《操作系统》课件(五)页式存储管理

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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

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。

页式存储管理.ppt

页式存储管理.ppt

4.5 段式存储管理
一个用户程序往往由几个程序段(主程序、子 程序和函数)所组成,当一个程序装入内存时,按 段进行分配,每个段的大小是不相等的。
程序地址的组成:S:W
例: S1:XXXX S2:XXXX S3;XXXX
1、分段与分页的区别: • 段是信息逻辑单位,页是物理单位(长度)。 • 段长不固定,页等长;页号连续,段号间无顺序关系。 • 段式作业地址空间是二维的,页式地址空间是一维的。
被修改时,其修改位M置1。
页号 0 1 2 3 4 5
内存块号 …… …… …… …… …… ……
访问位 0 1 1 0 0 1
修改位 1 0 1 0 1 0
在最近的一个时钟 周期(如20ms)内, 访问过页1、2、5。 自装入内存后,修 改过页0、2、4。
有四类页面: ① R=0,M=0 (最佳淘汰页) ② R=0,M=1 ③ R=1,M=0 ④ R=1,M=1(最不该淘汰)
2、段式管理的内存分配与释放: 每段要求一个连续的内存区,所以其分配和回收算法类 似于分区管理,如 FF,BF,WF,相邻区合并。
造成这样问题的主要原因是用户程序装入内 存时是连续装入的,为解决这个问题,提出了分 页存储管理技术。
二、分页的概念
程序地址空间分成大小相等的页面,同时把内存也分成与 页面大小相等的块,当一个用户程序装入内存时,以页面为单 位进行分配。页面的大小是为2n ,通常为1KB,2KB,nKB等。
页式存储管理要解决如下问题: 1、地址映射; 2、调入策略; 3、淘汰策略; 4、放置策略。
页将要运行,在其运行之前先行调入内存,这样在 程序运行的过程中就不会出现缺页中断。这样方法 从表面上看起来很好,但系统无法预计系统中作业 的运行情况,难以实现。 2、请调

2024版计算机操作系统第四版ppt课件

2024版计算机操作系统第四版ppt课件

分布式处理系统的应用
如云计算、大数据处理等。
分布式文件系统与数据库系统
分布式文件系统的基本概念
01
将文件分布在多个计算机节点上,通过网络进行访问和
管理。
分布式数据库系统的基本概念
02
将数据库分布在多个计算机节点上,通过网络进行访问
和管理,同时保持数据的一致性和完整性。
分布式文件系统和数据库系统的关键技术
文件共享是指多个用户或进程可以同时访问和使用同一文件。
文件保护
文件保护是指操作系统采取一定的措施,防止文件被非法访问、修 改或破坏。
共享与保护的实现方法
操作系统可以通过访问控制列表(ACL)、权限位和加密等机制来 实现文件的共享和保护。
文件操作及实现方法
文件操作
文件操作包括文件的创建、打开、读/写、定位和关闭等。
调度算法的性能评价指标
包括系统吞吐量、处理机利用率、周转时间、响应时间等。
典型的多处理机调度算法
如最短作业优先算法、最高响应比优先算法等。
分布式处理系统的特点与分类
分布式处理系统的特点
自治性、并发性、资源共享、透 明性等。
分布式处理系统的分类
根据系统中计算机的类型和互连 方式,可分为同构型分布式系统 和异构型分布式系统。
并行处理系统的基本结构 包括多个处理单元、互连网络、存储器等部件,通过相互 协作完成并行任务。
并行处理系统的分类 根据处理单元的数量和互连方式,可分为共享内存系统和 分布式内存系统。
多处理机调度算法及性能评价
多处理机调度算法的种类
包括静态调度算法和动态调度算法,其中动态调度算法又可分为集中式调度和分布式调度。
进程调度算法的实现需要考虑系统 效率、公平性和实时性等因素。

