操作系统存储器管理
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。
操作系统存储器管理实验心得
操作系统存储器管理实验心得操作系统存储器管理实验心得实验是我们每个学生都要经历的，通过这次实验使我更深刻地了解到了计算机硬件设备的组成和工作原理。
它给我的感触颇多：首先让我体会到要想当一名优秀的电脑维修人员必须具有良好的基础知识。
只有熟悉硬件设备才能在短时间内判断出故障并排除。
其次我也认识到电脑发展迅速，仅靠掌握操作系统及软件应用方面的知识还不够，还要懂得硬件的结构、性能等。
再者通过本次实验，对我们电子专业的学生来说更加有益。
学习掌握了更为高级的知识后可以在社会上做一些相关的工作，比如程序开发、硬件维护等。
而且将自己所学的知识真正运用于实践中，是对理论知识最好的检验。
而且，在实践中培养的动手能力和团队精神也是非常重要的。
第一节课时老师讲了一些关于内存的知识，让我们了解了什么是虚拟存储器，其实就是我们的硬盘。
但是现代电脑已经不单纯局限于传统意义上的硬盘和光驱，我们的内存越来越大，越来越快，已达到惊人的几十 GB。
它们各司其职，共同保证着你的电脑安全顺利的工作。
它们之间的配合也至关重要。
现在随便拿一台新买回来的笔记本电脑进行检测都会发现它们在内存和 CPU 之间还装了一块很小的内存芯片。
其实，这样的内存芯片是用来临时存放我们正在编写的程序，防止突然死机造成损失。
第二节课老师教授我们如何去识别和判定硬盘坏道，虽然我觉得很难，因为以前从未接触过此类问题。
看来在平时学习中积累相关的经验很重要啊！老师先让我们通过 DOS 命令判断自己电脑中的硬盘数据是否正常。
通过学习和练习我终于学会了通过命令“ chkdsk”对硬盘数据进行修复，在学习的过程中遇到许多困难，但是我坚持下来了，努力克服一切困难完成了任务。
学习是一个循序渐进的过程，刚开始根本不知道如何去查看自己硬盘的健康状况。
后来经过请教了其他班的同学才慢慢弄清楚怎么查看。
这种东西真是千变万化，让人捉摸不透。
俗话说磨刀不误砍柴功，无论干哪一行没有扎实的基础知识肯定是寸步难行的。
操作系统第17讲 习题三new
A，B（1）提高系统吞吐量（2）提高存储空
间的利用率（3）降低存储费用（4）提高换入换出
的速度。
10
东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院
第四章 存储器管理
5、对重定位存储管理方式，应（A），当程序执行时，
是由（B）与（A）中的（C）相加得到（D），用（D）
来访问内存。
A（1）在整个系统中设置一个重定位寄存器；（2）
Ⅰ. 修改页表 Ⅱ．磁盘I/O Ⅲ．分配页框
A．仅Ⅰ、Ⅱ B．仅Ⅱ C．仅Ⅲ D．Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ
21
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第四章 存储器管理
10．当系统发生抖动（thrashing）时，可用采取
的有效措施是（）
Ⅰ. 撤销部分进程
Ⅱ．增加磁盘交换区的容量
Ⅲ．提高用户进程的优先级
A．仅Ⅰ B．仅Ⅱ C．仅Ⅲ D．仅Ⅰ、Ⅱ
空闲区大小递减
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第四章 存储器管理
3、在回收内存时能出现下述几种情况（1）释放区与插
入点前一分区F1相邻，此时应（A）；（2）释放区与
插入点后一分区F2相临界，此时应（B）；（3）释放
区不与F1和F2相邻接，此时应（C）。
A，B，C：（1）为回收分区建立一分区表项，填上分
第四章 存储器管理
1、在动态分区式内存管理中，倾向于优先使用低
地址部分的空闲区的算法是（A）；能使内存空间
中空闲分区分布得较均匀的算法是（B）；每次分
配时，把即能满足需要，又能最小的空间区分配给
进程的算法是（C）
A，B，C：（1）最佳适应算法；（2）最坏适
应算法；（3）首次适应算法（4）循环首次适应算
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。
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。
计算机操作系统实验三存储器管理
计算机操作系统实验三存储器管理引言存储器管理是计算机操作系统中非常重要的一部分。
它负责管理计算机中的存储器资源，以便有效地分配和管理内存。
在操作系统的设计和实现中，存储器管理的性能和效率对整个系统的稳定性和性能有着重要的影响。
本文档将介绍计算机操作系统实验三中的存储器管理的实验内容及相关的知识点。
我们将从内存分区管理、页式存储管理和段式存储管理三个方面进行讨论。
内存分区管理内存分区管理是一种常见的存储器管理方法，旨在将物理内存分成若干个不同大小的区域，以便为不同的进程分配内存。
在实验三中，我们将学习和实现两种内存分区管理算法：首次适应算法和最佳适应算法。
首次适应算法是一种简单直观的算法，它从内存的起始位置开始查找第一个满足要求的空闲分区。
而最佳适应算法则是通过遍历整个内存空间，选择最合适的空闲分区来满足进程的内存需求。
