操作系统存储管理.ppt

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1、第三章第三章 操作系统操作系统计算机基础教学课件计算机基础教学课件第三章 操作系统2第三章 操作系统33.1 3.1 引论引论 3.1.1 3.1.1 什么是操作系统？什么是操作系统？ 操作系统是最基本的系统软件，是用户和计算机之间的接口操作系统是最基本的系统软件，是用户和计算机之间的接口, 是控是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理的组织计算机工作流程以制和管理计算机硬件和软件资源，合理的组织计算机工作流程以及方便用户的程序的集合。及方便用户的程序的集合。 计算机计算机系统系统硬件硬件软件软件系统系统软件软件应用应用软件软件OS, DOS, UNIX, WIN9X, OS, DOS, UNI

2、X, WIN9X, WIN2000, XPWIN2000, XPDBMS, Foxpro, Oracle,DBMS, Foxpro, Oracle, 语言编译软件：语言编译软件：C, BasicC, Basic等等3.1.1 3.1.1 什么是操作系统？什么是操作系统？计算机系统中硬件和各种软件构成计算机系统中硬件和各种软件构成层次关系层次关系，硬，硬件是核心件是核心(裸机裸机)。 计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统系统系统实用程序实用程序应用软件应用软件操作系统设操作系统设计人员计人员程序员程序员最终用户最终用户第三章 操作系统6 手工操作阶段手工操作阶段早期批处理阶段早期批处理阶段执行系

3、执行系统阶段统阶段多道程序系统多道程序系统：程序的读入、编译、装配和：程序的读入、编译、装配和执行都由操作人员人工控制。速度慢、效执行都由操作人员人工控制。速度慢、效率低。率低。：v早期联机批处理：早期联机批处理：v早期脱机批处理早期脱机批处理-用磁带进行用磁带进行I/O 操作操作, 减少了人工干预的时间减少了人工干预的时间 操作系统的发展过程操作系统的发展过程第三章 操作系统7 采用采用通道和中断通道和中断技术，实现技术，实现 I/O 与处理机并发运行。与处理机并发运行。通道是一种硬件，它控制一台或几台外设，使外设通道是一种硬件，它控制一台或几台外设，使外设和内存之间直接进行数据传输，而与和

4、内存之间直接进行数据传输，而与CPU无关。无关。中断技术使系统能暂时中止正在运行的程序，转向中断技术使系统能暂时中止正在运行的程序，转向中断处理程序，而被终止的程序在一定条件下又能中断处理程序，而被终止的程序在一定条件下又能重新恢复运行。重新恢复运行。各种中断程序及负责输入输出的控制程序统称为各种中断程序及负责输入输出的控制程序统称为, 常驻内存。常驻内存。第三章 操作系统8 执行系统中，执行系统中，CPU一次只能执行一个作业。一次只能执行一个作业。多道程序是指在一台机器上同时运行若干道程多道程序是指在一台机器上同时运行若干道程序。系统按照各个程序在各个时刻对资源的需序。系统按照各个程序在各个

5、时刻对资源的需求进行时间分配。求进行时间分配。3.1.2 3.1.2 操作系统的分类操作系统的分类三大类：多道批处理系统、分时系统、实时系统三大类：多道批处理系统、分时系统、实时系统多道多道内存中可存放多道作业；内存中可存放多道作业；批处理批处理用户与作业之间没有交互作用，用户不能直接控制作用户与作业之间没有交互作用，用户不能直接控制作业的运行。业的运行。作业作业用户要求计算机执行的工作。由作业步组成。用户要求计算机执行的工作。由作业步组成。作业被调入系统，先存放在外存缓冲区中，形成作业被调入系统，先存放在外存缓冲区中，形成作业队列，系统按照一定的调度原则或根据作业的优作业队列，系统按照一定的

6、调度原则或根据作业的优先程度从作业中调出一个或多个作业进入内存运行。先程度从作业中调出一个或多个作业进入内存运行。适用于适用于大型计算机系统大型计算机系统，要求对资源的分配及作，要求对资源的分配及作业的调度有精心的设计，管理功能强。业的调度有精心的设计，管理功能强。 第三章 操作系统103.1.2 3.1.2 操作系统的分类操作系统的分类 多个用户分享同一台计算机，将多个用户分享同一台计算机，将CPU在在时间上分割成很小的时间段，称为时间上分割成很小的时间段，称为时间片时间片，系统将，系统将CPU的时间片轮流分配给多个用户，每个用户通过的时间片轮流分配给多个用户，每个用户通过自己的终端直接控制

