计算机操作系统7要点PPT学习教案

1、会计学1计算机操作系统计算机操作系统7要点要点&存储器是计算机系统的重要管理资源。存储器是计算机系统的重要管理资源。&因为任何程序和数据以及各种控制用的数因为任何程序和数据以及各种控制用的数据结构都必须占用一定的存储空间，故存储据结构都必须占用一定的存储空间，故存储管理直接影响着系统的性能。管理直接影响着系统的性能。&操作系统的任务之一是要尽可能地操作系统的任务之一是要尽可能地方便方便用用户使用存储器，以及提高主存储器的户使用存储器，以及提高主存储器的利用率利用率。第1页/共83页第2页/共83页寄存器寄存器 registerregister高速缓存高速缓存 cachecache主存储器主存储

2、器磁盘缓存磁盘缓存磁盘磁盘可移动存储介质可移动存储介质操作系统协调各存储器的使用操作系统协调各存储器的使用速度与速度与CPUCPU取指速度相匹配取指速度相匹配第3页/共83页内存可以分为：内存可以分为：x系统区：用于存放操作系统用于存放操作系统x用户区：用于装入并存放用户程序和用于装入并存放用户程序和数据。数据。第4页/共83页存储分配和回收：存储分配和回收：分配和回收算法及相应数据结构。分配和回收算法及相应数据结构。存储共享和保护：存储共享和保护：代码和数据共享，地址空间访问权限（读、写、执行）代码和数据共享，地址空间访问权限（读、写、执行）地址变换（地址再定位、地址映射）：地址变换（地址再

3、定位、地址映射）：可执行文件生成中的链接技术可执行文件生成中的链接技术程序加载程序加载( (装入装入) )时的重定位技术时的重定位技术进程运行时硬件和软件的地址变换技术和机构进程运行时硬件和软件的地址变换技术和机构存储器扩充：存储器扩充：存储器的逻辑组织和物理组织；存储器的逻辑组织和物理组织；由应用程序控制：覆盖；由应用程序控制：覆盖；由由OSOS控制：交换（整个进程空间），虚拟存储的请求调入和预调入（部分进程空间）控制：交换（整个进程空间），虚拟存储的请求调入和预调入（部分进程空间）第5页/共83页（1 1）内存空间的管理、分配与回收）内存空间的管理、分配与回收F 记录内存的使用情况记录内存

4、的使用情况 设置相应的内存分配设置相应的内存分配表表 （内存分配回收的依据）（内存分配回收的依据）F 内存空间划分问题？内存空间划分问题？ 静态或动态，等长或不等长静态或动态，等长或不等长第6页/共83页内存分配表内存分配表5 位示图：位示图：用一位（用一位（bitbit）表示一个空闲页面表示一个空闲页面（0 0：空闲，：空闲，1 1：占用）：占用）5 空闲页面表：空闲页面表：包括首页面号和页面个数，连包括首页面号和页面个数，连续若干的页面作为一组登记在表中续若干的页面作为一组登记在表中5 空闲块表：空闲块表：空闲块首址和空闲块长度，没有空闲块首址和空闲块长度，没有记录的区域即为进程所占用记录

5、的区域即为进程所占用5 空闲块链表：空闲块链表：将所有的空闲块链成一个链表将所有的空闲块链成一个链表0 0.1 11 10 0.第第0 0页第页第1 1页页 第第i i页页 第第n-1n-1页页第7页/共83页连续性连续性 离散性离散性驻留性驻留性 交换性交换性一次性一次性 多次性多次性第8页/共83页第9页/共83页第10页/共83页第11页/共83页一般由硬件提供一对寄存器：一般由硬件提供一对寄存器： 基址寄存器基址寄存器：存放起始地址：存放起始地址 限长寄存器限长寄存器：存放长度：存放长度 （或（或 上界寄存器上界寄存器/ /下界寄存器）下界寄存器）第12页/共83页程序程序320042

6、003200320010001000基址寄存器基址寄存器界限寄存器界限寄存器3200320042004200上界寄存器上界寄存器下界寄存器下界寄存器上界上界=被访问地址被访问地址=下界下界基址基址=被访问地址被访问地址=基址基址+ +界限界限3200=3200=被访问地址被访问地址=4200=4200第13页/共83页共享存储区域的保护共享存储区域的保护第14页/共83页第15页/共83页程序的名空间、地址空间及存储空间程序的名空间、地址空间及存储空间符号符号源程序源程序目标目标代码代码可执行代码可执行代码汇编汇编编译编译连接连接地址重定位地址重定位名空间名空间地址空间地址空间存储空间存储空间

