分配的物理块,平均分配给各个进程; 例如,有100个物理块,5个进程,每进程可分20个物理块;未考虑到各进程本身的大小;2 按比例分配算法--根据进程的大小按比例分配物理块;共n 个进程,每进程页面数为si,则页面数的总和为:设可用的物理块为m,每进程分到的物理块数为bi,有:3 考虑优先权的分配算法--为了照顾重要、紧迫的作业尽快完成,为它分配较多的空间;通常采取:把可供分配的物理块分成两部分:一部分按比例分给各进程;另一部分根据优先权分给各进程;有的系统是完全按优先权来分配;4.7.3 调页策略1. 何时调入页面1 预调页策略缺页前 :页面存放连续,用预测法一次调入多个相邻页,预测成功率仅为50%;2 请求调页策略缺页时:运行中,发现不在内存,立即请求,由OS 调入;2. 从何处调入页面请求分页系统中外存分为两部分:文件区和对换区;这样,当发生缺页请求时,系统应从何处将缺页调入内存:1 系统拥有足够的对换区,可以全部从对换区调入所需页面;在进程运行前,须将有关的文件拷贝到对换区;2 系统缺少足够的对换区,这时凡是不会被修改的文件,都直接从文件区调入,由于它们未被修改而不必换出;但对于可能被修改的部分,换出时调到对换区,以后需要时,再从对换区调入;3 UNIX 方式;凡是未运行过的页面,都应从文件区调入;曾运行过但已换出的页面,放在∑==ni iS S 1m SS b ii ⨯=对换区,下次应从对换区调入;4.8 页面置换算法当进程运行时,所访问的页面不在内存而需要将他们调入内存,但内存无空闲时,需要选择一页面换出到对换区,选择算法即页面置换算法;算法评价:页面置换频率低,调出页面将不会或很少访问;4.8.1 最佳置换算法和先进先出置换算法1. 最佳Optimal 置换算法由Belady 于1966年提出的一种理论上的算法;原理:其所选择的被淘汰页面,将是以后永不使用的, 或是在最长未来时间内不再被访问的页面;特点:通常可获得最低的缺页率,但由于进程运行不可预知而无法实现,用来评价其他算法;假定系统为某进程分配了三个物理块,并考虑有以下的页面号引用串:7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1进程运行时,先将7,0,1三页装入内存;当进程要访问页面2时,将会产生缺页中断,此时OS 根据最佳置换算法,将选择页面7予以淘汰;共发生6次页面置换;图 4-25 利用最佳页面置换算法时的置换图 2. 先进先出FIFO 页面置换算法---总是置换最先进入内存的页面;用FIFO 算法共发生12次页面置换;该算法与进程的实际运行规律不相符,有些页面经常被访问全局变量,常用函数;图 4-26 利用FIFO 置换算法时的置换图4.8.2 最近最久未使用Least Recently Used LRU 置换算法1. LRU置换算法 ---在无法预测各页面将来使用情况下,利用“最近过去”作为“最近将来”的近似选择最近最久未使用的页面予以淘汰;用LRU 算法共发生9次页面置换;引用率70770170122010320304243230321201201770101页框(物理块)203图 4-27 LRU 页面置换算法2. LRU 置换算法的硬件支持LRU 算法比较好,但为了快速知道哪一页是最近最久未使用的页面,需要硬件支持:寄存器或栈;1 寄存器为了记录某进程在内存中各页的使用情况,须为每个页面配置一个移位寄存器,可表示为:原理:进程访问某物理块时,先将寄存器的Rn-1位设成1;此时,定时信号将每隔一定时间将寄存器右移一位;若将n 位寄存器的数看做是一整数,那么,具有最小数值的寄存器所对应的页面,就是最近最久未使用的页面;例:某进程在内存中有8个页面,为每页面配置一8位寄存器时的LRU 访问情况,如图4-28图 4-28 某进程具有8个页面时的LRU 访问情况2 栈--利用栈来保存当前使用的各页面的页面号;原理:每当进程访问某页面时,便将该页面的页面号从栈中移出,将它压入栈顶;因此,栈顶始终是最新被访问页面的编号,而栈底则是最近最久未使用页面的页面号;假定现有一进程所访问的页面的页面号序列为:4,7,0,7,1,0,1,2,1,2,6随着进程的访问,栈中页面号的变化情况如图4-29所示;在访问页面6时发生了缺页,此时页面4是最近最久未被访问的页,应将它置换出去;LRU 算法较好,但要求较多硬件支持, 实际使用接近LRU算法-Clock 算法;图引用率70770170122010323104430230321013201770201页框2304204230230127127011474074704170401741074210741207421074621074-29 用栈保存当前使用页面时栈的变化情况。

