操作系統(tǒng)原理_方敏_存儲(chǔ)管理

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1、第五章存儲(chǔ)管理操作系統(tǒng)課程組內(nèi)容回顧死鎖的檢測永久性資源的死鎖檢測資源分配圖死鎖定理臨時(shí)資源的死鎖檢測死鎖的解除重新啟動(dòng)撤銷進(jìn)程剝奪資源進(jìn)程回退2一、概述計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)為什么要使用存儲(chǔ)器？——馮?諾依曼原理為什么要進(jìn)行存儲(chǔ)管理？存儲(chǔ)器一直以來都是較為珍貴的系統(tǒng)資源，需要合理使用。程序的邏輯空間和實(shí)際的物理空間不甚相同，需要進(jìn)行映射。3一、概述存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)層次訪問速度頻度成本容量4一、概述存儲(chǔ)管理的目的使得用戶和用戶程序不涉及內(nèi)存物理的細(xì)節(jié)。自動(dòng)完成用戶程序的裝入。提高內(nèi)存的利用率。解決內(nèi)存速度與CPU速度不匹配

2、的問題。實(shí)現(xiàn)內(nèi)存共享。方便使用者，有效利用存儲(chǔ)資源，提高系統(tǒng)工作效率。5一、概述存儲(chǔ)管理的任務(wù)在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，存儲(chǔ)管理的主要任務(wù)有以下幾個(gè)方面：地址變換(地址再定位)存儲(chǔ)資源的分配和回收存儲(chǔ)共享和保護(hù)存儲(chǔ)器擴(kuò)充覆蓋技術(shù)交換技術(shù)6二、地址重定位基本概念程序符號地址/名地址編譯0101010010110101010101101010目標(biāo)文件邏輯地址/相對地址虛擬地址/程序地址加載內(nèi)存物理地址/絕對地址定義：當(dāng)程序被裝入內(nèi)存時(shí)，程序的邏輯地址被轉(zhuǎn)換成內(nèi)存的物理地址，這一過程稱為地址重定位(由內(nèi)存管理單元(MMU)完成)。7

3、二、地址重定位常見的地址重定位技術(shù)絕對裝入(Absoluteloading)/固定地址再定位程序的地址再定位是在程序執(zhí)行之前被確定的，也就是在編譯連接時(shí)直接生成實(shí)際存儲(chǔ)器地址(物理地址)。在此，程序地址空間和內(nèi)存地址空間是一一對應(yīng)的。優(yōu)點(diǎn)：裝入過程簡單。缺點(diǎn)：與硬件的結(jié)構(gòu)過于密切，缺乏靈活性。0101010010110101010101101010目標(biāo)文件加載內(nèi)存邏輯地址物理地址一一對應(yīng)例如：單片機(jī)，MS-DOS中.com格式程序。8二、地址重定位可重定位裝入(RelocatableLoading)即指程序裝入內(nèi)存時(shí)，

4、由于程序的邏輯地址和物理地址不一致，由邏輯地址到物理地址的映射過程。分類靜態(tài)再定位：指地址定位時(shí)修改程序的邏輯地址值，完成定位后，在程序的執(zhí)行期間地址將不再發(fā)生變化。特點(diǎn)：在程序執(zhí)行之前進(jìn)行地址再定位。優(yōu)點(diǎn)：無需硬件支持，容易實(shí)現(xiàn)。早期的操作系統(tǒng)中大多數(shù)都采用這種方法。缺點(diǎn)：必須分配連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)域；執(zhí)行期間不能擴(kuò)充存儲(chǔ)空間，也不能在內(nèi)存中移動(dòng)，內(nèi)存利用率低，不便于共享。9二、地址重定位動(dòng)態(tài)再定位：程序在裝入內(nèi)存時(shí)，不修改程序的邏輯地址值，程序在訪問物理內(nèi)存之前，再實(shí)時(shí)地將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址。BR:基址寄存器，存放程