7、: :x=x+1x=x+1: : :R=XR=XR=R+1R=R+1X=RX=R: :0 0: :K K 100100: :100+100+K K: :R=XR=XR=R+1R=R+1X=RX=R: :第16页/共83页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。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。其首地址为其首地址为0 0，其余指令中的地址都相对于首地址来编址。，其余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。不能用逻辑地址在内存中读取信息。第17页/共83页地址映射地址映射Load A data1Load

8、 A data1data1 3456data1 3456源程序源程序编译连编译连接接Load A 200Load A 200 3456 34560 0100100200200逻辑地址空间逻辑地址空间Load A 200 3456 。 。 。1200物理地址空间物理地址空间BA=1100第18页/共83页程序中列出各个需要重定位的地址单元和相对地程序中列出各个需要重定位的地址单元和相对地址值。当用户程序被装入内存时，址值。当用户程序被装入内存时，一次性实现逻一次性实现逻辑地址到物理地址的转换，辑地址到物理地址的转换，以后不再转换（一般以后不再转换（一般在装入内存时由软件完成）。在装入内存时由软件

9、完成）。即：装入时根据所定位的内存地址去修改每个重即：装入时根据所定位的内存地址去修改每个重定位地址项，添加相应偏移量。定位地址项，添加相应偏移量。第19页/共83页OS000065008000作业作业2 2作业作业2 2作业作业1 120000000150000002800作业作业1 14800第20页/共83页OSOS可以将一个程序分散存放于不连续的内存空间，可以移动程序，有利用实现共享。可以将一个程序分散存放于不连续的内存空间，可以移动程序，有利用实现共享。能够支持程序执行中产生的地址引用，如指针变量（而不仅是生成可执行文件时的地址引用）。能够支持程序执行中产生的地址引用，如指针变量（而

10、不仅是生成可执行文件时的地址引用）。第21页/共83页0 0100100200200300300.LOAD A 200LOAD A 20034563456逻辑地址空间逻辑地址空间200200VRVR10001000BRBR110011001200120013001300物理地址空间物理地址空间34563456. . .LOAD A 200LOAD A 200.第22页/共83页第23页/共83页第24页/共83页第25页/共83页第26页/共83页OSOS内存内存用户用户A A作业作业用户用户B B作业作业用户用户C C作业作业用户独占内存用户独占内存用户作业队列用户作业队列界限地址界限地址栅

11、栏寄存器栅栏寄存器用户用户A A作业作业用户用户B B作业作业用户用户C C作业作业第27页/共83页固定分区固定分区可变分区可变分区再定位分区再定位分区多重分区多重分区分区方式分区方式第28页/共83页第29页/共83页第30页/共83页内存紧缩内存紧缩( (compaction)compaction)：将各个占用将各个占用分区向内存一端移动。使各个空闲分区分区向内存一端移动。使各个空闲分区聚集在另一端，然后将各个空闲分区合聚集在另一端，然后将各个空闲分区合并成为一个空闲分区。并成为一个空闲分区。第31页/共83页 预先把可分配的主存储器空间分割成若干个预先把可分配的主存储器空间分割成若干个

12、连续区域，称为一个分区。每个分区的大小可以连续区域，称为一个分区。每个分区的大小可以相同也可以不同，但分区大小固定不变，每个分相同也可以不同，但分区大小固定不变，每个分区装一个且只能装一个作业。区装一个且只能装一个作业。 存储分配：如果有一个空闲区存储分配：如果有一个空闲区, , 则分配给进程则分配给进程。第32页/共83页8 M8 M8 M8 M8 MOperating SystemOperating System8 M12 M8 M8 M6 M4 M2 M固定分区固定分区( (大小相同大小相同) )固定分区固定分区( (多种大小多种大小) )第33页/共83页分区号分区号 起始地址起始地址

13、长度长度状态状态进程名进程名(a)分区号12345容量8 KB32 KB32 KB120 KB520 KB位置312 KB320 KB352 KB384 KB504 KB状态在使用在使用在使用未用未用(b)操作系统504 KB384 KB352 KB320 KB312 KB0520 KB120 KB32 KB32 KB8 KB312 KB固定分区说明表固定分区说明表主存分配图主存分配图第34页/共83页分区号分区号 分区容量分区容量 作业容量作业容量 剩余容量剩余容量 1 12 23 34 45 58 8KBKB32KB32KB32KB32KB120KB120KB520KB520KB1 1KB

