操作系统之存储管理
计算机操作系统存储管理
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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。
操作系统原理第5章 存储管理
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• 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。
深入了解计算机操作系统的存储管理
![深入了解计算机操作系统的存储管理](https://img.taocdn.com/s3/m/ea96997230126edb6f1aff00bed5b9f3f90f728e.png)
深入了解计算机操作系统的存储管理计算机操作系统是计算机系统的核心组成部分,为计算机软件和硬件的协调运行提供支持。
计算机内存是计算机硬件中的重要组成部分,是计算机系统运行的基础。
在计算机操作系统中,存储管理是最基本的操作之一。
本文将深入探讨计算机操作系统中的存储管理。
一、存储管理概述在计算机操作系统中,存储管理主要包括内存分配和内存回收两个方面。
内存分配是指在计算机系统启动时,将内存分为多个块,并为进程和线程分配所需的内存,以保证它们可以正常运行;内存回收是指在进程和线程退出时,将分配给它们的内存释放给系统,以便供其他进程和线程使用。
二、内存分配技术为了更好地满足进程和线程的内存需求,计算机操作系统采用了多种内存分配技术,包括动态内存分配和静态内存分配两种。
1、动态内存分配动态内存分配是指在进程和线程运行时,根据其实际内存需求进行内存分配。
操作系统通常采用分区技术对内存进行分配,可以分为固定分区和动态分区两种。
(1) 固定分区固定分区是指将内存分为若干个固定大小的分区,每个分区只能分配给一个进程或线程使用。
由于分区大小固定,因此容易产生“内存碎片”的问题,如果分区大小过小会浪费内存,如果分区大小过大则会导致分配不均。
因此,固定分区在实际应用中并不常用。
(2) 动态分区动态分区是指将内存分为若干个不固定大小的分区,每个分区可以根据进程或线程的实际内存需求进行分配。
动态分区主要解决了固定分区的一些问题,但也会产生“内存碎片”问题。
2、静态内存分配静态内存分配是指在编译时就将内存分配给进程或线程,并在运行时不再进行内存分配。
静态内存分配主要用于一些固定的程序或数据结构上,通常不适用于通用操作系统中。
三、内存回收技术在进程或线程退出时,需要将其占用的内存释放,并返还给系统。
内存回收主要包括两种技术,分别为手动回收和自动回收。
1、手动回收手动回收是指在编写程序时,由程序员手动释放所分配的内存。
手动回收需要注意内存泄漏和悬挂指针等问题,需要程序员自己负责管理内存。
操作系统五大管理功能
![操作系统五大管理功能](https://img.taocdn.com/s3/m/cf8719403a3567ec102de2bd960590c69ec3d8bb.png)
操作系统五大管理功能操作系统的五大管理功能是基本功能,也是重要功能。
下面由店铺为大家整理了操作系统的五大管理功能的相关知识,希望对大家有帮助!操作系统五大管理功能系统是管理和控制计算机系统中的所有硬件、软件资源,合理地组织计算机工作流程,并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。
计算机系统的主要硬件资源有处理器、存储器、外部设备,软件资源以文件形式存在外存储器上。
因此从资源管理和用户接口的观点上看,操作系统具有处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理和提供用户接口的功能。
操作系统五大管理功能之1.处理机管理计算机系统中处理机是最宝贵的系统资源,处理机管理的目的是要合理地按的时间,以保证多个作业能顺利完成并且尽量提高CPU的效率,使用户等待的时间最少。
操作系统对处理机管理策略不同,提供作业处理方式也就不同,例如,批处理方式、分时处理方式和实时处理方式。
操作系统五大管理功能之2.存储管理存储管理的主要工作是对内存储器进行合理分配、有效保护和扩充。
操作系统五大管理功能之3.设备管理当用户程序要使用外部设备时,设备管理控制(或调用)驱动程序使外部设备工作,并随时对该设备进行监控,处理外部设备的中断请求等。
操作系统五大管理功能之4.文件系统管理以上三种管理都是针对计算机的硬件资源的管理。
文件系统管理则是对软件资源的管理。
为了管理庞大的系统软件资源及用户提供的程序和数据,操作系统将它们组织成文件的形式,操作系统对软件的管理实际上是对文件系统的管理。