计算机系统管理操作程序

计算机系统管理操作程序

计算机系统管理操作程序计算机系统管理是现代企业或组织中不可或缺的一环。

为了保证计算机系统的正常运行,提高系统稳定性和安全性,需要对计算机系统进行系统化的管理和监管。

本文将介绍计算机系统管理操作程序。

什么是计算机系统管理操作程序计算机系统管理操作程序是指在计算机系统管理过程中,所执行的一系列操作的程序化规定和步骤。

它可以是指一些预定的方法和实践,也可以是计算机系统管理过程中的一些特定流程和操作规定。

计算机系统管理操作程序的作用计算机系统管理操作程序的主要作用有以下几点:1.确保计算机系统的安全性和稳定性;2.提高计算机系统的运营效率;3.管理计算机系统的配置和使用;4.提供技术支持和故障排除。

在实践中,计算机系统管理操作程序不仅可以提高管理效率和管理实践的规范性,同时也可以避免一些常见的管理错误或者节省一些管理资源。

主要内容计算机系统管理操作程序的内容非常丰富,常见的计算机系统管理操作程序包括以下内容:1.计算机系统管理规范:主要针对计算机系统的操作和管理流程进行规定,如系统安装、升级、维护、备份、恢复等;2.计算机系统合理使用规范:指出使用计算机系统的合理方法和流程,包括安装软件、配置系统等工作流程;3.计算机系统风险管理规范:防止计算机系统的风险,包括应对网络攻击、病毒和其他威胁等;4.计算机系统性能监测规范:监控计算机系统各项指标,并进行分析和处理;5.计算机系统故障解决规范:针对系统出现问题的事项进行规范流程主要方便系统管理员能快速解决系统问题;6.计算机系统备份和还原规范:创建备份、还原数据是保障系统安全的重要手段,规定系统备份和还原操作流程。