7、程序的运行，进行人机交互。自己的终端直接控制程序的运行，进行人机交互。由于时间片分割很小，使每个用户感觉自己独占计由于时间片分割很小，使每个用户感觉自己独占计算机一样。算机一样。（多路性、交互性、独占性）（多路性、交互性、独占性）单道分时：内存中只留一道作业，开销大。单道分时：内存中只留一道作业，开销大。前台和后台分时：前台无作业时运行后台作业。前台和后台分时：前台无作业时运行后台作业。多道分时：内存放多道作业，轮流运行，不必调进多道分时：内存放多道作业，轮流运行，不必调进调出。调出。 第三章 操作系统11 特点：要求对外部发生的随机事件作出特点：要求对外部发生的随机事件作出及时响应及时响应，

8、 并对它进行并对它进行及时处理及时处理。适用于工业控制系。适用于工业控制系 或事务处理系统。有较强的中断处理机构，或事务处理系统。有较强的中断处理机构， 可靠性要求比较高。可靠性要求比较高。3.1.2 3.1.2 操作系统的分类操作系统的分类三种操作系统经常组合起来使用，三种操作系统经常组合起来使用，形成通用操作系统。形成通用操作系统。包括实时过程控制：实时过程控制：用于工业生产的自动控制、导弹发射和飞机用于工业生产的自动控制、导弹发射和飞机 飞行等控制实验过程控制。飞行等控制实验过程控制。实时信息处理：实时信息处理：对信息作及时处理，用于机票预订、银行或对信息作及时处理，用于机票预订、银行或

9、 商店的数据处理等商店的数据处理等处理器管理：处理器管理：解决解决CPU的分配策略、实施方法，的分配策略、实施方法，以及资源的分配和回收等。以及资源的分配和回收等。(进程控制、进程进程控制、进程同步、进程调度、进程通信同步、进程调度、进程通信)存储管理：存储管理：解决多道程序在内存中的分配，当解决多道程序在内存中的分配，当进程被撤消时回收分配出去的内存，通过对内进程被撤消时回收分配出去的内存，通过对内外存联合管理来扩大存储空间。外存联合管理来扩大存储空间。(内存分配、内存分配、内存保护、内存扩充内存保护、内存扩充)设备管理：设备管理：对设备进行分配、调度，为用户使对设备进行分配、调度，为用户使

10、用用I/O设备提供方便的命令和操作界面。设备提供方便的命令和操作界面。(设备分配、设备分配、 传输控制、设备独立性传输控制、设备独立性)3.1.3 3.1.3 操作系统的功能和特性操作系统的功能和特性 文件管理文件管理(文件系统文件系统) ：唯一地标识计算机系统唯一地标识计算机系统中的每组信息，以便能对它们进行合理的访问中的每组信息，以便能对它们进行合理的访问和控制。和控制。(文件存储空间管理、目录管理、文件文件存储空间管理、目录管理、文件操作管理、文件保护操作管理、文件保护)用户接口：用户接口：提供两种用户接口，以便用户提出提供两种用户接口，以便用户提出 请求和说明服务。请求和说明服务。 程

11、序一级的接口：程序一级的接口：用户可在程序中直接调用，用户可在程序中直接调用， 通过系统调用命令向系统提出各种通过系统调用命令向系统提出各种 资源请求和服务请求。资源请求和服务请求。作业控制语言和操作命令：作业控制语言和操作命令：批处理系统中采用。批处理系统中采用。 (分时和实时系统中用户通过终端和键盘提出请求分时和实时系统中用户通过终端和键盘提出请求 ) 3.1.3 3.1.3 操作系统的功能和特性操作系统的功能和特性第三章 操作系统14（4个基本特性）个基本特性）并发性：并发性：（OS的最根本特性）可同时运行多道程序，操的最根本特性）可同时运行多道程序，操作系统需解决各活动之间的切换，控制