14、KB9KB9KB9KB9KB33KB33KB121KB121KB7 7KBKB23KB23KB23KB23KB87KB87KB399KB399KB合合 计计 712 712 KB KB 173 173 KB KB 539 539 KB KB 第35页/共83页分区分区4分区分区3分区分区2分区分区1操作系统操作系统多个输入队列多个输入队列单个输入队列单个输入队列分区分区4分区分区3分区分区2分区分区1操作系统操作系统700K400K100K0第36页/共83页操作系统区用户分区1用户分区2用户分区3用户分区4用户分区5B(B BL)L)B+LYesYesNoNo00000000第37页/共83

15、页OS第38页/共83页第39页/共83页A20KB50KC30KF30KD20KE40KTotal: 190KResident20KOverlay 050KOverlay 140KTotal: 110K覆盖技术第40页/共83页第41页/共83页：增加并发运行的程序数目，并且给用户提：增加并发运行的程序数目，并且给用户提供适当的响应时间；编写程序时不影响程序结构；供适当的响应时间；编写程序时不影响程序结构；对换入和换出的控制增加处理机开销；程对换入和换出的控制增加处理机开销；程序整个地址空间都进行传送，没有考虑执行过程中序整个地址空间都进行传送，没有考虑执行过程中地址访问的统计特性。地址访问

16、的统计特性。与覆盖技术相比，交换技术不要求用户给出程序段与覆盖技术相比，交换技术不要求用户给出程序段之间的逻辑覆盖结构；而且，交换发生在进程或作之间的逻辑覆盖结构；而且，交换发生在进程或作业之间，而覆盖发生在同一进程或作业内。此外，业之间，而覆盖发生在同一进程或作业内。此外，覆盖只能覆盖那些与覆盖段无关的程序段。覆盖只能覆盖那些与覆盖段无关的程序段。第42页/共83页内存管理：内存管理：设置内存空闲块表设置内存空闲块表记录了空闲区起始地址和长度记录了空闲区起始地址和长度内存分配：内存分配：动态分配动态分配内存回收：内存回收：当某一块归还后，前后空间合并，修改内存空闲块表当某一块归还后，前后空间

17、合并，修改内存空闲块表第43页/共83页作业作业6 6256 256 KBKB作业作业5 5128 128 KBKB作业作业4 424 24 KBKB( (a)a)作业作业3 (120 3 (120 KB)KB)作业作业2 (32 2 (32 K K B)B)作业作业1 (8 1 (8 KB)KB)OSOS1024 1024 KBKB504 504 KBKB384 384 KBKB352 352 KBKB320 320 KBKB312 312 KBKB0 0( (b)b)作业作业3 (120 3 (120 KB)KB)作业作业2 (32 2 (32 KB)KB)作业作业1 (8 1 (8 KB

18、)KB)OSOS1024 1024 KBKB504 504 KBKB384 384 KBKB352 352 KBKB320 320 KBKB312 312 KBKB0 0作业作业6 (256 6 (256 KB)KB)作业作业5 (128 5 (128 KB)KB)作业作业4 (24 4 (24 KB)KB)888 888 KBKB632 632 KBKB376 376 KBKB( (c)c)作业作业1 (8 1 (8 KB)KB)OSOS0 0作业作业6 (256 6 (256 KB)KB)作业作业5 (128 5 (128 KB)KB)作业作业4 (24 4 (24 KB)KB)1624

19、1624 KBKB504 504 KBKB352 352 KBKB320 320 KBKB312 312 KBKB888 888 KBKB632 632 KBKB376 376 KBKB第44页/共83页分区号分区号分区容分区容量量分区位置分区位置状态状态1 18 8kBkB312312KBKB已分配已分配2 23232kBkB320320KBKB已分配已分配3 3空空4 4120120kBkB384384KBKB已分配已分配5 5空空分区号分区号分区容量分区容量分区分区位置位置状态状态1 13232KBKB352352KBKB 可用可用2 2520520KBKB504504KBKB 可用可用