5、序的起始地址VR:變址寄存器，存放需要變換的邏輯地址10二、地址重定位優(yōu)點(diǎn)：程序在執(zhí)行期間可以換入和換出內(nèi)存，可以解決內(nèi)存緊張狀態(tài)；可以在內(nèi)存中移動(dòng)——把內(nèi)存中的碎片集中起來，可以充分利用空間；不必給程序分配連續(xù)的內(nèi)存空間，可以較好的利用較小的內(nèi)存塊；若干用戶可以共享同一程序，實(shí)現(xiàn)共享。缺點(diǎn)：需要附加的硬件支持，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理的軟件算法比較復(fù)雜。11三、分區(qū)存儲(chǔ)管理方案存儲(chǔ)管理方案分類從操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史來看，存儲(chǔ)管理主要有以下幾種方案：分區(qū)存儲(chǔ)管理方案。要求連續(xù)分配存儲(chǔ)空間，且程序要一次性全部裝入內(nèi)存。簡單，但是有比較

6、嚴(yán)重的內(nèi)碎塊和外碎塊。段式存儲(chǔ)管理方案。不要求連續(xù)分配存儲(chǔ)空間，段和段之間可以不連續(xù)，但程序需要一次性全部裝入內(nèi)存。有比較嚴(yán)重的外碎塊。頁式存儲(chǔ)管理方案。是一種不連續(xù)存儲(chǔ)管理方案，也需要一次性全部裝入內(nèi)存。在邏輯地址空間和物理地址空間都采用分頁的思想。缺點(diǎn)是每一個(gè)作業(yè)的最后一頁有內(nèi)碎塊。12三、分區(qū)存儲(chǔ)管理方案段頁式存儲(chǔ)管理方案。是一種不連續(xù)存儲(chǔ)方案，段式存儲(chǔ)管理和頁式存儲(chǔ)管理的結(jié)合?？朔思兎猪摵图兎侄未鎯?chǔ)管理思想的缺點(diǎn)。交換技術(shù)和覆蓋技術(shù)。虛擬存儲(chǔ)管理方案。13三、分區(qū)存儲(chǔ)管理方案分區(qū)存儲(chǔ)管理：是一種連續(xù)分配存儲(chǔ)空

7、間的管理方式。曾被廣泛地應(yīng)用于1960～1970年代的操作系統(tǒng)中。思想：把內(nèi)存分為一些大小相等或不等的分區(qū)(Partition)，裝入時(shí)每個(gè)應(yīng)用程序占用一個(gè)或幾個(gè)分區(qū)，操作系統(tǒng)占用其中一個(gè)分區(qū)。適用于多道程序系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)，支持多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行。分類單一連續(xù)分區(qū)存儲(chǔ)管理固定分區(qū)管理可變分區(qū)管理14三、分區(qū)存儲(chǔ)管理方案單一連續(xù)分區(qū)存儲(chǔ)管理特點(diǎn)：一次只能裝入一個(gè)程序，程序獨(dú)占整個(gè)用戶區(qū)，如果程序小于用戶區(qū)，則剩余的空間浪費(fèi)，如果大于，則無法裝入。優(yōu)點(diǎn)：簡單，適用于單用戶、單任務(wù)的操作系統(tǒng)，不需要復(fù)雜的硬件支持。缺點(diǎn)：一個(gè)作

8、業(yè)運(yùn)行時(shí)要占用整個(gè)內(nèi)存地址空間，對內(nèi)存造成了很大的浪費(fèi)，不支持大作業(yè)。15三、分區(qū)存儲(chǔ)管理方案固定分區(qū)管理支持多道程序技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法：初始化內(nèi)存空間分區(qū)狀態(tài)表程序A(30K)程序A已分配內(nèi)碎片：指占用分區(qū)之內(nèi)未被利用的空間。16三、分區(qū)存儲(chǔ)管理方案特點(diǎn)：內(nèi)存中同時(shí)可以容納多道程序；程序必須連續(xù)存放，且要一次全部裝入。優(yōu)點(diǎn)：比單一連續(xù)