【正文】 Operating System Page 1 2022/8/16 Operating System Page 2 2022/8/16 ?2022年真題 ?2022年大綱 ?2022年大綱解析 ?考點(diǎn)分析 ?2022年真題解析 ?2022年大綱例題解析 《 操作系統(tǒng) 》 Operating System Page 3 2022/8/16 考查范圍與考查目標(biāo) ? 三、 內(nèi)存管理 ? (一 ) 內(nèi)存管理基礎(chǔ) ? 1. 內(nèi)存管理概念 ? 程序裝入與鏈接 。邏輯地址與物理地址空間 。內(nèi)存保護(hù) ? 2. 交換與覆蓋 ? 3. 連續(xù)分配管理方式 ? 4. 非連續(xù)分配管理方式 ? 分頁(yè)管理方式 。分段管理方式 。段頁(yè)式管理方式。 2022年新大綱 Operating System Page 4 2022/8/16 考查范圍與考查目標(biāo) ? 三、 內(nèi)存管理 ? (二 ) 虛擬內(nèi)存管理 ? 1. 虛擬內(nèi)存基本概念 ? 2. 請(qǐng)求分頁(yè)管理方式 ? 3. 頁(yè)面置換算法 ? 最佳置換算法 (OPT)。先進(jìn)先出置換算法 (FIFO)。最近最少使用置換算法 (LRU)。時(shí)鐘置換算法 (CLOCK)。 ? 4. 頁(yè)面分配策略 ? 5. 抖動(dòng) ? 抖動(dòng)現(xiàn)象 。工作集。 ? 6. 請(qǐng)求分段管理方式 ? 7. 請(qǐng)求段頁(yè)式管理方式 2022年新大綱 Operating System Page 5 2022/8/16 第四章 存儲(chǔ)器管理 ?重點(diǎn) ?理解重定位的基本概念 ?掌握動(dòng)態(tài)分區(qū)分配方式 ?掌握理解分頁(yè)和分段存儲(chǔ)管理方式 ?理解虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?掌握請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)的基本原理 ?難點(diǎn) ?動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法 ?分頁(yè)和分段地址轉(zhuǎn)換 ?請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)的地址轉(zhuǎn)換及頁(yè)面置換算法 Operating System Page 6 2022/8/16 第四章 存儲(chǔ)器管理 ?知識(shí)點(diǎn) ?重定位的基本概念 ?動(dòng)態(tài)分區(qū)分配方式及分配算法、分區(qū)保護(hù) ?分頁(yè)存儲(chǔ)管理及地址變換、分段存儲(chǔ)管理及地址變換，信息共享和保護(hù) ?虛擬存儲(chǔ)器的基本概念、特征，頁(yè)面置換技術(shù) ?請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)，頁(yè)表機(jī)制、地址變換及頁(yè)面置換算法 Operating System Page 7 2022/8/16 第四章 存儲(chǔ)器管理 ?快速緩存： ? Data Cache ? TLB(Translation Lookaside Buffer) ?內(nèi)存： DRAM, SDRAM等； ?外存：軟盤、硬盤、光盤、磁帶等； 外存(sec onda ry s tora ge)DOS核 心命令處理程序內(nèi)存(pri mary sto rage )快速緩存(cac he)寄存器(r egis ter)Operating System Page 8 2022/8/16 第四章 存儲(chǔ)器管理 ?主存儲(chǔ)器管理功能 ?存儲(chǔ)分配和回收 ? 分配和回收算法及相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 ?地址變換和重定位： ? 可執(zhí)行文件生成中的鏈接技術(shù) ? 程序加載 (裝入 )時(shí)的重定位技術(shù) ? 進(jìn)程運(yùn)行時(shí)硬件和軟件的地址變換技術(shù)和機(jī)構(gòu) ?存儲(chǔ)共享和保護(hù)： ? 代碼和數(shù)據(jù)共享 ? 地址空間訪問權(quán)限（讀、寫、執(zhí)行） ?存儲(chǔ)器擴(kuò)充：存儲(chǔ)器的邏輯組織和物理組織； ? 由應(yīng)用程序控制：覆蓋； ? 由 OS控制：交換（整個(gè)進(jìn)程空間），虛擬存儲(chǔ)的請(qǐng)求調(diào)入和預(yù)調(diào)入（部分進(jìn)程空間） Operating System Page 9 2022/8/16 第四章 存儲(chǔ)器管理 ?程序的裝入和鏈接 ?連續(xù)分配方式 ?基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理 ?基本分段存儲(chǔ)管理 ?虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式 ?頁(yè)面置換算法 ?