操作系统原理课件
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• 优点：易于管理，便于用户的了解和使用。
• 缺点：
– 由于每次只能有一个作业进入内存，故它不适用于多 道程序设计，整个系统的工作效率不高，资源利用率 底下。
– 只要作业比用户区小，那么在用户区里就会形成碎片， 造成内存储器资源的浪费。
– 若用户作业的相对地址空间比用户区大，那么该作业 就无法运行。
（MR）=（BR）+（VR）
2.2 基本存储管理方法
2.2.1 单一连续分区存储管理
基本思想：内存分为两个区域：系统区，用户区。 应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。 最简单，适用于单用户、单任务的OS；单用户系 统在一段时间内，只有一个进程在内存。
特点
（1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用。 （2）实际上，内存用户区又被分为“使用区”和“空闲
2. 静态重定位方式
源程序经编译和连接后生成目标代码中的地址是以 0为起始地址的相对地址。
当需要执行时，由装入程序运行重定位程序模块， 根据作业在本次分配到的内存起始地址，将可执行目标 代码装到指定内存地址中，并修改所有有关地址部分的 值。
修改的方式是对每一个逻辑地址的值加上内存区首 地址（或称基地址）值。
当有一用户程序要装入时，由内存分配程序检索该 表，从中找出一个能满足要求的、尚未分配的分区，将 之分配给该应用程序，然后将该表项中的状态置为“已 分配”；若未找到大小足够的分区，则拒绝为该用户程 序分配内存。
区”两部分。 在操作系统中，把分配给用户、但又未使用的区域称为 “内部碎片”。 （3）由于任何时刻内存的用户区中只有一个作业运行， 因此这种系统只使用于单用户的情况。 （4）进入内存的作业，独享系统中的所有资源，包括内 存中的整个用户区。
特点
（5）由于整个用户区都分配给了一个用户使用，因此作 业进入用户区后，没有移动的必要。采用这种存储分配 策略时，将对用户程序实行静态重定位。
2.2.2 固定分区存储管理
• 把内存区固定地划分为若干个大小相等（和不等）的 连续分区。每个分区装一个且只能装一个作业，分区 的划分原则一般由系统操作员或操作系统决定，分区 一旦划分结束，在整个执行过程中每个分区的长度和 内存的总分区个数将保持不变。
• 分区大小相等：只适合于多个相同程序的并发执行 （处理多个类型相同的对象）。
么程序指令中的地址就不再反映所在的存储位置了，除非 重新进行地址重定位。
3. 动态重定位方式
采用动态重定位方式，将程序在装入内存时，不必修 改程序的逻辑地址值，程序执行期间在访问内存之前， 再实时地将逻辑地址变换成物理地址。动态重定位要靠 硬件地址变换机构实现。 ① 当程序开始执行时，系统将程序在内存的起始地址送 入地址变换机构中的基地址寄存器BR中。 ② 在执行指令时，若涉及到逻辑地址，则先将该地址送 入虚拟地址寄存器 VR，再将BR 和 VR 中的值相加后送 入地址寄存器 MR，并按 MR 中的值访问内存。
2.1 存储管理基础
2.1.1 虚拟地址与物理地址 内存
库
编 译程 序产 生 的目 标模 块
链接 程序
装 入模 块
装入 程序
…
第 一步
第 二步
第 三步
内存储器是由一个个存储单元组成，一个存储单元可存放 若干个二进制的位（bit），8个二进制位被称为一个字节 （Byte）。 内存中的存储单元按一定顺序进行编号，每个单元所对应 的编号，称为该单元的单元地址。
• 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序分配一个合适 的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物理 地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址进行 的，所以要进行地址转换。
2.1.2 地址定位方式
1. 固定定位方式
由程序员在编写程序时或由编译连接程序对源程序进 行编译连接时，直接指定程序在执行时访问的实际存储器 地址的方式称为固定定位方式。此种定位方式一般只适合 于单板机或单用户系统。在多道程序环境下，应保证各个 作业的地址互不重叠，这就比较困难了。
• 分区大小不等：多个小分区、适量的中等分区、少量 的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当 大小的分区。