通过实验，我们将学习如何实现这两种算法，并通过比较它们的性能和效果来深入理解内存分区管理的原理和实现。
页式存储管理页式存储管理是一种将物理内存分成固定大小的页框（page frame）和逻辑地址分成固定大小的页面（page）的管理方法。
在操作系统中，虚拟内存通过将进程的地址空间划分成大小相等的页面，并与物理内存中的页框相对应，实现了大容量的存储管理和地址空间共享。
在实验三中，我们将学习和实现页式存储管理的基本原理和算法。
我们将了解页表的结构和作用，以及如何通过页表将逻辑地址转换为物理地址。
此外，我们还将学习页面置换算法，用于处理内存不足时的页面置换问题。
段式存储管理段式存储管理是一种将逻辑地址分成不同大小的段并与物理内存中的段相对应的管理方法。
在操作系统的设计中，段式存储管理可以提供更灵活的地址空间管理和内存分配。
实验三将介绍段式存储管理的基本原理和实现方法。
我们将学习段表的结构和作用，以及如何通过段表将逻辑地址转换为物理地址。
同时，我们还将探讨段的分配和释放过程，并学习如何处理外部碎片的问题。
操作系统磁盘存储器的管理
文件保护
➢ 保护域
➢ 进程和域间的静态联系 • 进程和域之间一一对应 • 在进程的整个生命期中，其可用资源是固定 的 • 称为静态域 • 进程运行的全过程都是受限于同一个域，这 将会使赋予进程的访问权超过实际需要
文件保护
➢ 保护域
➢ 进程和域间的动态联系 • 进程和域之间一多对应 • 将进程的运行分为若干个阶段，每个阶段联 系一个域 • 应增设保护域切换功能
对象 F1
域
D1 O,E
D2
D3 E
F2 F3
W
R*,O R*,O, W
对象 F1
域
D1 O,E
D2
D3
F2 F3
O,R*, R*,O, W* W
W
W
文件保护
➢ 访问矩阵的修改
➢ 拷贝权和所有权都是用于改变矩阵内同一列的各 项访问权，或者说，是用于改变在不同域中运行 的进程对同一对象的访问权
文件保护
1) 双份目录和双份文件分配表
2) 热修复重定向和写后读校验
(1) 热修复重定向(Hot-Redirection)。 系统将磁盘容量的很小一部分作为热修复重定向区， 用于存放当发现磁盘有缺陷时的待写数据
➢ 磁盘高速缓存的形式
(1) 在内存中开辟一个单独的存储空间来作为 磁盘高速缓存，其大小是固定的，不会受应用 程序多少的影响；
(2) 把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池， 供请求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓 存)共享。
提高磁盘I/O速度的途径
➢ 磁盘高速缓存(Disk Cache)
➢ 数据交付方式
NTFS
1、NTFS新特征 64位地址 可以很好地支持长文件名 具有系统容错功能 能保证系统中的数据一致性 2、磁盘组织 分区称为卷 NTFS以族为磁盘空间分配和回收的基本单位，又 称为卷因子。
操作系统实验报告三存储器管理实验
操作系统实验报告三存储器管理实验操作系统实验报告三：存储器管理实验一、实验目的本次存储器管理实验的主要目的是深入理解操作系统中存储器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的算法，以及页面置换算法的工作过程和性能特点，从而提高对操作系统资源管理的认识和实践能力。
二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10，编程语言为 C+＋，开发工具为 Visual Studio 2019。
三、实验内容1、内存分配与回收算法实现首次适应算法（First Fit）最佳适应算法（Best Fit）最坏适应算法（Worst Fit）2、页面置换算法模拟先进先出页面置换算法（FIFO）最近最久未使用页面置换算法（LRU）时钟页面置换算法（Clock）四、实验原理1、内存分配与回收算法首次适应算法：从内存的起始位置开始，依次查找空闲分区，将第一个能够满足需求的空闲分区分配给进程。
最佳适应算法：在所有空闲分区中，选择能够满足需求且大小最小的空闲分区进行分配。
最坏适应算法：选择空闲分区中最大的分区进行分配。
2、页面置换算法先进先出页面置换算法：选择最早进入内存的页面进行置换。
最近最久未使用页面置换算法：选择最近最长时间未被访问的页面进行置换。
时钟页面置换算法：给每个页面设置一个访问位，在页面置换时，从指针指向的页面开始扫描，选择第一个访问位为0 的页面进行置换。
五、实验步骤1、内存分配与回收算法实现定义内存分区结构体，包括分区起始地址、大小、是否已分配等信息。
实现首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法的函数。
编写测试程序，创建多个进程，并使用不同的算法为其分配内存，观察内存分配情况和空闲分区的变化。
2、页面置换算法模拟定义页面结构体，包括页面号、访问位等信息。
实现先进先出页面置换算法、最近最久未使用页面置换算法和时钟页面置换算法的函数。
编写测试程序，模拟页面的调入和调出过程，计算不同算法下的缺页率，比较算法的性能。
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。