請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理方式 Operating System Page 10 2022/8/16 程序的裝入和鏈接 ?程序的裝入 ?程序的鏈接 Operating System Page 11 2022/8/16 程序的裝入 ?多道程序環(huán)境下，程序要運(yùn)行必須為之創(chuàng)建進(jìn)程，而創(chuàng)建進(jìn)程的第一件事就是分配內(nèi)存 ?源程序要運(yùn)行通常經(jīng)過 編譯（ pile） ?鏈接(link)?裝入 (load)等幾個(gè)步驟 庫(kù)鏈接程序裝入模塊裝入程序編譯程序產(chǎn)生的目標(biāo)模塊第一步 第二步 第三步內(nèi)存?Operating System Page 12 2022/8/16 程序的裝入和鏈接 圖 41 對(duì)用戶程序的處理步驟 庫(kù)鏈接程序裝入模塊裝入程序編譯程序產(chǎn)生的目標(biāo)模塊第一步 第二步 第三步內(nèi)存?Operating System Page 13 2022/8/16 程序的裝入 1. 絕對(duì)裝入方式 (Absolute Loading Mode) 2. 可重定位裝入方式 (Relocation Loading Mode) 3. 動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入方式 (Dynamic Runtime Loading) Operating System Page 14 2022/8/16 程序的裝入和鏈接 ?程序的裝入 ?程序的鏈接 Operating System Page 15 2022/8/16 程序的裝入和鏈接 圖 41 對(duì)用戶程序的處理步驟 庫(kù)鏈接程序裝入模塊裝入程序編譯程序產(chǎn)生的目標(biāo)模塊第一步 第二步 第三步內(nèi)存?Operating System Page 16 2022/8/16 程序的鏈接 1. 靜態(tài)鏈接方式 (Static Linking) 2. 裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接 (Loadtime Dynamic Linking) 3. 運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接 (Runtime Dynamic Linking) Operating System Page 17 2022/8/16 第四章 存儲(chǔ)器管理 ?程序的裝入和鏈接 ?連續(xù)分配方式 ?基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理 ?基本分段存儲(chǔ)管理 ?虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式 ?頁(yè)面置換算法 ?請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理方式 Operating System Page 18 2022/8/16 連續(xù)分配方式 ?單一連續(xù)分配 ?固定分區(qū)分配 ?動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ?可重定位分區(qū)分配 ?對(duì)換（ Swapping） Operating System Page 19 2022/8/16 連續(xù)分配方式 ?單一連續(xù)分配 ?固定分區(qū)分配 ?動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ?可重定位分區(qū)分配 ?對(duì)換（ Swapping） Operating System Page 20 2022/8/16 ?內(nèi)存分配 ?分區(qū)的信息根據(jù)分區(qū)使用表管理 固定分區(qū)分配 20 ?使用界地址寄存器 ?采用靜態(tài)重定位 問題：并發(fā)進(jìn)程數(shù)受分區(qū)個(gè)數(shù)的制約！ 出現(xiàn)：有內(nèi)存卻不能運(yùn)行程序或大進(jìn)程無法運(yùn)行！ Operating System Page 21 2022/8/16 連續(xù)分配方式 ?單一連續(xù)分配 ?固定分區(qū)分配 ?動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ?可重定位分區(qū)分配 ?對(duì)換（ Swapping） Operating System Page 22 2022/8/16 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ? 根據(jù)進(jìn)程的實(shí)際需要，動(dòng)態(tài)地為之分配內(nèi)存空間 ? 分配中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 空閑分區(qū)表 記錄每個(gè)空閑分區(qū)的情況 ? 空閑分區(qū)鏈 實(shí)現(xiàn)對(duì)空閑分區(qū)的分配和鏈接 前向指針N＋20N 個(gè)字節(jié)可用后向指針N＋20Operating System Page 23 2022/8/16 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ? 