Operating System
8M 8M
8M 8M
8M 固定分区(大小相同)
Operating System 8M 2M 4M 6M 8M
8M
12 M
固定分区(多种大小)
内存分配
为了便于内存分配，通常将分区按大小进行排队， 并为之建立一张分区说明表，其中各表项包括每个分区 的起始地址、大小及状态（是否已分配）。
（6）实行静态重定位，并不能阻止用户有意无意地通过 不恰当地指令闯入操作系统所占用的存储区域，如何阻 止对操作系统的侵扰，就是所谓的“存储保护”问题。 用于存储保护的专用寄存器－“界限寄存器”
➢ 存储保护过程：在用户态下，对内存的每一次访问，都 要在硬件的控制下，与界限寄存器中的内容进行比较。 一旦发现该访问的地址小于界限寄存器中的地址，就会 产生“地址越界”中断，阻止这次访问的进行。
第二章 存储管理
2.1 存储管理基础 2.2 基本存储管理方法 2.3 可变分区存储管理方法 2.4 内存扩充技术 2.5 纯分页的存储管理 2.6 请求分页系统 2.7 段式存储管理 2.8 段页式存储管理 2.9 Linux存储管理
存储器可分为：内存储器和外存储器；
内存储器：可以被CPU直接访问。 外存储器：不可以被CPU直接访问，外存与CPU 之间只能够在输入输出控制系统的管理下，进行信 息交换。
物理地址（绝对地址，实地址）：内存中存储单元的地址。 物理地址可直接寻址。
逻辑地址（相对地址，虚地址）：用户的程序经过汇编或 编译后形成目标代码，目标代码通常采用相对地址的形式。
其首地址为0，其源自文库指令中的地址都相对于首地址来编 址。
不能用逻辑地址在内存中读取信息。
地址重定位
• 地址重定位（地址映射）：将用户程序中的逻辑地址 转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。
静态重定位的特点
（1）静态重定位是在程序运行之前完成地址重定位工作的； （2）静态重定位由软件实现，无须硬件提供支持； （3）实行静态重定位时，地址重定位工作是在程序装入时被
一次集中完成的； （4）绝对地址空间里的目标程序与原相对地址空间里的目标
程序面目已不相同，因为前者进行了地址调整； （5）实施静态重定位后，若用户程序在内存中做了移动，那
• 缺点：
– 由于每次只能有一个作业进入内存，故它不适用于多 道程序设计，整个系统的工作效率不高，资源利用率 底下。
– 只要作业比用户区小，那么在用户区里就会形成碎片， 造成内存储器资源的浪费。
– 若用户作业的相对地址空间比用户区大，那么该作业 就无法运行。
（MR）=（BR）+（VR）
2.2 基本存储管理方法
2.2.1 单一连续分区存储管理
基本思想：内存分为两个区域：系统区，用户区。 应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。 最简单，适用于单用户、单任务的OS；单用户系 统在一段时间内，只有一个进程在内存。
特点
（1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用。 （2）实际上，内存用户区又被分为“使用区”和“空闲
2. 静态重定位方式
源程序经编译和连接后生成目标代码中的地址是以 0为起始地址的相对地址。
当需要执行时，由装入程序运行重定位程序模块， 根据作业在本次分配到的内存起始地址，将可执行目标 代码装到指定内存地址中，并修改所有有关地址部分的 值。
修改的方式是对每一个逻辑地址的值加上内存区首 地址（或称基地址）值。
当有一用户程序要装入时，由内存分配程序检索该 表，从中找出一个能满足要求的、尚未分配的分区，将 之分配给该应用程序，然后将该表项中的状态置为“已 分配”；若未找到大小足够的分区，则拒绝为该用户程 序分配内存。
区”两部分。 在操作系统中，把分配给用户、但又未使用的区域称为 “内部碎片”。 （3）由于任何时刻内存的用户区中只有一个作业运行， 因此这种系统只使用于单用户的情况。 （4）进入内存的作业，独享系统中的所有资源，包括内 存中的整个用户区。
特点
（5）由于整个用户区都分配给了一个用户使用，因此作 业进入用户区后，没有移动的必要。采用这种存储分配 策略时，将对用户程序实行静态重定位。
2.2.2 固定分区存储管理
• 把内存区固定地划分为若干个大小相等（和不等）的 连续分区。每个分区装一个且只能装一个作业，分区 的划分原则一般由系统操作员或操作系统决定，分区 一旦划分结束，在整个执行过程中每个分区的长度和 内存的总分区个数将保持不变。