12、各活动之间的影作系统需解决各活动之间的切换，控制各活动之间的影响及同步操作等问题。响及同步操作等问题。共享性：共享性：资源共享。相关问题是如何合理分配资源资源共享。相关问题是如何合理分配资源。不确定性：不确定性：与确定性相互依存，同一程序、相同的数据与确定性相互依存，同一程序、相同的数据要求运行结果是确定的。但系统对发生的不可预测的事要求运行结果是确定的。但系统对发生的不可预测的事件的响应应该是不确定的，如程序运行中的错误处理及件的响应应该是不确定的，如程序运行中的错误处理及各种外设的中断申请都应该是不确定的。各种外设的中断申请都应该是不确定的。 虚拟性：虚拟性：物理上的实体物理上的实体逻辑上

13、的对应物。逻辑上的对应物。 3.1.3 3.1.3 操作系统的功能和特性操作系统的功能和特性第三章 操作系统153.2 3.2 存储管理存储管理 3.2.1 3.2.1 存储管理的功能及有关概念存储管理的功能及有关概念 第三章 操作系统17 （cache）：又称缓存，速度快、容量小、价格贵，）：又称缓存，速度快、容量小、价格贵，用来存放使用最频繁的信息，以及缓冲用来存放使用最频繁的信息，以及缓冲CPU与内存之间的速度差与内存之间的速度差。又称内存，是程序运行时存放系统和用户的指令及数又称内存，是程序运行时存放系统和用户的指令及数据的设备。据的设备。又称外存，如硬盘、磁盘、光盘等；存取速度慢、又

14、称外存，如硬盘、磁盘、光盘等；存取速度慢、容量大、价格便宜；可以存放大量的系统和用户的程序及数据；容量大、价格便宜；可以存放大量的系统和用户的程序及数据；不能由不能由CPU直接读取。直接读取。程序和数据可以直接程序和数据可以直接被被CPU访问访问程序和数据必须交换到程序和数据必须交换到内存后才能被内存后才能被CPU访问访问解决如何合理分配内存空间保证以保解决如何合理分配内存空间保证以保证各作业互不冲突，提高内存的利用率和运行效证各作业互不冲突，提高内存的利用率和运行效率。率。 (内存分配、地址转换、存储保护和内存扩充内存分配、地址转换、存储保护和内存扩充)第三章 操作系统19名空间：名空间：源

15、程序存放的空间（一般从源程序存放的空间（一般从0开始）开始）地址空间：地址空间：目标程序占有的地址范围（逻辑地址或相对地目标程序占有的地址范围（逻辑地址或相对地址的集合）址的集合）存储空间：存储空间：目标程序装入内存后占用的一系列物理单元的目标程序装入内存后占用的一系列物理单元的集合（物理地址或绝对地址）集合（物理地址或绝对地址） 源程序源程序目标程序目标程序内存内存地址空间地址空间名空间名空间存储空间存储空间00 x640kB当用户程序调入内存时，需把相对地址转换为当用户程序调入内存时，需把相对地址转换为绝对地址，同时要对程序中与地址相关的指令进行修改，绝对地址，同时要对程序中与地址相关的指

16、令进行修改，这一过程称为重定位。这一过程称为重定位。静态重定位：静态重定位：通过通过CPU中一对界地址寄存器来实现。集中中一对界地址寄存器来实现。集中一次进行地址转换，在执行过程中不再改变。一次进行地址转换，在执行过程中不再改变。下界：作业在内存中的起始地址下界：作业在内存中的起始地址上界：作业在内存中的终止地址上界：作业在内存中的终止地址x = x + D 物理地址物理地址 逻辑地址逻辑地址 下界地址下界地址逻辑地址空间逻辑地址空间xLD上界上界下界下界界地址寄存界地址寄存器器物理地址空间物理地址空间LxD第三章 操作系统21动态重定位：动态重定位：在程序执行过程中进行，当在程序执行过程中进行，当CPU访问内访问内存指令时由动态变换机构自动进行地址转换。存指令时由动态变换机构自动进行地址转换。在静态重定位系统中，应满足在静态重定位系统中，应满足D x L， 否则否则执行错误处理程序。执行错误处理程序。 对动态重定位系统的存储保护将结合有关的存储方对动态重定位系统的存储保护将结合有关的存储方式来讨论式来讨论当作业的地址空间大于分配到的存储空当作业的地址空间大于分配到的存储空间时需采取内