20、第45页/共83页申请分配一个申请分配一个x xKBKB 大小的分区大小的分区置空白区号置空白区号 f f =1=1f f 大于最后大于最后一个空白区号？一个空白区号？空白区可用？空白区可用？保存空白区的起始地址保存空白区的起始地址空白区空白区 f f的大小的大小x xKBKB空白区的空白区的状态状态= =空项空项修改空白区的大小修改空白区的大小和起始地址和起始地址在已分配表中找一个状在已分配表中找一个状态态= =空项的分区号空项的分区号 P P置分区置分区P P的大小为的大小为 x xKBKB置分区起始地址置分区起始地址置分区状态为已分配置分区状态为已分配返回一个返回一个分区号分区号此次无法

21、分配此次无法分配f+1 f f+1 f Y YY YN NN N = =第46页/共83页第47页/共83页第48页/共83页第49页/共83页将自由区按存贮顺序链成一个队列将自由区按存贮顺序链成一个队列，用一指针指向队首，分配时将找到的，用一指针指向队首，分配时将找到的第一个满足要求的空白区分配给它。第一个满足要求的空白区分配给它。第50页/共83页指针指针1010k k6060k k9090k k2020k k要求：有四块自由区域，为一程序分配要求：有四块自由区域，为一程序分配1919k k内存内存。指针指针1010k k6060k k9090k k2020k k4141k kFFFF特点

22、：特点：简单，查找次数少，简单，查找次数少，在高地址区中在高地址区中保持较大自由区域。保持较大自由区域。第51页/共83页1 12 2指针移动指针移动将自由区组成环状队列，按循环顺序寻找自由区。将自由区组成环状队列，按循环顺序寻找自由区。( (与与FFFF区别，头指针从低地址开始向高地址循环移动区别，头指针从低地址开始向高地址循环移动) )NFNF特点：特点：使得小的自由区均匀分布，易于使得小的自由区均匀分布，易于与其它自由区合并。与其它自由区合并。第52页/共83页将自由区按大小排成队列，寻找时总是以最将自由区按大小排成队列，寻找时总是以最小的自由区开始，找到第一个合适的分区。小的自由区开始

23、，找到第一个合适的分区。BFBF特点：特点：最佳地利用分区，查找效率低，碎最佳地利用分区，查找效率低，碎片多而小。片多而小。第53页/共83页指针指针1010k k2020k k6060k k9090k k1 1k k要求：有四块自由区，为一程序分配要求：有四块自由区，为一程序分配1919k k内存内存。指针指针1010k k6060k k9090k k2020k k第54页/共83页将自由区排序将自由区排序( (按从大到小按从大到小) )，并寻找最大自由，并寻找最大自由区域进行分配。区域进行分配。实例：实例：BFBF特点：特点：不会出现小的自由区。不会出现小的自由区。指针指针9090k k6

24、060k k2020k k1010k k指针指针9090k k6060k k2020k k1010k k7171k k指针指针1010k k6060k k9090k k2020k k第55页/共83页实例：设系统自由区链表为实例：设系统自由区链表为指针指针7 7k k3 3k k1010k k8 8k k2020k k5 5k ka ab bc cd de ef f要求：要求：用户先后申请用户先后申请7.57.5k k，4k4k内存空间，内存空间，试试用四种算法求出分配块。用四种算法求出分配块。第56页/共83页FF: c,a3k3k2.5k8k20k5kabcdefNF: c,d7k3k2.

25、5k4k20k5kabcdef8.5k10k8k7k5k3kecdafbWF: e,e第57页/共83页3 3k k5 5k k7 7k k0.50.5k k1010k k2020k kb bf fa ad dc ce e3 3k k5 5k k7 7k k0.50.5k k1010k k2020k kb bf fa ad dc ce e再排序从小到大再排序从小到大分配块为分配块为d, f d, f 3 3k k5 5k k7 7k k8 8k k1010k k2020k kb bf fa ad dc ce eBF:BF:首先从小到大排序首先从小到大排序0.50.5k k3 3k k1 1k

26、k7 7k k1010k k2020k kd db bf fa ac ce e第58页/共83页 作业7(256 KB)(a)(b)(c)作业6 (256 KB)作业5 (128 KB)作业4 (24 KB)作业1 (8 KB)OS作业7 (256 KB)作业6 (256 KB)作业5 (128 KB)作业4 (24 KB)作业1(8 KB)OS01024 KB504 KB352 KB320 KB312 KB888 KB652 KB376 KB作业6 (256 KB)作业5 (128 KB)作业4 (24 KB)作业1 (8 KB)OS 4. 4. 可再定位式分区分配可再定位式分区分配第59页