操作系统——页式存储管理

操作系统——页式存储管理

操作系统——页式存储管理分区式存储管理最⼤的缺点是碎⽚问题严重,内存利⽤率低。

究其原因,主要在于连续分配的限制,即它要求每个作⽤在内存中必须占⼀个连续的分区。

如果允许将⼀个进程分散地装⼊到许多不相邻的分区中,便可充分地利⽤内存,⽽⽆需再进⾏“紧凑”。

基于这⼀思想,产⽣了“⾮连续分配⽅式”,或者称为“离散分配⽅式”。

连续分配:为⽤户进程分配的必须是⼀个连续的内存空间。

⾮连续分配:为⽤户进程分配的可以是⼀些分散的内存空间。

分页存储管理的思想:把内存分为⼀个个相等的⼩分区,再按照分区⼤⼩把进程拆分成⼀个个⼩部分。

分页存储管理分为:实分页存储管理和虚分页存储管理⼀、实分页式存储管理实分页式存储最⼤的优点是内存利⽤率⾼,与⽬前流⾏的虚分页存储管理相⽐,具有实现简单,程序运⾏快的优点。

⽬前,飞速发展的硬件制造技术使得物理内存越来越⼤,因此我们认为,实分页式存储管理将是⼀种最有发展前途的存储管理⽅式。

1.1、基本原理假设⼀个⼤型饭店,所有的客房都是标准的双⼈间,部分客房已经住进客⼈,现在⼜有⼀个旅游团要求⼊住。

接待员统计了⼀下,对旅游团领队说:“贵团全体成员都能住下,两⼈⼀个房间,但是不能住在同⼀楼层了,因为每层空着的客房不够,更没有⼏个挨着的。

请原谅!”。

对于这样的安排,⼀般⼈不会感到奇怪。

因为旅游团本来就是由⼀位位个⼈或夫妻等组成的,⽽饭店的客房本来也是两⼈⼀间的,两⼈⼀组正好可住在⼀个客房⾥;另外,饭店⼏乎每天都有⼊住的和退房的客⼈,想在同⼀楼层找⼏间挨着的客房实在不容易。

①将整个系统的内存空间划分成⼀系列⼤⼩相等的块,每⼀块称为⼀个物理块、物理页或实页,页架或页帧(frame),可简称为块(block)。

所有的块按物理地址递增顺序连续编号为0、1、2、……。

这⾥的块相当于饭店的客房,系统对内存分块相当于饭店把⼤楼所有的客房都设计成标准的双⼈间。

②每个作业的地址空间也划分成⼀系列与内存块⼀样⼤⼩的块,每⼀块称为⼀个逻辑页或虚页,也有⼈叫页⾯,可简称为页(page)。

操作系统课件汤子瀛本科操作系统5(2024)

操作系统课件汤子瀛本科操作系统5(2024)

文件系统的功能
负责文件的存储、检索、共享和保护,提供方便 的文件访问接口。
文件系统的类型
根据文件性质和存储方式,可分为磁盘文件系统 、网络文件系统等。
2024/1/29
19
文件的逻辑结构
逻辑结构的概念
从用户角度看到的文件组织形式,与物理存储方式无关。
逻辑结构的类型
包括顺序文件、索引文件、索引顺序文件等。
34
THANKS
感谢观看
2024/1/29
35
29
06
操作系统安全与维护
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
2024/1/29
30
操作系统安全概述
01
操作系统安全性的 重要性
保护系统资源,防止未经授权的 访问和破坏。
02
安全威胁与攻击类 型
病毒、蠕虫、木马、恶意软件等 。
03
安全策略与防御措 施
防火墙、入侵检测系统、反病毒 软件等。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
7
进程的概念与状态
2024/1/29
进程的定义
01
进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位,是程序的
执行过程。
进程的状态
02
进程在执行过程中会呈现不同的状态,包括就绪状态、执行状
态、阻塞状态等。
进程控制块PCB
03
每个进程都有一个唯一的进程控制块PCB,用于存储进程的标Fra bibliotek批处理操作系统
单道批处理系统、多道批处理系统。
分时操作系统
具有交互性、多路性、独立性、及时性等特点。
2024/1/29