需要注意的是,不同的组织或企业在实践中对计算机系统管理操作程序的侧重点会有所不同,需要按照实际情况进行调整和定制。

总结计算机系统管理操作程序是计算机系统管理的基本性工作之一,是保证计算机系统安全和稳定运行的核心要素。

本文介绍了计算机系统管理操作程序的作用、内容及重要性。

操作系统中内存管理的重要性和实现方法

操作系统中内存管理的重要性和实现方法

操作系统中内存管理的重要性和实现方法操作系统中内存管理是系统内核的核心功能之一,它负责管理计算机的内存资源,以提供可靠、高效的运行环境。

内存管理的目标是合理分配和管理内存空间,同时确保进程之间的隔离和保护,提高系统的性能和可靠性。

本文将介绍操作系统中内存管理的重要性以及几种常见的实现方法。

一、内存管理的重要性1. 资源分配:计算机内存是有限的资源,而运行在计算机上的应用程序需要占用一定的内存空间。

内存管理的任务是根据应用程序的需要,合理地分配内存资源,以确保每个应用程序都有足够的内存可用,避免出现内存不足的情况。

2. 提高性能:优化内存的使用可以提高系统的性能。

内存管理中的页面置换策略和内存映射等技术可以使应用程序能够更高效地利用内存资源,减少内存碎片和访问延迟,提升系统的运行效率。

3. 进程隔离与保护:内存管理通过为每个进程分配独立的内存空间,实现了进程之间的隔离和保护。

这样,即使一个进程出现错误或崩溃,也不会对其他进程产生影响,提高了系统的可靠性和稳定性。

二、内存管理的实现方法1. 地址空间分配:操作系统通过将逻辑地址空间映射到物理地址空间来管理内存。

逻辑地址空间是应用程序所看到的地址空间,而物理地址空间是实际的硬件地址空间。

地址空间分配可以通过固定分区、可变分区或虚拟存储器等方式实现。

- 固定分区:将内存空间划分为若干个固定大小的分区,每个分区分配给一个进程。

这种分区方式简单,但不够灵活,容易导致内存碎片问题。

- 可变分区:灵活地分配内存空间,根据进程的需求动态划分分区。

这种分区方式可以减少内存碎片,但需要更复杂的算法和数据结构来管理分区。

- 虚拟存储器:使用虚拟地址空间来访问物理内存。

操作系统将物理内存划分为一系列固定大小的页面,并将页面映射到进程的虚拟地址空间。

这种方式可以提供更大的地址空间和更好的内存利用率。

2. 页面置换:当内存空间不足时,操作系统需要将部分页面从内存中换出,为新的页面腾出空间。

1:操作系统的主要组成部分

1:操作系统的主要组成部分

1:操作系统的主要组成部分
操作系统是一种软件程序,它是计算机系统中最基础、最重要的组成部分。

操作系统的主要组成部分包括内核、系统调用接口、程序管理、进程调度、内存管理、文件系统和网络管理等。

1. 内核
内核是操作系统最核心的部分,它控制计算机硬件和软件资源分配和管理。

内核负责管理存储器、处理器、输入输出等计算机资源增加操作系统的功能。

2. 系统调用接口
系统调用是操作系统提供给应用程序的一组接口,它们允许应用程序与操作系统进行交互并使用系统资源。

系统调用接口是操作系统与应用程序之间的接口,它们包括进程管理、文件系统、网络管理等。

3. 程序管理
程序管理将应用程序组织到可以执行文件中,并且在操作系统中运行。

程序管理包括加载、链接、排错和卸载等操作,使得用户能够更好的运用计算机资源。

4. 进程调度
进程调度是指操作系统对进程的调度管理,以此来对计算机硬件资源进行合理的协调和分配。

进程调度是操作系统中最基础的功能之一,使得多任务可以同时进行。

5. 内存管理
内存管理是操作系统管理计算机主存储器的一组功能,它识别空闲内存并将其分配给运行的应用程序。

它还负责在内存中对数据进行读写操作,并保护数据免受未授权访问。

6. 文件系统
文件系统是操作系统负责管理持久存储设备上的文件的一组功能。

文件系统使得应用程序可以创建、读取、写入和删除文件,还提供了对目录结构、权限和用户访问控制等的管理。

7. 网络管理
网络管理是操作系统提供的一系列功能,用于管理计算机系统与其他计算机系统的网络连接和通信。

网络管理可以让计算机与互联网进行更好的交互。

什么是操作系统

什么是操作系统

什么是操作系统操作系统是计算机系统中的关键组成部分,它是一种控制和管理计算机硬件、软件资源的程序集合。

操作系统承担着为其他应用程序提供服务、协调和管理计算机系统各组成部分的重要职责。

本文将对操作系统的定义、功能及其作用进行详细介绍。

一、操作系统的定义操作系统是一种系统软件,它位于计算机硬件与应用软件之间。

它通过与硬件交互,为用户提供了一个友好的界面,并管理资源的分配和使用。

操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理等。

二、操作系统的功能1. 进程管理进程是指在计算机系统中正在执行的一个程序。

操作系统通过进程管理功能,实现了对进程的创建、调度、同步、通信等操作。

它负责为每个进程分配资源,并控制进程的执行顺序,以确保系统能高效地运行。

2. 内存管理内存管理是操作系统的核心功能之一。

它负责管理计算机内存的分配、回收和调度,以确保每个程序在有限的内存中正常运行。

操作系统通过虚拟内存技术,将物理内存和磁盘空间结合起来,为应用程序提供了更大的内存空间。

3. 文件系统管理文件系统管理功能是操作系统的一项重要工作。

它负责对文件进行组织、存储和访问控制,确保文件的可靠性和安全性。

操作系统通过文件系统提供了一个统一的界面,使用户可以方便地打开、创建、读取和修改文件。

4. 设备管理设备管理是操作系统的另一重要功能。

它负责协调和控制计算机硬件设备的使用。

操作系统通过设备管理功能,为应用程序提供了对硬件设备的访问接口,实现了设备的初始化、分配、释放和中断处理等操作。

三、操作系统的作用1. 提供用户界面操作系统通过提供用户界面,为用户与计算机系统之间的交互提供了便利。

常见的用户界面包括命令行界面和图形界面。

用户可以通过操作系统提供的命令或图形界面,方便地进行文件管理、程序执行、系统配置等操作。

2. 管理系统资源操作系统负责管理计算机系统的各种资源,包括处理器、内存、磁盘、网络等。

它通过合理分配和调度系统资源,实现对资源的高效利用,提高计算机系统的性能和响应速度。

操作系统实验-内存管理

操作系统实验-内存管理

操作系统实验-内存管理操作系统实验内存管理在计算机系统中,内存管理是操作系统的核心任务之一。

它负责有效地分配和管理计算机内存资源,以满足各种程序和进程的需求。

通过本次操作系统实验,我们对内存管理有了更深入的理解和认识。

内存是计算机用于存储正在运行的程序和数据的地方。

如果没有有效的内存管理机制,计算机系统将无法高效地运行多个程序,甚至可能会出现内存泄漏、内存不足等严重问题。

在实验中,我们首先接触到的是内存分配策略。

常见的内存分配策略包括连续分配和离散分配。

连续分配是将内存空间视为一个连续的地址空间,程序和数据被依次分配到连续的内存区域。

这种方式简单直观,但容易产生内存碎片,降低内存利用率。

离散分配则将内存分成大小相等或不等的块,根据需求进行分配。

其中分页存储管理和分段存储管理是两种常见的离散分配方式。

分页存储管理将内存空间划分为固定大小的页,程序也被分成相同大小的页,通过页表进行映射。

分段存储管理则根据程序的逻辑结构将其分成不同的段,如代码段、数据段等,每个段有不同的访问权限和长度。

接下来,我们研究了内存回收算法。

当程序不再使用分配的内存时,操作系统需要回收这些内存以便再次分配。

常见的内存回收算法有首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。

首次适应算法从内存的起始位置开始查找,找到第一个满足需求的空闲区域进行分配;最佳适应算法则选择大小最接近需求的空闲区域进行分配;最坏适应算法选择最大的空闲区域进行分配。