分區(qū)分配算法 ? 首次適應(yīng)算法 FF ? 循環(huán)首次適應(yīng)算法 ? 最佳適應(yīng)算法 ? 最差適應(yīng)算法 Operating System Page 24 2022/8/16 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ?分區(qū)分配操作 ?回收內(nèi)存 ?進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束釋放內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)回收區(qū)的首地址，把它插入到空閑鏈表中。根據(jù)回收區(qū)的位置，有四種情況需處理： ? 回收區(qū)與插入點(diǎn)的 前一個(gè) 空閑分區(qū)相鄰接 ? 回收區(qū)與插入點(diǎn)的 后一個(gè) 空閑分區(qū)相鄰接 ? 回收區(qū)同時(shí)與插入點(diǎn)的 前、后 兩個(gè)分區(qū)相鄰接 ? 回收區(qū)不與任何空閑區(qū)鄰接 Operating System Page 25 2022/8/16 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 空閑區(qū) 回收區(qū) 回收區(qū) 空閑區(qū) 空閑區(qū) 回收區(qū) 空閑區(qū) 回收區(qū) 情況 1 情況 2 情況 3 情況 4 Operating System Page 26 2022/8/16 2) 回收內(nèi)存 回收區(qū) F1 F2 回收區(qū) F2 回收區(qū) F1 回收區(qū) 回收區(qū) Operating System Page 27 2022/8/16 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ?碎片問題 ?經(jīng)過一段時(shí)間的分配回收后，內(nèi)存中存在很多很小的空閑塊。它們每一個(gè)都很小，不足以滿足分配要求；但其總和滿足分配要求。這些空閑塊被稱為碎片 ?造成存儲(chǔ)資源的浪費(fèi) ?碎片問題的解決 ?緊湊技術(shù)：通過在內(nèi)存移動(dòng)程序，將所有小的空閑區(qū)域合并為大的空閑區(qū)域 （緊縮技術(shù)，緊致技術(shù)，浮動(dòng)技術(shù)，搬家技術(shù)） ?問題：開銷大；移動(dòng)時(shí)機(jī) Operating System Page 28 2022/8/16 連續(xù)分配方式 ?單一連續(xù)分配 ?固定分區(qū)分配 ?動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ?可重定位分區(qū)分配 ?對(duì)換（ Swapping） Operating System Page 29 2022/8/16 1. 操作系統(tǒng) 用戶程序 1 10kb 用戶程序 3 30kb 用戶程序 6 14kb 用戶程序 9 26kb 80kb 用戶程序 9 用戶程序 6 用戶程序 3 用戶程序 1 操作系統(tǒng) 緊湊 Operating System Page 30 2022/8/16 可重定位分區(qū)分配 ?動(dòng)態(tài)重定位的引入 ?連續(xù)分配存在的問題 必須有足夠大的連續(xù)空間才能分配 ?解決方法 ： “ 拼接 ” 或 “ 緊湊 ”的引入 操作系統(tǒng)用戶程序 1用戶程序 310 K B30 K B用戶程序 614 K B用戶程序 926 K B操作系統(tǒng)用戶程序 1用戶程序 3用戶程序 6用戶程序 980 K B( a ) 緊湊前 ( b ) 緊湊后Operating System Page 31 2022/8/16 連續(xù)分配方式 ?單一連續(xù)分配 ?固定分區(qū)分配 ?動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 ?可重定位分區(qū)分配 ?對(duì)換（ Swapping） Operating System Page 32 2022/8/16 對(duì)換（ Swapping） ?對(duì)換的引入 ?所謂“ 對(duì)換 ”，是指把內(nèi)存中暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程或者暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)，調(diào)出到外存上，以便騰出足夠的內(nèi)存空間，再把已具備運(yùn)行條件的進(jìn)程或進(jìn)程所需要的程序和數(shù)據(jù)，調(diào)入內(nèi)存。對(duì)換是 提高內(nèi)存利用率 的有效措施 ?如果對(duì)換是以整個(gè)進(jìn)程為單位，稱為“ 整體對(duì)換 ”或“ 進(jìn)程對(duì)換 ” ?如果對(duì)換是以“ 頁(yè) ”或“ 段 ”為單位進(jìn)行的，則稱為“ 頁(yè)面對(duì)換 ”或“ 分段對(duì)換 ”，又統(tǒng)稱為“ 部分對(duì)換 ” Operating System