操作系统五大管理功能之5.用户接口计算机用户与计算机的交流是通过操作系统的用户接口(或称用户界面)完成的。
操作系统为用户提供的接口有两种,一是操作界面;二是操作系统的功能服务界面。
操作系统五大管理功能将本文的Word文档下载到电脑,方便收藏和打印推荐度:点击下载文档文档为doc格式。
实验四 操作系统存储管理实验报告
![实验四 操作系统存储管理实验报告](https://img.taocdn.com/s3/m/e955befff424ccbff121dd36a32d7375a417c6f6.png)
实验四操作系统存储管理实验报告一、实验目的本次操作系统存储管理实验的主要目的是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,掌握内存分配、回收、地址转换等关键技术,提高对操作系统存储管理机制的认识和应用能力。
二、实验环境操作系统:Windows 10开发工具:Visual Studio 2019三、实验原理1、内存分配方式连续分配:分为单一连续分配和分区式分配(固定分区和动态分区)。
离散分配:分页存储管理、分段存储管理、段页式存储管理。
2、内存回收算法首次适应算法:从内存低地址开始查找,找到第一个满足要求的空闲分区进行分配。
最佳适应算法:选择大小最接近作业需求的空闲分区进行分配。
最坏适应算法:选择最大的空闲分区进行分配。
3、地址转换逻辑地址到物理地址的转换:在分页存储管理中,通过页表实现;在分段存储管理中,通过段表实现。
四、实验内容及步骤1、连续内存分配实验设计一个简单的内存分配程序,模拟固定分区和动态分区两种分配方式。
输入作业的大小和请求分配的分区类型,程序输出分配的结果(成功或失败)以及分配后的内存状态。
2、内存回收实验在上述连续内存分配实验的基础上,添加内存回收功能。
输入要回收的作业号,程序执行回收操作,并输出回收后的内存状态。
3、离散内存分配实验实现分页存储管理的地址转换功能。
输入逻辑地址,程序计算并输出对应的物理地址。
4、存储管理算法比较实验分别使用首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法进行内存分配和回收操作。
记录不同算法在不同作业序列下的内存利用率和分配时间,比较它们的性能。
五、实验结果与分析1、连续内存分配实验结果固定分区分配方式:在固定分区大小的情况下,对于作业大小小于或等于分区大小的请求能够成功分配,否则分配失败。
内存状态显示清晰,分区的使用和空闲情况一目了然。
动态分区分配方式:能够根据作业的大小动态地分配内存,但容易产生内存碎片。
2、内存回收实验结果成功回收指定作业占用的内存空间,内存状态得到及时更新,空闲分区得到合并,提高了内存的利用率。
操作系统存储管理实验报告
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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。
实验四操作系统存储管理实验报告
![实验四操作系统存储管理实验报告](https://img.taocdn.com/s3/m/930af803302b3169a45177232f60ddccdb38e668.png)
实验四操作系统存储管理实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是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,掌握内存分配与回收、页面置换算法等关键概念,并能够分析和解决存储管理中可能出现的问题。
二、实验环境本次实验在装有 Windows 操作系统的计算机上进行,使用了 Visual Studio 等编程工具和相关的调试环境。
三、实验内容(一)内存分配与回收算法实现1、首次适应算法首次适应算法从内存的起始位置开始查找,找到第一个能够满足需求的空闲分区进行分配。
在实现过程中,我们通过建立一个空闲分区链表来管理内存空间,每次分配时从表头开始查找。
2、最佳适应算法最佳适应算法会选择能够满足需求且大小最小的空闲分区进行分配。
为了实现该算法,在空闲分区链表中,分区按照大小从小到大的顺序排列,这样在查找时能够快速找到最合适的分区。
3、最坏适应算法最坏适应算法则选择最大的空闲分区进行分配。
同样通过对空闲分区链表的排序和查找来实现。
(二)页面置换算法模拟1、先进先出(FIFO)页面置换算法FIFO 算法按照页面进入内存的先后顺序进行置换,即先进入内存的页面先被置换出去。