为了更直观地理解内存管理的过程,我们通过编程实现了一些简单的内存管理算法。

在编程过程中,我们深刻体会到了数据结构和算法的重要性。

例如,使用链表或二叉树等数据结构来表示空闲内存区域,可以提高内存分配和回收的效率。

在实验中,我们还遇到了一些实际的问题和挑战。

比如,如何处理内存碎片的问题。

内存碎片是指内存中存在一些无法被有效利用的小空闲区域。

为了解决这个问题,我们采用了内存紧缩技术,将分散的空闲区域合并成较大的连续区域。

计算机操作系统的功能和特点

计算机操作系统的功能和特点

计算机操作系统的功能和特点计算机操作系统是一种软件程序,它管理和控制计算机硬件和软件资源,为用户和程序提供一个易于使用和高效的平台。

它充当计算机系统的核心,起着各种重要的功能和特点。

功能:1. 硬件管理:操作系统负责管理计算机的硬件资源,包括处理器、内存、外部设备等。

它通过分配和调度资源,确保它们被合理利用,以满足用户和程序的需求。

2. 文件管理:操作系统提供了对文件和文件系统的管理。

它允许用户创建、打开、关闭、读取和写入文件,同时处理文件的存储和组织方式,以及文件的访问权限和安全性。

3. 进程管理:操作系统可以同时运行多个程序,称为进程。

它负责对进程的创建、调度和终止进行管理。

通过使用调度算法,操作系统可以决定哪些进程在何时执行,以及如何共享和分配处理器时间片。

4. 内存管理:操作系统负责管理计算机的内存资源。

它分配和回收内存空间,跟踪可用的内存块,并处理内存的分段和分页操作,以最大限度地提高内存利用率和效率。

5. 设备管理:操作系统管理计算机的输入和输出设备,包括键盘、鼠标、打印机等。

它负责设备的初始化、驱动程序的加载和卸载,以及设备的分配和控制,确保设备正常运行并满足用户的需求。

特点:1. 多任务处理:操作系统可以同时运行多个任务或程序,并提供合适的资源分配和调度机制。

这使得用户可以同时进行多个任务,提高了计算机的利用率和效率。

2. 用户接口:操作系统为用户提供了图形用户界面(GUI)或命令行界面(CLI),使得用户可以通过简单的操作来控制计算机和运行程序。

用户可以通过图形界面的按钮和菜单来执行操作,或者通过命令行界面输入命令来完成任务。

3. 可扩展性:操作系统具有良好的可扩展性,可以根据计算机的需求进行定制和扩展。

它可以支持不同的硬件架构和设备,并允许用户安装和卸载不同的软件程序,以满足不同的需求。

4. 可靠性:操作系统需要具备高可靠性,确保计算机的安全和稳定性。

它需要能够处理错误和异常情况,提供错误检测和恢复机制,以防止故障和数据丢失。

操作系统的核心功能

操作系统的核心功能

操作系统的核心功能操作系统(Operating System)是一种软件系统,它是计算机软硬件之间的中间层,负责管理和控制计算机的各种资源,提供良好的用户界面,并有效地组织和协调计算机程序的运行。