存储管理的功能
存储管理的功能
存储管理是计算机操作系统中的重要功能之一，它负责管理计算机系统中的物理存储器资源，包括主存储器和辅助存储器。
存储管理的主要功能有以下几个方面：
1. 内存分配与回收：操作系统需要根据程序的需求，动态分配和回收内存空间。
当一个新的进程产生时，操作系统需要为其分配足够的内存空间供其运行，而当进程结束或者释放一部分内存时，操作系统又需要回收这些空间，以便给其他进程使用。
2. 内存保护：为了防止程序和数据的越界访问，操作系统需要实施内存保护措施。
它会为每个进程分配独立的内存空间，并通过硬件与软件机制，限制进程只能访问自己的内存空间，从而在一定程度上提高了系统的安全性。
3. 内存扩充与换入换出：当系统的物理内存不足以容纳所有的进程时，存储管理需要实施一些策略以解决内存不足的问题。
一种常见的策略是使用虚拟内存技术，将部分进程的内存映射到辅助存储器上，以释放物理内存空间，从而实现对更多进程的支持。
4. 内存共享和保护：在多道程序设计环境下，多个进程需要共享一部分内存空间，以便进行进程间的通信和数据共享。
存储管理需要提供相应的机制，确保进程间的内存访问互不干扰，从而实现进程间的数据共享和通信。
5. 内存回收和碎片整理：当一个进程释放一部分内存空间后，
这部分内存空间将变成未分配的内存碎片。
为了充分利用内存资源，存储管理需要对这些碎片进行整理和回收，以便重新分配给新的进程。
总之，存储管理在计算机系统中起到了至关重要的作用。
它通过对主存储器和辅助存储器资源的管理，为进程提供了必要的内存空间，并通过一系列的策略和机制，优化系统的性能和资源利用率。
操作系统第四章课后答案
操作系统第四章课后答案第四章存储器管理1. 为什么要配置层次式存储器？这是因为：a.设置多个存储器可以使存储器两端的硬件能并行工作。
b.采用多级存储系统，特别是Cache技术，这是一种减轻存储器带宽对系统性能影响的最佳结构方案。
c.在微处理机内部设置各种缓冲存储器，以减轻对存储器存取的压力。
增加CPU中寄存器的数量，也可大大缓解对存储器的压力。
2. 可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？将程序装入内存可采用的方式有：绝对装入方式、重定位装入方式、动态运行时装入方式；绝对装入方式适用于单道程序环境中，重定位装入方式和动态运行时装入方式适用于多道程序环境中。
3. 何为静态链接？何谓装入时动态链接和运行时动态链接？a.静态链接是指在程序运行之前，先将各自目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开的链接方式。
b.装入时动态链接是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的一种链接方式，即在装入一个目标模块时，若发生一个外部模块调用事件，将引起装入程序去找相应的外部目标模块，把它装入内存中，并修改目标模块中的相对地址。
c.运行时动态链接是将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行链接，也就是，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由OS去找到该模块并将之装入内存，把它链接到调用者模块上。
4. 在进行程序链接时，应完成哪些工作?a.对相对地址进行修改b.变换外部调用符号6. 为什么要引入动态重定位?如何实现?a.程序在运行过程中经常要在内存中移动位置，为了保证这些被移动了的程序还能正常执行，必须对程序和数据的地址加以修改，即重定位。
引入重定位的目的就是为了满足程序的这种需要。
b.要在不影响指令执行速度的同时实现地址变换，必须有硬件地址变换机构的支持，即须在系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序在内存中的起始地址。
程序在执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的。
简述存储器管理的功能
简述存储器管理的功能一、存储器管理的概述存储器是计算机中负责存储数据和指令的设备，它是计算机系统中最基本的组成部分之一。
而存储器管理则是指操作系统对计算机内存进行管理和控制的过程。
它可以有效地利用内存资源，使得计算机系统能够更加高效地运行。
二、存储器管理的功能1. 内存分配内存分配是指操作系统将可用的内存空间分配给需要使用内存的程序或进程。
通过内存分配，操作系统可以保证每个程序都有足够的内存空间来执行其任务，从而实现了多任务处理。
2. 内存保护内存保护是指操作系统通过硬件和软件手段来确保每个程序只能访问自己被授权访问的内存区域。
这样可以避免程序之间相互干扰或者互相破坏，同时也可以防止恶意程序对系统造成损害。
3. 内存回收内存回收是指操作系统在一个进程或者程序不再需要使用某个内存区域时，将该区域释放出来以供其他进程或者程序使用。
这样可以避免浪费计算机资源，并且提高了计算机整体性能。
4. 虚拟内存管理虚拟内存管理是指操作系统将硬盘空间作为虚拟内存，以扩展计算机的物理内存。
当物理内存不足时，操作系统会将一部分暂时不需要使用的数据和程序放到硬盘上，从而释放出物理内存供其他程序使用。