在模拟过程中,使用一个队列来记录页面的进入顺序。
2、最近最久未使用(LRU)页面置换算法LRU 算法根据页面最近被使用的时间来决定置换顺序,最近最久未使用的页面将被置换。
通过为每个页面设置一个时间戳来记录其最近使用的时间,从而实现置换策略。
3、时钟(Clock)页面置换算法Clock 算法使用一个环形链表来模拟内存中的页面,通过指针的移动和页面的访问标志来决定置换页面。
四、实验步骤(一)内存分配与回收算法的实现步骤1、初始化内存空间,创建空闲分区链表,并为每个分区设置起始地址、大小和状态等信息。
2、对于首次适应算法,从链表表头开始遍历,找到第一个大小满足需求的空闲分区,进行分配,并修改分区的状态和大小。
3、对于最佳适应算法,在遍历链表时,选择大小最接近需求的空闲分区进行分配,并对链表进行相应的调整。
操作系统实验-存储管理
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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
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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》存储管理实验报告
![《操作系统》存储管理实验报告](https://img.taocdn.com/s3/m/1400ff96370cba1aa8114431b90d6c85ec3a88e4.png)
《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。
操作系统 存储器管理
![操作系统 存储器管理](https://img.taocdn.com/s3/m/7168ff3d9a6648d7c1c708a1284ac850ac020443.png)
操作系统存储器管理在计算机系统中,操作系统的存储器管理是一项至关重要的任务。
它就像是一位精明的管家,负责合理地分配和管理计算机的内存资源,以确保各个程序能够高效、稳定地运行,同时避免出现资源浪费和冲突的情况。
要理解存储器管理,首先得明白什么是存储器。
简单来说,存储器就是计算机用于存储数据和程序的地方。
它就像一个巨大的仓库,里面存放着各种各样的“货物”(数据和程序)。
而操作系统的存储器管理功能,就是要确保这些“货物”能够被妥善地存放和取出,并且在需要的时候能够快速找到。
在存储器管理中,有几个关键的概念需要了解。
首先是地址空间。
每个程序在运行时,都认为自己拥有一个从0 开始的连续的地址空间。
但实际上,这些地址是虚拟的,通过操作系统的映射,才能对应到实际的物理存储器地址。
这就好比每个租客都认为自己住在从 1 号开始的连续房间,但实际上房东会根据实际情况进行分配。
接下来是分页和分段。
分页是将存储器空间划分成固定大小的页,分段则是根据程序的逻辑结构将其划分成不同的段。
分页的好处是管理简单,易于分配和回收内存;分段则更符合程序的逻辑结构,方便程序的编写和理解。
那么,操作系统是如何进行存储器管理的呢?首先是内存分配。
当一个程序需要运行时,操作系统会为其分配一定的内存空间。
这就像是给租客分配房间,要根据租客的需求和房屋的空闲情况来决定。
分配的策略有很多种,比如最先适配法、最佳适配法和最差适配法等。
最先适配法就是从内存的开头开始查找,找到第一个足够大的空闲区域就分配给程序。
这种方法简单快捷,但容易导致内存碎片的产生。
最佳适配法会查找整个内存空间,找到大小最接近程序需求的空闲区域进行分配。
这种方法可以减少内存碎片,但查找的时间较长。
最差适配法则是选择最大的空闲区域进行分配,虽然可以避免产生太小而无法使用的碎片,但可能会导致大的程序无法得到足够的内存。
内存回收也是存储器管理的重要环节。
当一个程序结束运行或者释放了一部分内存时,操作系统需要将这些内存回收,以便再次分配给其他程序使用。
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](https://img.taocdn.com/s3/m/478551a79a89680203d8ce2f0066f5335a81670d.png)
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
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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。