操作系统的核心功能是为用户提供方便的操作环境和高效的资源管理。

本文将详细介绍操作系统的核心功能。

一、进程管理进程是指在计算机上执行的程序。

操作系统负责创建、调度和终止进程,以实现多个程序同时运行的能力。

进程管理的核心功能包括进程的创建与撤销、进程的调度与切换、进程的通信与同步等。

通过合理的进程管理,操作系统能够使多个程序并发执行,提高计算机的利用率和用户的响应速度。

二、内存管理内存是计算机用于存储程序和数据的地方。

操作系统负责管理计算机的内存资源,包括内存的分配与回收、内存的保护与共享、虚拟内存的管理等。

内存管理的核心功能是为程序提供合适的内存空间,并确保不同程序之间的地址空间互相隔离,防止程序之间的干扰和冲突。

三、文件管理文件是计算机中存储信息的基本单位。

操作系统通过文件管理的功能,使得用户能够方便地创建、修改、删除和查找文件。

文件管理的核心功能包括文件的存储与访问控制、文件的目录结构与管理、文件的共享与保护等。

通过文件管理,操作系统能够提供良好的文件系统,便于用户对文件的管理和使用。

四、设备管理设备是计算机系统中用于输入、输出和存储数据的物理设备,如硬盘、打印机、键盘等。

操作系统负责管理计算机的各种设备资源,包括设备的分配与释放、设备的控制与调度、设备的错误处理等。

设备管理的核心功能是为用户提供方便的设备访问接口,使得用户能够方便地进行设备的操作和管理。

五、用户界面用户界面是用户与操作系统进行交互的接口。

操作系统通过合适的用户界面,使得用户能够方便地操作和使用计算机资源。

传统的操作系统用户界面主要有命令行界面和图形用户界面两种形式,近年来还出现了触摸屏、语音识别等新型用户界面。

用户界面的核心功能是为用户提供方便、直观的操作方式,提高用户的操作效率和体验。

操作系统概论:内存管理

操作系统概论:内存管理

03
在最高层(L0层),是少量的快速 CPU寄存器,CPU可以在一个时钟
周期内访问他们
05
L3层是一个大的基于DRAM的主存, 可以再几十或几百个时钟周期内访
问他们
02
在这个层次系统中,从高层到底层 (L0-L5),较低层的存储设备访
问慢,容量更大、价格更便宜
L1、L2层是一个或多个小型或中
04
型的基于SRAM的高速缓存存储器,
两级和多级页表
将页表再进行分页
反置页表
为每个页框设一个表项,表项中存 放进程号和页号
空闲页框的管理
使用位图管理空闲页框 使用空闲页框的链表
内存管理
基于分页的虚拟存储系统
虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统 在虚拟存储器系统中,进程无需全部装入,只需要装入一部分即可运行 虚拟存储技术实现的思想是,只把进程的一部分装入内存。进程执行过程中,CPU访问内存时如果发现所访问
动态分区分配
动态分区分配的流程
内存分配有内存分配程序完成。 内存不再被应用程序需要时,由系 统调用内存回收程序回收原来被占
用的内存分区
内存分配流程
内存管理
基本分页存储管理方式
01
把进程离散的 存储在内存中 物理地址不连 续的区域中, 这种内存管理 方式称为离散 内存管理方式
02
分页存储管理 的基本原理
3.程序中存在很多循环结构,他们虽然 由少数指令构成,但多次执行
4.程序中往往包括许多对数据结构的处 理,如对数组的操作,他们往往都局限 在很小的范围内。 总的来说,局部性 原理表现为时间和空间的局部性
局部性
时间局部性 如果程序中的某条指令一旦执行,

操作系统的组成部分

操作系统的组成部分
操作系统的组成部分
现今,一个操作系统有六个组成部分: 1、进程管理 2、存储管理 3、设备管理 4、文件管理 5、程序接口 6、用户界面
LOGO
一、进程管理
LOGO
进程是操作系统中的最重要的概念,是系统资源 的分配单位。
各进程间的关系 是否从属 等等
二、存储管理
存储管理的功能有以下几点:
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这种思想是:尽可能的将更多的东西从操作系统中去掉,只留下一个很小的 内核。依据这种思想,文件管理、设备管理的高层、甚至存储管理的一些部分、 都从内核中被“踢”了出去。留下的是一个非常纯粹的操作系统,一个最精简的 内核。
也有人反对这种思想,其中最著名的人是: Linus Torvalds 他对这种思想最让人受不了的微词是:微内核是一个自欺欺人的方案, 目的是获取更多的研究经费。
四、文件管理
LOGO
程序和数据等软件信息,在操作系统中以文 件的形式在外存储器中长期保存。 文件管理将处理有关文件的所有事务,结构、 命名、存取、保护等。
补充知识
传统的操作系统将:进程、存储、设备、文件这四大部分看作系统的内核, 这四大部分组成的系统是纯粹的操作系统。而广义的操作系统则包括很多运行在 内核之上的相关软件如外壳、编辑器和其它附件。 80年代以后操作系统研究邻域出现了“微内核”(Microkernel)的思想, 并成为了一研究趋势,当然,这些研究者认为这将是以后的发展趋势。
五、程序接口
LOGO
提供一组指令或函数等形式的调用方式, 使用户程序和其它系统程序能够调用 系统的服务例程、原语等。
如DOS下的INT N指令、Windows的API (application programming interface)等。

操作系统的运行流程及原理

操作系统的运行流程及原理

操作系统的运行流程及原理操作系统(Operating System,简称OS)是一种管理和控制计算机硬件与软件资源的软件系统。

它在计算机启动时加载进内存,并负责对计算机的资源进行分配和管理,为上层应用程序提供一个可靠、高效、安全和友好的使用环境。

一、引导操作系统当计算机启动时,BIOS(Basic Input/Output System,基本输入/输出系统)将控制权交给操作系统的引导加载器,它负责从硬盘或其他存储介质中找到操作系统的核心文件,并将其加载到内存中。