27、/共83页利用浮动寄存器进行利用浮动寄存器进行地址变换地址变换L 1, 352 K + 980001557100352 KB352 KB + 50352 KB + 9800376 KB352 KB + 9800-32 KB+L 1, 352 KB + 980001557100320KB320 KB + 50320 KB + 9800344 KB计算地址地址变换有效地址浮动寄存器地址变换地址变换第60页/共83页可再定位式分区分配算法流程可再定位式分区分配算法流程 请求分配请求分配一个大小为一个大小为xKB的分区的分区有大于有大于xKB的空白区的空白区吗？吗？空白区的总空白区的总和和 xKB？执

28、行靠拢操作执行靠拢操作并修改状态表并修改状态表分配一个分区并分配一个分区并修改状态表修改状态表返回一个返回一个分区号分区号此时无此时无法分配法分配YYNN分区分配分区分配第61页/共83页第62页/共83页第63页/共83页第64页/共83页主要优点：主要优点： 分区分配方案的评价分区分配方案的评价第65页/共83页 (1) (1) 主存仍不能充分利用，除了可再定位式分区法外，都存在着严重的碎片问题。另外，即使不把存储器分碎，整个空白区也可能因容纳不下一个作业而造成浪费。主存仍不能充分利用，除了可再定位式分区法外，都存在着严重的碎片问题。另外，即使不把存储器分碎，整个空白区也可能因容纳不下一个

29、作业而造成浪费。(2) (2) 不能实现对主存的扩充。不能实现对主存的扩充。 因此，因此， 作业的大小受到主存可用空间的限制。作业的大小受到主存可用空间的限制。(3) (3) 和单一连续分配一样，要求一个作业在执行之前必须全部装入主存，因此在主存中可能包含从未使用过的信息。和单一连续分配一样，要求一个作业在执行之前必须全部装入主存，因此在主存中可能包含从未使用过的信息。 (4) (4) 采用靠拢方法，虽然能解决碎片问题，但有时需移动大量信息，从而损失了处理机时间。采用靠拢方法，虽然能解决碎片问题，但有时需移动大量信息，从而损失了处理机时间。 (5) (5) 除多重分区外，几个共行作业之间不能共

30、享存入主存的单一信息副本除多重分区外，几个共行作业之间不能共享存入主存的单一信息副本( (如公用子程序、数据段等如公用子程序、数据段等) )。 主要缺点：主要缺点：第66页/共83页把用户程序按逻辑页划分成大小相等的部分把用户程序按逻辑页划分成大小相等的部分，称为页。，称为页。从从0 0开始编制页号，页内地址是相对于开始编制页号，页内地址是相对于0 0编址编址。页号页号 页内地址页内地址4.3 分页存储管理逻辑地址逻辑地址第67页/共83页0 0111112122323页号页号P P页内位移量页内位移量W W编号编号0409604096相对地址相对地址0409604096第68页/共83页第6

31、9页/共83页.01234560123456作业的作业的地址空间地址空间页框页框（物理块）（物理块）页号页号页表页表主存中页框（物理块）主存中页框（物理块）.第70页/共83页第71页/共83页作业2(0页)操作系统作业2(1页)作业3(0页)作业1(0页)作业1(1页)作业2(2页)051601224708作业1作业2作业31 KB2 KB001 KB2 KB03 KB1 KB0逻辑地址空间页面变换表物理地址空间页号 块号1 KB2 KB3 KB4 KB5 KB6 KB7 KB8 KB9 KB10 KB第72页/共83页二、地址变换机构 页号页号P P位移量位移量W W3112110MODL

32、AdLAINTP第73页/共83页固定内存空间中，页面的大小决定了位图的大小，单位页面越大，位图越小。固定内存空间中，页面的大小决定了位图的大小，单位页面越大，位图越小。 0000000011111111110010011100111111111第74页/共83页空闲页面链头寄存器空闲页面链头寄存器空闲页面总数空闲页面总数n n指针指向第一个空闲页面页号指针指向第一个空闲页面页号第75页/共83页计算一个作业所需要的总块数计算一个作业所需要的总块数N N查位示图，看看是否还有查位示图，看看是否还有N N个空闲块个空闲块如果有足够的空闲块，则页表长度设如果有足够的空闲块，则页表长度设为为N N，可填入可填入PCBPCB中；申请页表区，把中；申请页表区，把页表始址填入页表始址填入PCBPCB依次分配依次分配N N个空闲块