5. 内存共享内存共享是指多个进程或者程序可以共享同一块内存区域。
这样可以避免多个进程或者程序同时使用相同的数据时，造成重复占用内存空间的浪费，并且可以提高计算机整体性能。
6. 内存优化内存优化是指操作系统通过对内存进行调整和优化，以提高计算机整体性能。
例如，可以通过调整页面大小、页面置换算法等方式来减少页面交换次数和延迟时间，从而提高计算机的响应速度。
三、结论综上所述，存储器管理在计算机系统中起着非常重要的作用。
它可以有效地利用内存资源，保证每个程序都有足够的内存空间来执行其任务，并且通过各种手段来保护、回收、共享和优化内存资源，从而提高计算机整体性能。
计算机操作系统第4章存储器管理PPT课件
➢ 不支持多道程序
➢ 内存利用率不高
➢ 受内存容量限制
23
4.2.2 连续分区存储管理
➢ 将内存划分成若干个连续区域，称为分区 ➢ 每个分区只能存储一个程序，而且程序也只
能在它所驻留的分区中运行(连续性)
➢ 是实现多道程序的最简单的存储管理方案 ➢ 根据划定的分区是否可变，分为固定分区和
可变分区管理
编译/链接
地址映射
data1 3456
200
3456
1200
3456
15
三种装入方式
➢ 绝对装入
✓ 编译时给出绝对地址
✓ 相对地址与绝对地址相同，无须地址转换
✓ 适用于单道程序环境
➢ 静态重定位装入
✓ 相对地址与绝对地址不同
✓ 装入时一次性给出绝对地址
➢ 动态重定位装入
✓ 相对地址与绝对地址不同
✓ 地址的转换推迟到指令运行时才进行
24
1. 固定分区 ➢ 基本思想
✓ 由OS在初启时，将内存空间划分为若干连 续区域，一个区域称为一个分区
✓ 每个分区的大小固定不变，每个分区装一 个且只能装一个进程
✓ 每个分区大小可以相同也可以不同
25
➢ 数据结构 ✓ 分区说明表：分区号、起始地址、大小、状态 ✓ 分区请求表：进程号、内存大小
分区号 始址(K) 大小(K) 状态
要位置
➢ 任何一种存储装置，都无法同时从速度与
容量两方面，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结构
5
存储器层次
存取时间减少
高速缓存
存取速度增加 存取成本增加
内存
存储容量减少
操作系统存储器管理源代码
操作系统存储器管理源代码下面是一个简单的操作系统存储器管理的源代码示例：```c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define MEMORY_SIZE 1024 //存储器大小为1024字节//内存块的结构体typedef struct MemoryBlockint start_address; // 起始地址int end_address; // 结束地址int size; // 大小int is_allocated; // 是否已分配struct MemoryBlock* next_block; // 下一个内存块的指针} MemoryBlock;MemoryBlock* memory; // 内存块的链表的头指针//初始化内存块void init_memormemory = (MemoryBlock*) malloc(sizeof(MemoryBlock)); memory->start_address = 0;memory->end_address = MEMORY_SIZE - 1;memory->size = MEMORY_SIZE;memory->is_allocated = 0;memory->next_block = NULL;//分配内存void allocate_memory(int request_size)MemoryBlock* curr_block = memory;while (curr_block)if ((!curr_block->is_allocated) && (curr_block->size >= request_size))//如果当前内存块未分配且大小足够，则进行分配MemoryBlock* new_block = (MemoryBlock*)malloc(sizeof(MemoryBlock));new_block->start_address = curr_block->start_address;new_block->end_address = curr_block->start_address + request_size - 1;new_block->size = request_size;new_block->is_allocated = 1;new_block->next_block = curr_block->next_block;curr_block->start_address += request_size;curr_block->size -= request_size;curr_block->next_block = new_block;printf("Allocated memory block starting at address %d\n", new_block->start_address);return;}curr_block = curr_block->next_block;}printf("Unable to allocate memory block of size %d\n", request_size);//释放内存void deallocate_memory(int start_address)MemoryBlock* curr_block = memory;MemoryBlock* prev_block = NULL;while (curr_block)if (curr_block->start_address == start_address)curr_block->is_allocated = 0;//合并内存块if (prev_block && !prev_block->is_allocated)prev_block->next_block = curr_block->next_block;prev_block->end_address = curr_block->end_address;prev_block->size += curr_block->size;free(curr_block);curr_block = prev_block;}if (curr_block->next_block && !curr_block->next_block->is_allocated)MemoryBlock* next_block = curr_block->next_block;curr_block->next_block = next_block->next_block;curr_block->end_address = next_block->end_address;curr_block->size += next_block->size;free(next_block);}printf("Deallocated memory block starting at address %d\n", start_address);return;}prev_block = curr_block;curr_block = curr_block->next_block;}printf("No allocated memory block starting at address %d\n", start_address);//打印内存状态void print_memorMemoryBlock* curr_block = memory;while (curr_block)printf("Memory Block: start_address=%d end_address=%dsize=%d is_allocated=%d\n",curr_block->start_address, curr_block->end_address,curr_block->size, curr_block->is_allocated);curr_block = curr_block->next_block;}int maiinit_memory(;//分配内存块的示例allocate_memory(256);allocate_memory(512);allocate_memory(128);//打印内存状态print_memory(;//释放内存块的示例deallocate_memory(0);deallocate_memory(512);//打印内存状态print_memory(;return 0;```上述代码中，使用链表来管理内存块。
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。
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缺页故障的处理－页面替换
页表项的设计（图4－11） 最优页面替换算法 NRU（最近未被使用）算法 LRU（最久未被使用）算法
FIFO算法 第二次机会页面替换算法 时钟替换算法
软件模拟：NFU，老化算法
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分段与分页技术结合－Pentium
设计目标：
满足不同操作系统的内存管理策略 支持纯分页、纯分段、段页式管理 兼容286处理器
如何Review代码
了解数据结构 明确处理流程 广度优先与深度优先阅读代码
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Minix内存管理原理
核心思想：动态分区思想的多道共享内存方
式，进程占有内存直至运行结束 实现策略：内存管理与系统内核相互分开 主要功能：进程生成、内存分配、程序调用 实现手段：消息驱动的处理机制 基础结构：进程表和内存空洞表 缺陷：内零头（以块为单位）和外零头（动 态分区造成）
22
Minix内存管理相关数据结构
块定义（Click）：包括针对不同CPU芯片所定义的块大小，
位于2957行（include/minix/const.h）中。 全局变量mem：由系统Kernel定义，位于5024行 （src/kernel/glo.h）中。 mem_map：内存管理结构的定义，位于3188行 （include/minix/type.h）中。 mproc：内存管理进程表的定义，位于16226行 （src/mm/mproc.h）中。 hole：内存管理空洞表的定义，位于18823行 （src/mm/alloc.c）中。