计算机操作系统课件完整版

计算机操作系统课件完整版

分配算法
首次适应算法、最佳适应 算法、最坏适应算法等, 用于决定如何为进程分配 内存空间。
虚拟内存技术原理及应用
虚拟内存概念
通过硬件和软件的结合 ,将物理内存和外存结 合起来,为用户提供比 实际物理内存大得多的 逻辑内存空间面 置换功能,实现虚拟内 存。
分布式操作系统
这种操作系统能够管理分布在不同地点的 计算机资源,支持分布式计算和协同工作 ,适用于构建和管理分布式系统。
分时操作系统
这种操作系统允许多个用户同时使用计算 机,每个用户都感觉自己独占了整个系统 资源。
网络操作系统
这种操作系统能够管理网络资源,提供网 络服务和支持网络通信,适用于构建和管 理计算机网络。
分布式系统特点和挑战
分布式系统特点
分布式系统由多台计算机组成,每台计算机都拥有独立的处理能 力和存储空间,计算机之间通过网络进行通信和协作。
分布式系统挑战
分布式系统面临着诸多挑战,如数据一致性、并发控制、容错处理 、安全性等。
分布式系统应用
分布式系统广泛应用于云计算、大数据处理、物联网等领域。
典型分布式操作系统案例分析
• 优先级调度策略:优先级调度策略是根据设备请求的优先级进行资源分配。优先级高的请求可以优先获得资源 ,而优先级低的请求则需要等待。这种策略的优点是可以满足紧急或重要请求的需求,但缺点是可能导致低优 先级请求长时间得不到处理。
06
用户界面与交互设计
用户界面基本要素和原则
用户界面基本要素
包括窗口、菜单、图标、按钮等,这些 要素是用户与计算机进行交互的基础。
网络协议栈概述
网络协议栈是一组按照特定层次结构排列的网络协议集合,用于实 现不同计算机系统之间的通信。

课件:页式虚拟存储管理

课件:页式虚拟存储管理

将该页登记入快表
硬件处理 操作系统处理
• 现代OS的主流存储管理技术
• 首次只把进程第一页信息装入主存, 称为请求页式存储管理
页式虚拟存储管理的页表
• 需要扩充页表项,指出:
– 每页的虚拟地址、实际地址 – 主存驻留标志、写回标志、保护标志、
引用标志、可移动标志
标志位 主存块号 辅助存储器地址 第0页
第n页
页式虚拟存储管理的实现
• CPU处理地址 –若页驻留,则获得块号形成绝对地址 – 若页不在内存,则CPU发出缺页中断
• OS处理缺页中断 –若有空闲页架,则根据辅存地址调入 页,更新页表与快表等 –若无空闲页架,则决定淘汰页,调出 已修改页,调入页,更新页表与快表
页式虚拟存储管理的地址转换
按逻辑地址查快表
否 查页表
该页在快表 中有登记吗?
否 该页在主存? 是
发缺页中断
形成绝对地址
是 形成绝对地址 继续执行指令
保护现场
计算机操作系统
3 存储管理 – 3.3 页式存储管理 3.3.3 页式虚拟存储管理
掌握页式虚拟存储管理的基本思 想
掌握页式虚拟存储管理的页表 掌握页式虚拟存储管理的地址转
换 掌握缺页中断的处理流程源自页式虚拟存储管理的基本思想
• 把进程全部页面装入虚拟存储器,执 行时先把部分页面装入实际内存,然 后,根据执行行为,动态调入不在主 存的页,同时进行必要的页面调出

内存页式存储管理

内存页式存储管理

内存页式存储管理为了支持多道程序系统和分时系统,支持多个程序并发执行,引入了分区式存储管理,这里给大家分享一些关于内存页式存储管理,希望对大家能有所帮助。

基本原理将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页(page),而物理内存划分为同样大小的页框(page frame)。

程序加载时,可将任意一页放人内存中任意一个页框,这些页框不必连续,从而实现了离散分配。

该方法需要CPU的硬件支持,来实现逻辑地址和物理地址之间的映射。

在页式存储管理方式中地址结构由两部构成,前一部分是页号,后一部页式管理方式的优点是:1)没有外碎片,每个内碎片不超过页大比前面所讨论的几种管理方式的最大进步是,2)一个程序不必连续存放。