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](https://img.taocdn.com/s3/m/32ae018f185f312b3169a45177232f60dccce75d.png)
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。
操作系统:存储器管理
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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。
操作系统中存储器管理的主要功能
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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
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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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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
106
第 3 章 存储管理
现存储管理的软件算法也较为复杂。 一般说来,动态地址重定位允许采用静态和动态两种存储分配方式。
3.1.4 存储保护
在多道程序设计环境中,要保证各道程序只能在自己的存储区中活动,不能对别的程序 产生干扰和破坏,尤其是不能破坏操作系统的内存区。因此,必须对存储信息采取各种保护 措施,这也是存储管理的一个重要功能。
下界寄存器 0k
20k
20k
上界寄存器 25k
作业
25k
256k-1 (a) 上、下界保护
基址寄存器 0k
20k
20k
25k 限长寄存器
5k
作业
256k-1 (b) 基址—限长保护
图 3.4 界限寄存器的两种存储保护方式
② 基址—限长存储保护:上、下界保护的一个变种是采用基址—限长存储保护。系统 可为每个作业设一个基址寄存器和一个限长寄存器,基址寄存器存放该作业在内存的首址, 限长寄存器存放该作业的长度。如图 3.4(b)所示,基址寄存器的值为 20kb,限长寄存器的 值为 5kb。在作业运行时,每当要访问内存单元时,就检查指令中的逻辑地址是否超过限长 寄存器的值,若不超过,则访问是合法,可以进行;否则,视为非法访问。基址—限长存储 保护通常可结合动态地址重定位实现,基址寄存器相当于重定位寄存器。
存储信息的保护体现在不能越界访问,破坏操作系统或其他用户的程序。实现这种存储 保护,可以采用硬件的方法,也可采用软、硬件结合的方法。通常使用较为普遍的是采用硬 件的界限寄存器保护法。下面我们讨论一下界限寄存器保护的两种具体实施技术,上、下界 保护和基址—限长保护方法。
① 上、下界存储保护:上、下界保护是一种简单的存储保护技术。系统可为每道作业 设置一对上、下界寄存器,分别用来存放当前运行作业在内存空间的上、下边界地址,用它 们来限制用户程序的活动范围。如图 3.4(a)所示,某作业在内存的起始位置是 20kb,结束 位置是 25kb,上、下界寄存器的值分别为 25kb 和 20kb。在作业运行过程中,每当要访问内 存某单元时,就检查经过重定位后产生的内存地址是否在上、下界寄存器所规定的范围之内, 若在,则访问是合法的,可以进行;否则,产生越界中断,通知系统进行越界处理。
第 3 章 存储管理
第 3 章 存储管理
教学要点
本章主要介绍存储管理相关的基本概念、存储管理的目的和四大基本功能以及实
存管理: 三种分区存储管理方案、空闲区分配算法、地址重定位与存储保护和虚存管
理:请求页式存储管理、请求段式存储管理、页面置换算法以及 Linux 存储管理。
存读储者器重是点计掌算握机可中变最分重区要存的储资管源理之、一页,式是存用储来管存理放和程虚序拟和存数储据管的理部技件术。;现掌代握计地算址机系统 一般采用多级存储器体系,包括高速缓冲存储器(简称高速缓存),内存储器(也称物理存 储重器定,位简概称念内,存页、面实置存换或算内法存;)了和解辅L助in存ux储存器储(管简理称实辅现存策或略外。存)。高速缓存的存取速度与 中央处理器速度相当,速度快,但成本较高,容量较小(现在一般为几 KB~几百 KB),主要 用来存放使用频率较高的少量信息;内存储器一般用来存放用户正在执行的程序及其用到的 数据,中央处理器可随机存取其中的数据,其存取速度要比高速缓存慢一点,容量较高速缓 存大得多(现在一般为几十 MB~几百 MB),程序需装入内存方能运行;辅助存储器不能被 中央处理器直接访问,一般用来存放大量的、暂时不用的数据信息。辅助存储器存取速度较 低,成本也较低,但容量较大(现在一般为几 GB~几十 GB)。三种存储器由高速缓存到辅助 存储器,容量是递增的,存取速度是递减的。多级存储器体系中,信息的流动方向和容量、 速度的关系,如图 3.1 所示。