• 分区大小相等：只适合于多个相同程序的并发执行 （处理多个类型相同的对象）。
么程序指令中的地址就不再反映所在的存储位置了，除非 重新进行地址重定位。
3. 动态重定位方式
采用动态重定位方式，将程序在装入内存时，不必修 改程序的逻辑地址值，程序执行期间在访问内存之前， 再实时地将逻辑地址变换成物理地址。动态重定位要靠 硬件地址变换机构实现。 ① 当程序开始执行时，系统将程序在内存的起始地址送 入地址变换机构中的基地址寄存器BR中。 ② 在执行指令时，若涉及到逻辑地址，则先将该地址送 入虚拟地址寄存器 VR，再将BR 和 VR 中的值相加后送 入地址寄存器 MR，并按 MR 中的值访问内存。
2.1 存储管理基础
2.1.1 虚拟地址与物理地址 内存
库
编 译程 序产 生 的目 标模 块
链接 程序
装 入模 块
装入 程序
…
第 一步
第 二步
第 三步
内存储器是由一个个存储单元组成，一个存储单元可存放 若干个二进制的位（bit），8个二进制位被称为一个字节 （Byte）。 内存中的存储单元按一定顺序进行编号，每个单元所对应 的编号，称为该单元的单元地址。
• 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序分配一个合适 的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物理 地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址进行 的，所以要进行地址转换。
2.1.2 地址定位方式
1. 固定定位方式
由程序员在编写程序时或由编译连接程序对源程序进 行编译连接时，直接指定程序在执行时访问的实际存储器 地址的方式称为固定定位方式。此种定位方式一般只适合 于单板机或单用户系统。在多道程序环境下，应保证各个 作业的地址互不重叠，这就比较困难了。
• 分区大小不等：多个小分区、适量的中等分区、少量 的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当 大小的分区。
Operating System
8M 8M
8M 8M
8M 固定分区(大小相同)
Operating System 8M 2M 4M 6M 8M
8M
12 M
固定分区(多种大小)
内存分配
为了便于内存分配，通常将分区按大小进行排队， 并为之建立一张分区说明表，其中各表项包括每个分区 的起始地址、大小及状态（是否已分配）。
（6）实行静态重定位，并不能阻止用户有意无意地通过 不恰当地指令闯入操作系统所占用的存储区域，如何阻 止对操作系统的侵扰，就是所谓的“存储保护”问题。 用于存储保护的专用寄存器－“界限寄存器”
➢ 存储保护过程：在用户态下，对内存的每一次访问，都 要在硬件的控制下，与界限寄存器中的内容进行比较。 一旦发现该访问的地址小于界限寄存器中的地址，就会 产生“地址越界”中断，阻止这次访问的进行。
第二章 存储管理
2.1 存储管理基础 2.2 基本存储管理方法 2.3 可变分区存储管理方法 2.4 内存扩充技术 2.5 纯分页的存储管理 2.6 请求分页系统 2.7 段式存储管理 2.8 段页式存储管理 2.9 Linux存储管理
存储器可分为：内存储器和外存储器；
内存储器：可以被CPU直接访问。 外存储器：不可以被CPU直接访问，外存与CPU 之间只能够在输入输出控制系统的管理下，进行信 息交换。
物理地址（绝对地址，实地址）：内存中存储单元的地址。 物理地址可直接寻址。
逻辑地址（相对地址，虚地址）：用户的程序经过汇编或 编译后形成目标代码，目标代码通常采用相对地址的形式。
其首地址为0，其源自文库指令中的地址都相对于首地址来编 址。
不能用逻辑地址在内存中读取信息。
地址重定位
• 地址重定位（地址映射）：将用户程序中的逻辑地址 转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。
静态重定位的特点
（1）静态重定位是在程序运行之前完成地址重定位工作的； （2）静态重定位由软件实现，无须硬件提供支持； （3）实行静态重定位时，地址重定位工作是在程序装入时被
一次集中完成的； （4）绝对地址空间里的目标程序与原相对地址空间里的目标
程序面目已不相同，因为前者进行了地址调整； （5）实施静态重定位后，若用户程序在内存中做了移动，那