二、初始化系统操作系统加载到内存后,它会进行一系列的初始化工作,包括建立进程表、文件表、设备管理表等数据结构,初始化驱动程序,初始化各种服务和系统资源。

三、处理进程调度操作系统的核心任务之一是对进程进行调度和管理。

它会根据系统资源的利用情况、进程的优先级、运行时间等因素,决定应该让哪个进程获得CPU的使用权。

进程调度算法有很多种,如先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)、时间片轮转等。

四、管理内存操作系统需要管理计算机的内存资源,包括内存的分配、回收和保护。

它会将内存划分为多个区域,如操作系统区、用户程序区、堆栈区等,并维护一个内存分配表来记录每个区的使用情况。

当有新的进程需要内存时,操作系统会根据内存分配策略为其分配足够的内存空间。

五、文件系统管理操作系统会通过文件系统来管理计算机的文件和目录。

它提供了一组API(Application Programming Interface,应用程序接口)供应用程序读取、写入和管理文件。

文件系统通常由文件控制块(FCB)和目录结构组成,用于记录文件的属性和位置信息。

六、设备管理与I/O调度操作系统还负责管理计算机的设备,如硬盘、显卡、键盘等。

它会维护一个设备管理表,记录设备的状态和使用情况。

操作系统需要根据应用程序对设备的需求,决定何时分配设备资源给进程,并通过I/O调度算法来调度设备的使用。

操作系统的基本功能

操作系统的基本功能

操作系统的基本功能
操作系统的基本功能:
处理机管理、存储器管理、设备管理和⽂件管理等。

1、处理机管理功能:
传统的多道程序系统中,处理机的分配和运⾏都是以进程为基本单位的。

1)进程控制:在设置有线程的OS中,进程控制还应包括为⼀个进程创建若⼲个线程,以提⾼系统的并发性。

2)进程同步:其主要任务是为多个进程(含线程)的运⾏进⾏协调。

协调⽅式:进程互斥⽅式和进程同步⽅式。

3)进程通信:进程通信的任务是实现相互合作进程之间的信息交换。

4)调度:包括作业调度和进程调度。

2、存储器管理功能:
主要任务是:为多道程序的运⾏提供良好的环境,提⾼存储器的利⽤率,⽅便⽤户使⽤,并能从逻辑上扩充内存。

具有内存分配和回收、内存保护、地址映射和内存扩充等功能。

3、设备管理功能:
具有缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等功能。

4、⽂件管理功能:
对⽤户⽂件和系统⽂件进⾏管理以⽅便⽤户使⽤,并保证⽂件的安全性。

应当具有对⽂件存储空间的管理、⽬录管理、⽂件的读/写管理以及⽂件的共享与保护等功能。

补充知识:
“机制与策略分离”原理:
机制:指实现某⼀功能的具体执⾏机构;
策略:在机制的基础上借助于某些参数和算法来实现该功能的与优化,或达到不同的功能⽬标。

操作系统原理电子课件教案-第七章 主存管理

操作系统原理电子课件教案-第七章 主存管理

0 20KB 52KB 66KB 130KB
os
作业1 作业2
作业3
作业4
230KB
作业2 完成
0 20KB 52KB
os
作业1
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作业3
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作业4
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作业4 完成
0 20KB 52KB
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Hale Waihona Puke 230KB256KB1
主存
256KB1
主存
256KB1
主存
6
(二) 主存管理功能
一、几个概念 1. 物理地址(绝对地址、实地址)
物理地址是计算机主存单元的真实地址,又称绝对 地址或实地址。
2. 主存空间
物理地址的集合所对应的空间组成了主存空间。
3. 区域
物 理 地 址 集 合 的 一 个 递 增 整 数 序 列 子 集 n, n+1, …,n+m所对应的主存空间。
有一定容量的主存: 存放运行进程的当前信息
地址变换机构
33
六、存储保护
1. 什么是存储保护
在多用户环境中,主存储器按区分配给 各用户程序使用。为了互不影响,必须 由硬件(软件配合)保证每道程序只能 在给定的存储区域内活动,这种措施叫 做存储保护。
34
2. 存储保护方法 界地址保护 存储键保护
作业3
0 20KB 52KB 66KB 130KB
os
作业1 作业2
作业3
作业4
230KB
256KB1
256KB1
256KB1
256KB1
256KB1
主存

操作系统:存储器管理

操作系统:存储器管理

操作系统:存储器管理⽬录存储器管理随着计算机技术的发展,系统软件和应⽤软件在种类、功能上都急剧地膨胀。

存储器容量扩⼤仍不能满⾜现代软件发展的需要,因此存储器仍然是⼀种宝贵⽽⼜稀缺的资源。

存储器管理的主要对象是内存,对存储器的管理直接影响到存储器的利⽤率和系统性能也。

对外存的管理与对内存的管理相类似,只是外存主要是⽤来存放⽂件。

存储器在计算机执⾏时⼏乎每⼀条指令都涉及对存储器的访问,因此要求存储器的速度必须⾮常快,能与处理机的速度相匹配。

此外还要求存储器具有⾮常⼤的容量,且价格还应很便宜。

但是实际上鱼和熊掌不可兼得,所以在现代计算机系统中都采⽤了多层结构的存储器系统。

存储器的层次结构对于通⽤计算机⽽⾔,存储层次⾄少应具有三级:CPU 寄存器、主存、辅存。

实际情况下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。

在存储层次中的层次越⾼,则存储介质越靠近 CPU、访问速度越快,相对的价格也越⾼且存储容量也越⼩。

寄存器、⾼速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于操作系统存储管理的管辖范畴,掉电后它们中存储的信息不再存在。