3)便于改变程序占用空间的大小(主要指随着程序运行,动态生成的数据增多,所要求的地址空间相应增长)。

缺点是:要求程序全部装入内存,没有足够的内存,程序就不能执行。

分为页内地址w(位移量)页式管理的数据结构在页式系统中进程建立时,操作系统为进程中所有的页分配页框。

当进程撤销时收回所有分配给它的页框。

在程序的运行期间,如果允许进程动态地申请空间,操作系统还要为进程申请的空间分配物理页框。

操作系统为了完成这些功能,必须记录系统内存中实际的页框使用情况。

操作系统还要在进程切换时,正确地切换两个不同的进程地址空间到物理内存空间的映射。

这就要求操作系统要记录每个进程页表的相关信息。

为了完成上述的功能,—个页式系统中,一般要采用如下的数据结构。

进程页表:完成逻辑页号(本进程的地址空间)到物理页面号(实际内存空间,也叫块号)的映射。

页式管理地址变换在页式系统中,指令所给出的地址分为两部分:逻辑页号和页内地址。

原理:CPU中的内存管理单元(MMU)按逻辑页号通过查进程页表得到物理页框号,将物理页框号与页内地址相加形成物理地址上述过程通常由处理器的硬件直接完成,不需要软件参与。

通常,操作系统只需在进程切换时,把进程页表的首地址装入处理器特定的寄存器中即可。

《计算机操作系统》ppt课件完整版

《计算机操作系统》ppt课件完整版

线程的实现方式
1 2
用户级线程 在用户空间中实现的线程,内核对其无感知,线 程管理和调度由用户程序自己完成。
内核级线程 在内核空间中实现的线程,内核负责线程的创建、 撤销和调度等操作,线程管理开销较大。
3
混合实现方式 结合用户级线程和内核级线程的特点,将部分线 程管理功能交给用户程序完成,以提高效率。
进程的状态与转换
进程的基本状态包括就绪、执行和阻塞三种。
进程状态转换的典型情况包括:运行到就绪、就绪到运行、运行到阻塞、阻塞到就 绪等。
进程状态转换由操作系统内核中的进程调度程序完成。
进程控制与管理
进程控制包括进程的创建、撤销、阻塞和唤醒等操作。
进程管理包括进程同步、进程通信、进程调度和进程死锁 等问题。
优点
提高了系统的并发性和响应速度,充分利用了多核处理器 的优势。
缺点
线程间的同步和通信可能增加编程的复杂度和出错概率。
对象管理技术
对象管理概念
对象管理是指操作系统 采用面向对象的思想来 管理系统的资源,如文 件、设备、进程等。
优点
提高了系统的模块化程 度,便于扩展和维护; 增强了系统的安全性, 通过封装和访问控制保 护对象。
THANKS
感谢观看
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统概念
嵌入式操作系统是用于嵌入式系统的专用操作系统, 负责管理和控制嵌入式设备的硬件和软件资源。
优点
嵌入式操作系统具有实时性、可靠性和可定制性等特 点,适用于各种嵌入式应用场景。
缺点
嵌入式操作系统的资源受限,如处理器速度、内存大 小和存储容量等,需要针对特定应用进行优化。
享内存等。
调度与分配
按照一定策略对进程进 行调度,分配处理机资

页式存储管理课件

页式存储管理课件

为了实现数据的高速传输,页式存储 管理还需要依赖于高速的I/O接口,如 PCIe、SAS等。
内存管理单元(MMU)
MMU是页式存储管理中的关键硬件 组件,负责地址转换和页面置换等操 作,保障程序的正确执行。
操作系统支持
01
02
03
虚拟内存管理
操作系统提供虚拟内存管 理机制,将逻辑地址转换 为物理地址,实现程序的 正确执行。
应用程序开发框架
应用程序开发框架提供了 一系列工具和库,帮助开 发者快速开发出高效、稳 定的应用程序。
系统集成工具
系统集成工具用于将不同 的软件系统进行集成,实 现数据的共享和交换。
04
页式存储管理的应用场景
嵌入式系统概述
01
嵌入式系统是一种专用的计算机 系统,通常用于控制、监视或帮 助设备进行特定任务。
内存分配策略
常见的内存分配策略有按需分配、预分配和混合分配。按需分配是指只在需要时才为程序 分配内存空间;预分配是指预先为程序分配一定数量的内存空间;混合分配则结合了按需 分配和预分配的策略。
页面置换算法
当内存空间不足时,需要选择一个页面将其置换出内存,以便为其他页面腾出空间。常见 的页面置换算法有先进先出(FIFO)、最近最少使用(LRU)和最优算法(OPT)等。
支持动态分配和按需分配,满足不同程 序的需求。
按照页框进行地址转换,提高了内存利 用率。
特点 页框大小固定,便于管理。
页式存储管理的历史与发展
早期阶段
页式存储管理思想起源于20世纪 50年代,但当时技术条件不成熟
,未得到广泛应用。
发展阶段
随着计算机技术的不断发展,页式 存储管理逐渐得到应用和研究,成 为一种重要的存储管理方式。