为进程动态分配内存，将进程动态调入内存
分类
基于交换技术
将进程完整的调入内存，运行一段时间后，调出内存。
基于虚拟存储器
进程只需要比程序空间小的内存就可以正常运行。
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交互技Байду номын сангаас的动态内存管理
动态分区，多道程序共享 内存空洞：未被使用的内存空间 内存分配：需要数量 + 额外扩充 管理方法：
基于位图的内存管理(图4－5) 基于链表的内存管理 • 管理思路 • 搜索方法
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Minix内存管理原理
信号处理机制
信号是进程间通信的一种方式 信号处理机制涉及系统的多个方面 信号处理的三个阶段 • 准备阶段 • 响应阶段 • 恢复阶段 内存管理提供的支持
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内容提要
存储管理概述 内存管理方案
静态内存管理 动态内存管理
Minix内存管理原理 Minix内存管理实现
3
内存管理方案
静态内存管理
单道程序独占存储器 固定分区多道程序共享存储器
动态内存管理
基于交换技术的内存管理 基于虚拟存储器的内存管理
4
静态内存管理
设计思想
为应用程序一次分配足够的内存，不需要动 态的内存分配
单道程序独占内存 固定分区多道程序共享
重定位与保护
5
动态内存管理
设计思想
实现描述
LDT与GDT 段的选择符与描述符 线性地址计算
12
分页与分段的设计问题
内零头与外零头 分页系统的工作集模型 分页系统的局部与全局分配策略
13
内容提要
存储管理概述 内存管理方案
静态内存管理 动态内存管理
Minix内存管理原理 Minix内存管理实现
14
Minix内存管理原理
16
Minix内存管理原理
内存分配
引发内存分配：fork与Exec 内存分配布局 • I、D空间相结合。 • I、D空间相互独立。 程序如何调入内存？ 如何实现数据段的动态增长？
17
Minix内存管理原理
内存释放
释放机制：记录进程占用内存空间，并将 其插入内存空洞表。 释放方式： • I、D空间相互结合的进程 • I、D空间相互独立的进程
7
虚拟存储的动态内存管理
目的：保持容量大于内存的程序能够正
常运行。 虚地址的概念与操作：MMU单元 页与页框的概念 分页技术与分段技术
分页技术：一维虚拟存储管理 分段技术：二维虚拟存储管理
8
分页技术
页表管理：将Page映射为Frame 处理流程（图4－9） 关键问题：
解决办法
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Minix内存管理实现
系统调用：fork 命令执行：Exec Kill进程与 系统退出
系统内核
内存初 始化 进程表 初始化 系统任 务启动 进程调 度开始
内存管理
初始化 系统调用 支持 内存分配 与回收 系统管理 支持
进程表
内存空 洞表
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Minix内存管理功能定义
基本的内存分配/释放/整理功能 进程生成与终止管理（fork/wait/exit） 程序调用的管理（exec） 信号机制的管理
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内存管理基本功能函数
mem_init
Kernel 实现的mem_init函数 MM实现的mem_init函数
内存空洞链表的管理
hole：记录内存空洞的基本数据结构 hole_head：指向空洞链表头的指针 free_slot：记录第一个可用的空洞结构
24
内存管理基本功能函数
Hole数组
如何处理缺页故障？ 页表空间 地址映射的速度 多级页表（图4－10） TLB 逆向页表：将Frame映射为Page
9
分段技术
二维虚拟存储管理：针对程序逻辑实体 与分页技术的差别
优点：
页是定长的，段是不定长的 页针对物理内存，段针对逻辑程序 分页好比为HTML，分段好比为XML 提高动态内存管理的效率 方便的实现程序链接，编译效率更高 方便实现内存共享 方便实现数据与进程的保护
0 …… 127 NIL_HOLE hole_head
Hole数组
0
……
127
NIL_HOLE
初始状态
free_slot hole_head
Hole数组
0
……
127
插入内存空洞
NIL_HOLE
free_slot
hole_head
Hole数组
0
……
127
内存空洞列表
NIL_HOLE hole_head free_slot
内容提要
存储管理概述 内存管理方案
静态内存管理 动态内存管理
Minix内存管理原理 Minix内存管理实现
1
存储管理概述
存储器的作用
为什么需要存储管理？
2
内容提要
存储管理概述 内存管理方案
静态内存管理 动态内存管理
Minix内存管理原理 Minix内存管理实现