⽽低层的固定磁盘和可移动存储介质则属于设备管理的管辖范畴,存储的信息将被长期保存。

可执⾏存储器寄存器和主存储器⼜被称为可执⾏存储器,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。

对辅存的访问则需要通过 I/O 设备实现,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,辅存的所需耗费的时间远远⾼于访问可执⾏存储器的时间。

操作系统的存储管理负责对可执⾏存储器的分配、回收,以及提供在存储层次间数据移动的管理机制。

寄存器具有与处理机相同的速度,对寄存器的访问速度最快,但价格昂贵且容量笑。

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。

通常处理机都是从主存储器中取得指令和数据的,并将其所取得的指令放⼊指令寄存器中,所读取的数据装⼊到数据寄存器中,或者将寄存器中的数据存⼊到主存储器。

操作系统内存管理课件

操作系统内存管理课件

04
根据访问速度分类
高速缓存:一种快速访问的内存,用于临 时存储经常访问的数据。
05
06
主存:计算机的主要内存,用于存储程序 和数据。
内存管理的基本功能
01
02
03
04
பைடு நூலகம்
内存分配
根据程序的需求,为其分配所 需的内存空间。
内存保护
确保每个程序只能访问其分配 的内存空间,防止数据冲突和
破坏。
内存回收
当程序不再需要使用分配的内 存空间时,将其释放以供其他
操作系统内存管理 课件
contents
目录
• 内存管理概述 • 物理内存管理 • 虚拟内存管理 • 内存优化和管理策略 • 内存管理实例分析 • 未来内存管理技术和发展趋势
01
CATALOGUE
内存管理概述
内存的定义和作用
内存:也被称为随机访问存储器(RAM),是计算机 的存储设备之一,用于临时存储程序和数据。
THANKS
感谢观看
将内存空间划分为若干段,分 别分配给不同的程序。
内存映射
逻辑地址
程序使用的地址,由编译器产生。
地址映射
将逻辑地址转换为物理地址的过程。
物理地址
内存条上的实际地址,由操作系统管理。
地址重定位
在程序运行时,根据需要改变地址映射关系 。
内存保护
保护键
越界保护
设置保护键可以控制对内存的访问权限。
当程序访问超出其分配的内存空间时,系 统会中断程序并报告错误。
内存分配
Linux使用伙伴系统进行内存分 配,将可用内存块组织成一对伙
伴,根据大小进行分配。
内存回收
当进程释放内存块时,伙伴系统 会检查该块是否与其相邻的块相 邻,如果相邻,则合并这些块。
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#include<stdio.h>#include <dos.h>#include<stdlib.h>#include<conio.h>#include<iostream.h>#define n 10 /*假定系统允许的最大作业数为n,假定模拟实验中n值为10*/#define m 10 /*假定系统允许的空闲区表最大为m,假定模拟实验中m值为10*/#define minisize 100 /*空闲分区被分配时,如果分配后剩余的空间小于minisize,则将该空闲分区全部分配,若大于minisize,则切割分配*/文档收集自网络,仅用于个人学习struct{float address; /*已分配分区起始地址*/float length; /*已分配分区长度,单位为字节*/int flag; /*已分配区表登记栏标志,用"0"表示空栏目*/}used_table[n]; /*已分配区表*/struct{float address; /*空闲区起始地址*/float length; /*空闲区长度,单位为字节*/int flag; /*空闲区表登记栏标志,用"0"表示空栏目,用"1"表示未分配*/}free_table[m]; /*空闲区表*/void allocate(char J,float xk) /*给J作业,采用最佳分配算法分配xk大小的空间*/ 文档收集自网络,仅用于个人学习{int i,k;float ad;k=-1;for(i=0;i<m;i++) /*寻找空间大于xk的最小空闲区登记项k*/if(free_table[i].length>=xk&&free_table[i].flag==1) 文档收集自网络,仅用于个人学习if(k==-1||free_table[i].length<free_table[k].length) 文档收集自网络,仅用于个人学习k=i;if(k==-1)/*未找到可用空闲区,返回*/{printf("无可用空闲区\n");return;}/*找到可用空闲区,开始分配:若空闲区大小与要求分配的空间差小于minisize大小,则空闲区全部分配;若空闲区大小与要求分配的空间差大于minisize大小,则从空闲区划出一部分分配*/ 文档收集自网络,仅用于个人学习if(free_table[k].length-xk<=minisize){free_table[k].flag=0;ad=free_table[k].address;xk=free_table[k].length;}else{free_table[k].length=free_table[k].length-xk;ad=free_table[k].address+free_table[k].length;}/*修改已分配区表*/while(used_table[i].flag!