计算机操作系统 OS-chapter 5

计算机操作系统 OS-chapter 5

4)重定位(地址变换) :把逻辑地址转换为相应物理地 址叫重定位
5)程序的装入与链接

程序的装入
绝对装入方式:编译或汇编时时直接给出实际内
存地址,只适用于单道程序环境
物理地址由程序员给出(对程序员要求较高)
物理地址由编译器或汇编器给出
可重定位装入方式:每道程序都从0开始编址,
程序中的其他地址是相对于0号地址的,在将程 序装入内存时,物理地址与逻辑地址不同,不仅 要修改指令地址,而且要修改指令内容
3.内存信息共享 :使多道程序能动态地共享内存, 最好能共享内存的信息
4.地址变换(重定位)(需要硬件支持)
逻 辑 地 址 空 间 高级语言 源程序
浮 编译 动 目 标 文 件
链接 目 标 代 码 .EXE
装入
内存
库文件
1)逻辑地址(相对地址) :用户编程时总是从0开始编址, 这种用户编程所用的地址称 逻辑地址 2)物理地址(内存地址、绝对地址):内存是由若干存 贮单元组成的,每个存贮单元有一个编号称为物理地址。 3)地址空间 逻辑地址空间:用户编程空间,是由CPU的地址总线 扫描出来的 。 物理地址空间:由物理存贮单元组成的空间,由存贮 器的地址总线扫描出来的空间。

5.1 存贮器管理的功能
1.内存的分配及回收:根据不同的管理机制有不同的分配 回收算法。但是,无论何种机制,一个有效的机制必须做 到用户申请时立即响应,预以分配;用户用完立即回收, 以供其它用户使用,为此存贮区分配应有如下机制 。 记住每个区域的状态(已分。未分) 实施分配(修改数据结构) 接受系统或用户释放的区域(修改数据结构)
程序装入之后不能在内存中移动
0 1000 Load 1,2500

2024版年度《操作系统》ppt课件

2024版年度《操作系统》ppt课件
2024/2/2
成组链接法
将若干个空闲块组成一组,第一块的指针指向下一组空闲块 的第一块,最后一块的指针指向本组的空闲块总数,分配和 回收空间时均以组为单位进行。
31
磁盘容错技术
奇偶校验
通过增加冗余信息来检测并纠正数 据传输过程中可能出现的错误。
日志结构文件系统
将多个磁盘组合成一个逻辑磁盘, 通过数据分条、镜像、奇偶校验等
2024/2/2
最短寻道时间优先(SSTF)
优先选择距离当前磁头位置最近的请求进行服务,可减少磁头移动距 离,但可能导致某些请求长时间等待。
扫描算法(SCAN)
磁头从一端向另一端移动,途中满足遇到的请求,到达另一端后返回, 途中再次满足遇到的请求,如此往复。
循环扫描算法(CSCAN)
类似于SCAN算法,但磁头只在一个方向上移动,到达另一端后立即 返回起始端,途中不服务请求,返回途中再满足遇到的请求。
通信加密
对网络通信数据进行加密,防止数据在传输过程 中被窃取或篡改。
2024/2/2
36
防火墙与入侵检测系统设计
1 2
防火墙技术 通过包过滤、代理服务等技术,对网络进行访问 控制,防止外部攻击。
入侵检测系统 实时监控网络和系统事件,发现可疑行为并及时 报警,防止内部和外部的入侵行为。
3
防火墙与入侵检测系统的整合 将防火墙和入侵检测系统相结合,实现更全面的 安全防护。
功能
操作系统的主要功能包括管理计算机硬 件和软件资源,提供用户界面,以及控 制和管理计算机系统的各个部分。
2024/2/2
4
发展历程与分类
发展历程
从手工操作到批处理系统,再到分时系统、实时系统、网络操作系统和分布式 操作系统等。