内存地址的集合称为内存地址空间(或物理地址空间),简称内存空间(或物理空间)。 它是一维线性空间,其编址顺序为 0,1,2,3,…… n-1,n 的大小由实际组成存储器的存 储单元个数决定。比如,某个系统,有 64K 内存,则其内存空间编号为 0,1,2,3,…… 65535。
2. 逻辑空间
我们用汇编语言或高级语言编写程序时,常常用符号名来访问某一单元。我们把程序中 由符号名组成的程序空间称为符号名空间,简称名空间。
假如把作业装入到内存第 1000~1299 号单元处。由图 3.2 可以看出,若只是简单地装入 第 1000~1299 号单元,执行 Mov R1,[200]指令时,会把内存中 200 号单元的内容送入 R1,
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第 3 章 存储管理
显然这样会出错。只有把 1200 号单元的内容送入 R1 才是正确的。所以作业装入内存时,需 对指令和指令中相应的逻辑地址部分进行修改,才能使指令按照原有的逻辑顺序正确运行。
本章首先介绍存储管理的研究对象和目的,明确存储管理的基本功能和相关的基本概 念;然后从实存和虚存两个角度,分别介绍常用的几种存储管理方案;最后对各种存储管理
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第 3 章 存储管理
方案存在的问题,主要是碎片和抖动问题进行总结。
3.1 概述
3.1.1 存储管理的功能
在多道程序环境中,存储管理的主要目的有两个:一是提高资源的利用率,尽量满足多 个用户对内存的要求;二是能方便用户使用内存,使用户不必考虑作业具体放在内存哪块区 域,是如何实现正确运行等复杂问题。为此,存储管理一般应能实现如下所述的基本功能:
3. 地址重定位
我们把用户程序装入内存时,对有关指令的逻辑地址部分的修改称为地址重定位,即地 址重定位是建立用户程序的逻辑地址与物理地址之间的对应关系。按实现地址重定位的时机 不同,地址重定位又分为两种:静态地址重定位和动态地址重定位。
⑴ 静态地址重定位 静态地址重定位是在程序执行之前由操作系统的重定位装入程序完成的。它根据要装入 的内存起始地址,如图 3.2 中为 1000 号单元,直接修改所有涉及到的逻辑地址,将内存起始 地址加上逻辑地址得到正确的内存地址,如 100 号单元的 Mov R1,[200]装入内存后,被装 入到 1100 号单元,且指令中逻辑地址被改为 Mov R1,[1200],这样指令就可正确读取数据 了。静态重定位后的内存空间如图 3.3(a)所示。
高速缓冲存储器
存 储 容 量 递 增
存
内存储器
取 速
度
递
辅助存储器
增
图 3.1 多级存储器体系示意图
操作系统中所谓的存储管理,主要是指对内存储器的管理。随着现代技术的发展,内存 容量越来越大,但它仍然是一个关键性的、紧缺的资源,尤其是在多道程序环境之中,多个 作业需共享内存资源,内存紧张的问题依然突出。所以,存储管理是操作系统的重要组成部 分,能否合理有效地利用内存在很大程度上影响着整个计算机的性能。
对于存储保护除了防止越界外,还可对某一区域指定专门的保护方式。常见的对某一区 域的保护方式有四种:①禁止做任何操作;②只能执行;③只能读;④能读/写。如对许多用 户可共享的程序,一般设定为只能执行,而对许多用户可共享的数据,则设定为只能读;一 般的用户数据则是可读/写的。
3.1.5 虚拟存储器
随着计算机技术应用得日益广泛,需要计算机解决的问题越来越复杂。有许多作业的大
① 按作业要求进行内存分配并进行适时回收。 ② 实现程序中的逻辑地址到物理地址的转换。 ③ 对操作系统及用户信息提供存储保护。 ④ 实现内存的逻辑扩充,提供给用户更大的存储空间。 下面分别予以详述。
3.1.2 内存的分配与回收
在多道程序设计的环境中,当有作业进入计算机系统时,存储管理模块应能根据当时的 内存分配状况,按作业要求分配给它适当的内存。作业完成时,应回收其占用的内存空间, 以便供其它作业使用。
名空间
Mov R1,[data]
data:
6817
逻辑地址空间
0
100 Mov
R1,[200]
200 6817