=0&&i<n) /*寻找空表目*/i++;if(i>=n) /*无表目可填写已分配分区*/{printf("无表目填写已分分区,错误\n");/*修正空闲区表*/if(free_table[k].flag==0)/*前面找到的是整个空闲分区*/free_table[k].flag=1;else{/*前面找到的是某个空闲分区的一部分*/free_table[k].length=free_table[k].length+xk;return;}}else{/*修改已分配表*/used_table[i].address=ad;used_table[i].length=xk;used_table[i].flag=J;}return;}/*主存分配函数结束*/void reclaim(char J)/*回收作业名为J的作业所占主存空间*/{int i,k,j,s,t;float S,L;/*寻找已分配表中对应登记项*/s=0;while((used_table[s].flag!=J||used_table[s].flag==0)&&s<n) 文档收集自网络,仅用于个人学习s++;if(s>=n)/*在已分配表中找不到名字为J的作业*/{printf("找不到该作业\n");return;}/*修改已分配表*/used_table[s].flag=0;/*取得归还分区的起始地址S和长度L*/S=used_table[s].address;L=used_table[s].length;j=-1;k=-1;i=0;/*寻找回收分区的空闲上下邻,上邻表目k,下邻表目j*/while(i<m&&(j==-1||k==-1)){if(free_table[i].flag==1){if(free_table[i].address+free_table[i].length==S)k=i;/*找到上邻*/ 文档收集自网络,仅用于个人学习if(free_table[i].address==S+L)j=i;/*找到下邻*/i++;}if(k!=-1)if(j!=-1)/* 上邻空闲区,下邻空闲区,三项合并*/{free_table[k].length=free_table[j].length+free_table[k].length+L; 文档收集自网络,仅用于个人学习free_table[j].flag=0;}else/*上邻空闲区,下邻非空闲区,与上邻合并*/free_table[k].length=free_table[k].length+L;elseif(j!=-1)/*上邻非空闲区,下邻为空闲区,与下邻合并*/{free_table[j].address=S;free_table[j].length=free_table[j].length+L;}else/*上下邻均为非空闲区,回收区域直接填入*/{/*在空闲区表中寻找空栏目*/t=0;while(free_table[t].flag==1&&t<m)t++;if(t>=m)/*空闲区表满,回收空间失败,将已分配表复原*/{printf("主存空闲表没有空间,回收空间失败\n");used_table[s].flag=J;return;}free_table[t].address=S;free_table[t].length=L;free_table[t].flag=1;}return;}/*主存回收函数结束*/int main( ){int i,a;float xk;char J;/*空闲分区表初始化:*/free_table[0].address=10240; /*起始地址假定为10240*/free_table[0].length=10240; /*长度假定为10240,即10k*/free_table[0].flag=1; /*初始空闲区为一个整体空闲区*/for(i=1;i<m;i++)free_table[i].flag=0; /*其余空闲分区表项未被使用*//*已分配表初始化:*/for(i=0;i<n;i++)used_table[i].flag=0; /*初始时均未分配*/while(1){printf("选择功能项(0-退出,1-分配主存,2-回收主存,3-显示主存)\n");printf("选择功项(0~3) :");scanf("%d",&a);switch(a){case 0: exit(0); /*a=0程序结束*/case 1: /*a=1分配主存空间*/printf("输入作业名J和作业所需长度xk: ");scanf("%*c%c%f",&J,&xk);allocate(J,xk); /*分配主存空间*/break;case 2: /*a=2回收主存空间*/printf("输入要回收分区的作业名");scanf("%*c%c",&J);reclaim(J); /*回收主存空间*/break;case 3: /*a=3显示主存情况*//*输出空闲区表和已分配表的内容*/printf("输出空闲区表:\n起始地址分区长度标志\n");for(i=0;i<m;i++)printf("%6.0f%9.0f%6d\n",free_table[i].address,free_table[i].length, free_table[i].flag); 文档收集自网络,仅用于个人学习printf(" 按任意键,输出已分配区表\n");getch();printf(" 输出已分配区表:\n起始地址分区长度标志\n");for(i=0;i<n;i++)if(used_table[i].flag!=0)printf("%6.0f%9.0f%6c\n",used_table[i].address,used_table[i].length, used_table[i].flag); 文档收集自网络,仅用于个人学习elseprintf("%6.0f%9.0f%6d\n",used_table[i].address,used_table[i].length, used_table[i].flag); 文档收集自网络,仅用于个人学习break;default:printf("没有该选项\n");}/*case*/}/*while*/return 1;}。

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