《操作系统》课件页式存储管理

《操作系统》课件页式存储管理
请和释放内存。
延迟释放
对于一些不再使用但仍占用内存 的对象,可以采用延迟释放的策 略,等到系统空闲时再统一进行
内存回收。
实时监控和调试工具使用技巧
使用内存监控工具
可以使用一些内存监控工具来实时监控 系统的内存使用情况,包括内存占用率 、内存分配和释放的频率等,从而及时 发现内存抖动问题。
VS
使用调试工具
影响
内存抖动会导致系统性能下降,因为 频繁的分配和释放操作会消耗大量的 CPU时间,同时还会产生大量的内存 碎片,从而降低内存利用率。
避免或减少内存抖动方法探讨
优化数据结构
通过合理设计数据结构,减少小 块内存的使用,从而降低内存分
配和释放的频率。
内存池技术
使用内存池技术可以预先分配一 块较大的内存区域,并通过自定 义的内存管理算法来管理该内存 区域,从而避免频繁地向系统申
页面大小调整
根据应用程序的特点和访问模式, 动态调整页面大小,以适应不同的 工作负载。
降低缺页率、提高命中率技巧
01
02
03
预测技术
利用程序的行为模式和历 史数据,预测未来可能访 问的页面,并提前将其加 载到内存中。
局部性原理
根据程序的局部性访问原 理,尽量将相关的数据和 代码放在同一个页面内, 以减少页面置换的次数。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
页面保护
采用写时复制、只读保护 等技术,减少不必要的页 面写操作,降低缺页率。
多级页表、反置页表等扩展技术
多级页表
将页表分为多级结构,以减少页表占用的内存空间和加快页表查找速度。
反置页表
将页表项按照物理页帧号进行组织,而不是按照逻辑页号,以加快页表查找和页面置换的速度。

操作系统完整版电子课件

操作系统完整版电子课件
通过设置安全策略,控制网络通信的进出,防止 未经授权的访问和攻击。
防火墙的实现方式
包括包过滤防火墙、代理服务器防火墙和有状态 检测防火墙等。
防火墙的应用场景
如企业网络安全防护、个人计算机安全防护和云 计算安全防护等。
谢谢观看
文件的逻辑结构
无结构文件
文件内部的数据就是一系列二进 制流或字符流组成。又称“流式 文件”。
按记录的长度分为
定长记录文件和变长记录文件两 种。
文件的物理结构
连续文件(数组结构)
文件的信息存放在一组相邻的物理块中。
串联文件(链表结构)
文件信息存放在若干不相邻的物理块中,相邻的物理块之间通过指 针连接,前一个物理块指向下一个物理块。
DMA(直接内存访问)I/O方式
主存与设备之间开辟直接的数据通路,由DMA控制器控制数据的传 输。
通道控制方式
使用专门的通道控制部件来管理和控制I/O操作,减轻CPU的负担。
中断处理与设备驱动程序
中断处理
当中断发生时,CPU暂停当前程序的执行,转去执行中断处理程序,处理完中断后再返回原程序继续 执行。
Spooling技术(假脱机技术)
将独占设备改造成共享设备的一种技术,多个作业可以同时使用该设备,提高设备的利 用率。
06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
操作系统安全性的定义
确保操作系统的保密性、完整性和可用性,防止未经授权的访问 和破坏。
操作系统面临的安全威胁
包括病毒、蠕虫、木马、恶意软件等,以及来自网络攻击和数据泄 露的风险。
操作系统的分类与特点
分类
根据运行环境的不同,可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网 络操作系统等。
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段的共享和保护
共享:在不同用户的段表中添入相同的 段表表项。
保护:在段表中添加一个保护位。 思 考:为什么段式存储管理比页式存储
管理更容易实现共享和保护?
段式和页式的问题和优点
页式:解决了碎片问题。但不便于用户作业 的共享和保护。由于用户调入的页可能只用 到其中的一部分,因此系统的效率不高。
210=1024,25=32
(2)根据给定的逻辑地址得到页号和页内地址。
035E(H)=(0000001101011110)2 从左边 数10位为页内地址,剩余为页号。页号为0。
(3)根据页号查页表,得到块号为5。
(4)将块号与块内地址组合为物理地址:
01011101011110=175E(H)
页表的实现—快表
块号
5 12
保护位
R WR
5
5
5
5
5
用户1
用户2
用户3
页式虚拟存储技术
虚拟存储器:内存扩充技术,为用户提供一 个比实际内存大得多的内存空间。
实现虚拟的三个三个条件;
程序中的哪些页已经加载内存。 当要访问的页不在内存时,如何将其掉如内存? 若此时内存空间已满,如何选择换出的页?
页式虚拟的基本原理:加载作业时,只加载 那些最活跃的页,其余的页需要时再加载。 “请求调页技术”和“预调页技术”。
从上述地址变换过程可以看出:CPU每取一条 指令或数据,都必须经过页表。
因此,页表的每一个表项都是一个动态重定位 机构。
如何实现页表,将影响系统的效率。 方式:
硬件实现:用寄存器组。但代价太高,特别是内存 很大时,是不可能的。
软件实现:将页表放在内存中。每取一条指令,要 两次访问内存。
快表
用户作业请求:块数B 空闲块数B N
无法分配
扫描位示图,查找为0的位 计算块号 建立页表
页式系统的内存保护和共享
保护:在页表上添加一个保护位。在做地址 变换时,检查对页面的访问是否合法。
共享:根据地址转换过程可知:如果在不同 用户的页表中填上相同的页表表项(块号), 就能够访问相同的内存空间。
空间局部性:某个页面被访问,很可能它相临的 页也要被访问。例如:数组遍历;代码程序的执 行;等等。
工作集:进程活跃地访问的页面的集合。
工作集模型(续)
工作集存储管理策略力求把活跃程序的工 作集保存在内存中。
W(h)
h0
h
从上图可以看出:仅当一个进程的全部工作 集都在内存时才能运行该作业。
页式存储管理的缺陷
段式:很好地解决了共享和保护问题,系统 效率高;但由于采用可变分区方式为段分配 内存,存在碎片问题。
段页式存储管理
也称为“混合式存储管理”,将页式和 段式的优点结合起来。
原理:程序先分段,段内再分页。每个 段在内存中拥有一个页表。
用户看到的是段,即共享时采用段。 内存管理采用页,因此消除了碎片。
在调入内存时,若内存已满
进行“页面替换”:从内存中选择一个页调 出内存,为新调入的页让出空间。
如果替换的不合适,则发生“抖动”或“颠 簸”现象:页在内外存之间频繁地调入调出, 系统开销很大。
页面替换算法:
先进先出法(FIFO):将最先调入内存的页调出 内存。
最近最少使用算法(LRU:least recently used)。 将最近一段时间内没有用过的页调出内存。
段的概念:一个逻辑意义完整的信息单位。 一个程序由若干个段组成。各段长度不同。
段式存储管理的原理:作业的地址空间由若 干个逻辑分段组成,每个分段有自己的名字, 在内存中占据一个连续的区域。但是段和段 之间可以是不连续的。
思考:采用什么策略为段分配内存?
地址变换
逻辑地址:段号+段内地址 注意:该逻辑地址是二维地址。 因为段在内存中占据一个连续的区域,如果
一、如何知道哪些已在内存
在页表中添加一个标志位(中断位),标 志该页是否已在内存: 0:不在 1:在内存 块号 保护位 标志位
当要访问的页不在内存时
发生“缺页中断”。 缺页中断的处理过程:
保存现场 在内存中找到一个空闲块。 从磁盘上找到要调入的页。 读磁盘到内存。 恢复现场。 重新调度运行。
缺页中断
页面替换
15
4 23 1
5 43
答案:缺页中断的次数为12次,页面替换的次序是:1 5 4 2 3 1 5 4 3。
(2)LRU算法:
访问队列:1 5 4 1 2 3 2 1 5 4 2 4 3 5 1
1 5442 3 3 354 2 2 35 1 内 存 1551 2 2 215 4 4 23 5
页面替换算法
最近最少使用算法(LFU):最近一段时 间内使用次数最少的页调出内存。 为每一个在内存的页设置一个计数器, 选择计数器中的值最小的调出。
最优算法(OPT):把将来一段时间内被 使用的可能性最小的页调出内存。 利用预测方法先来预测将来的使用情况。
注意:LRU、LFU之间的区别。
例 题:
2、现有一个作业,在段式存储管理的系统中已为
其分配了主存并建立了段表,如下所示:
段号 内存起始地址
长度
0
1760
680
1
1000
160
2
1560
200
3
2800
890
(1)说明段式存储管理的地址重定位过程。
(2)计算该作业访问[0,500],[1,300],[3, 655],[5,120]时的绝对地址。
随堂练习
在一个页式虚拟存储管理系统中,用户空间有 32个页,每页为1KB,主存为16KB。试问:
(1)逻辑地址的有效位是多少? (2)物理地址的有效位是多少? (3)假定某时刻为用户的第0、1、2、3页分别 分配的物理块号为5、10、4、7,试将虚拟地址 2500转变为物理地址。
分析:
(1)采用FIFO方法: 将内存中的页按进入的先后次序排队,后来的加入队尾,
先来的先出去。
(1)FIFO算法
访问队列:1 5 4 1 2 3 2 1 5 4 2 4 3 5 1
1 5442 3 3 154 2 2 35 1 内 存 1554 2 2 315 4 4 23 5
115 4 4 231 5 5 42 3
软硬件结合:将页表中使用最频繁的表项 (页表的的一个子集)放在cache中。称为 “快表”。
cache也称为“联想寄存器”,它不是根据 地址而是根据所存信息的全部特征或部分特 征进行存取。在这里为页号。
若要访问的页在cache中,则只需一次访问 内存。若不在,则到内存中去找,同时把新 的页表表项写入cache。
知道该段在内存中的起始地址,就可以得到 物理地址:
物理地址=起始地址+段内地址 段表:
段号 起始地址 长度
地址变换的过程
1、硬件支持:段表基址寄存器和段表长度寄存器。 因为段表是保存在内存中的。
2、步骤: (1)检查段号是否:段号段表长度寄存器
若否,则产生“地址越界”中断。 (2)根据段号和段表基址寄存器的值取段表表项, 得到段基址和段长度。 (3)判断段内地址是否越界:段内地址段长度。 (4)物理地址=基址+段内地址
从理论上讲,不同用户共享程序段或 数据很简单,只需在不同用户的页表中填上 相同的块号,经地址变换后,一定能访问相 同的内存空间。
但是,由于页的划分是由系统自动进 行的,很可能用户要共享的页分布在不同的 页中,给共享和保护造成了麻烦。
段式存储管理
用户程序观点:一个程序由若干程序段组成, 每一个段具有相对独立的功能。
地址变换
逻辑地址:段号+页号+页内地址
段号
页号
页内地址
段表: 段号 页表起始地址
页表: 页号 块号
注意:每一个段都有一个页表。 硬件支持:段表基址寄存器和段表长度寄存器。
本章小结—内存管理功能
内存的分配和回收 地址变换 内存共享与保护 虚拟存储器 任何一种管理策略,都需要解决上述问
内存分配
用户需求:需要多少块? 内存空闲块的管理:位示图。
位示图:在内存中划出一片区域,用一位 代表一个块,该位的值表示所代表的块的状 态:
0:空闲;1:已分配。
内存分配
块号与字号、字长的关系:系统的字长 一定,内存块从0开始编号,则有: 块号=字号*字长+位号 字号=[块号/字长] (取整的意思) 位号=块号 MOD 字长
加载那些马上要用到的页。其余的页在需要时 再加载。
地址变换
逻辑地址:页号+页内地址
页号
页内地址
如何转变为内存物理地址?
考虑:物理地址=块号*块长度+块内地址
块长度一定,块内地地址与页内地址相同。
问题变为:如何根据页号得到块号?
页表:
页号 0
1 2
块号 7
12 3 21
页表
地址变换过程
题。
解决上述问题的方法,就是存储管理的内容。
本章小结—内存管理技术
单道连续存储管理 分区存储管理
固定分区存储管理 可变分区存储管理 页式存储管理 段式存储管理 段页式存储管理
课后练习
1、在一个分页式虚拟存储管理系统中,每个 进程在内存中有3个数据区,2个程序区。现 有一进程,其数据的第1、2,3页已装入内 存。现有一个访问序列:1、3、4、1、2、5、 4、3、2、1、4、3、5、1,已知系统采用 最近最少使用(LRU)淘汰算法。请给出缺 页次数和发生缺页中断后的淘汰页号。
114 1
页面替换
54
32 1
5 24
答案:缺页中断的次数为11次,页面替换的次序是:5 4 3 2 1 5 2 4
工作集模型
虚拟存储技术的理论基础。
局部性原理:进程往往会不均匀地高度局部 化地访问内存。
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