OS

OS定义: 操作系统(Operating System,简称OS)是管理计算机系统的全部硬件资源以及软件资源;控制程序运行;改善人机界面;为其它应用软件提供支持等,

中心主题

• 内存管理
  • 内存管理概念
    • 内存管理的基本原理和要求
      • 1. 功能
        • 内存空间的分配与回收
        • 地址转换
        • 内存空间的扩充
          • 虚存或覆盖技术 从逻辑上扩充
          • 子主题虚存或覆盖技术 从逻辑上扩充
        • 内存共享
        • 存储保护
      • 2. 程序的装入与链接
        • 编译
        • 链接
          • 静态链接
            • 需要解决两个问题： 1.修改相对地址 2.变换外部调用符号
          • 装入时动态链接
            • 优点
              • 是边装入边链接 优点：便于修改和更新，便于实现对目标模块的共享
              • 是边装入边链接 优点：便于修改和更新，便于实现对目标模块的共享
          • 运行时动态链接
            • 程序执行时需要用到该目标模块时，才会链接该目标模块 优点：加快程序的装入过程，并能节省内存空间
        • 装入
          • 绝对装入
            • 适用于单道程序环境 是以绝对地址装入
          • 可重定位装入
            • 又称静态重定位 （由于地址变换实在进程装入时一次完成的） 适用于多道程序环境 需要一次性分配给作业要求的全部内存空间
          • 动态运行时装入
            • 也称 动态重定位 地址转换要等到程序真正要执行时才转换为绝对地址。（装入程序把装入模块装入内存后，是相对地址） 需要一个重定位寄存器的支持 优点： 可以将程序分配到不连续的存储区； 只需要部分代码即可运行程序，需要时再动态申请分配内存； 便于程序段的共享
      • 3. 逻辑地址与物理地址
        • 编译后，每个目标模块都从0号单元开始编址，这称为该目标模块的相对地址（或逻辑地址） 物理地址空间是指内存中物理单元的集合，是地址转换的最终地址，进程在运行时执行指令和访问数据，最后都要通过物理地址从主存中存取。 OS通过内存管理部件（MMU）将进程使用的逻辑地址转换为物理地址。 逻辑地址通过页表映射到物理内存，页表由OS维护并被处理器引用
      • 4. 进程的内存映像
        • 一般有下面五个要素： 代码段： 数据段： 进程控制块（PCB）： 堆： 栈：
      • 5. 内存保护
        • 在CPU中设置一对上下限寄存器
        • 采用重定位寄存器和届地址寄存器
          • 重定位寄存器含最小的物理地址值， 界地址寄存器含逻辑地址的最大值。 逻辑地址+重定位寄存器中的值=物理地址 再与界地址寄存器中的值比较，未越界则送交内存单元 使用这两个寄存器时需要特权指令。
      • 6. 内存共享
        • 只读区域才可以共享，需要修改时给每个进程配以局部数据区再修改局部数据区的值
      • 7. 内存分配与回收
        • 存储管理方式随OS的发展而不断发展。 在OS由单道->多道时， 存储管理方式由单一连续分配->固定分区分配 为了能适应不同大小的程序要求时， 从固定分区分配->动态分区分配 为了更好地提高内存利用率，从连续分配方式->离散分配方式——页式存储管理 引入分段存储管理的目的：为了满足用户在编程和使用方面的要求
    • 覆盖与交换
      • 多道程序环境下来扩充内存的两种方法
      • 覆盖
        • 思想
          • 将用户空间分为一个固定区和若干覆盖区。 将经常活跃的部分放在固定区，其余部分按调用关系分段。首先将那些即将要访问的段放入覆盖区，其他段放在外存中，在需要调用前，系统再将其调入覆盖区，替换覆盖区中原有的段。
        • 特点
          • 打破了必须将一个程序的全部信息装入主存后才能运行的限制，但当同时运行程序的代码量大于主存时仍不能运行 此外，内存中能够更新的地方只有覆盖区的段，不在覆盖区中的段会常驻内存，覆盖技术对用户的程序员不透明 现在该技术已经成为历史
      • 交换
        • 思想
          • 把处于等待状态的程序从内存移到辅存，把内存空间腾出来（这一过程又称换出），把准备好竞争CPU运行的程序从辅存移到内存（...换出）
        • 特点
          • 主要在不同进程（或作业）之间进行 需要注意的问题： 交换需要备份存储。。。。
    • 连续分配方式
      • 这三种内存分区管理方法都是：用户程序在主存中都是连续存放的
      • 单一连续分配
        • 在此方式下，内存分为系统区和用户区， 系统区 仅供OS使用，通常在低地址部分 用户区 仅有一道用户程序 优点：简单，无外部碎片，无须进行内存保护 缺点：只能用于单用户、单任务的OS，有内部碎片，存储器的利用率极低
        • 在此方式下，内存分为系统区和用户区， 系统区 仅供OS使用，通常在低地址部分 用户区 仅有一道用户程序 优点：简单，无外部碎片，无须进行内存保护 缺点：只能用于单用户、单任务的OS，有内部碎片，存储器的利用率极低
      • 固定分区分配
        • 是最简单的一种多道程序存储管理方式 两种分区方法： 分区大小相等。程序太小会造成浪费，程序太大又无法装入，缺乏灵活性。 分区大小不等。划分为多个较小的分区、适量的中等分区和少量大分区。 会建立一个分区说明表，按分区大小排队，查看是否已分配 会产生内部碎片
      • 动态分区分配
        • 又称可变分区分配 随时间的推移，内存中会产生越来越多小的内存块，内存的利用率页随之下降，即会产生外部碎片。 四种分配算法： 首次适应算法：空闲分区以地址递增的次序链接。分配内存时，从链首开始顺序查找，找到大小能满足要求的第一个空闲分区分配给作业 邻近适应算法：（循环首次适应算法）分配内存时从上次查找结束的位置开始查找 最佳适应算法：空闲分区按容量递增的次序形成空闲分区链，找到第一个能满足要求且最小的空闲分区分配给作业 最坏适应算法：空闲分区以容量递减的次序链接，找到第一个能满足要求的，即最大的分区，从中分割一部分存储空间给作业
    • 基本分页存储管理
      • 分页的思想：把主存空间划分为大小相等且固定的块，块相对较小，作为主存的基本单位。 不会产生外部碎片 每个进程平均只产生半个块大小的内部碎片（也称页内碎片）
      • 分页存储的几个概念
        • 页面和页面大小
          • 进程中的块称为页或页面 内存中的块称为页框或页帧 外存也以同样的单位进行划分，直接称为块或盘块
        • 地址结构
          • 31 12 11 0 页号P 页内偏移量W 0～11位为页内地址，每页大小为4KB， 12～31位为页号，最多允许2^20页
        • 页表
          • 为了便于在内存中找到进程的每个页面所对应的物理块，系统为每个进程建立一张页表，它记录页面在内存中对应的物理块号，页表一般存放在内存中 作用：实现从页号到物理块号的地址映射 页表是由页表项组成的
      • 基本地址变换机构
      • 具有快表的地址变换机构
    • 基本分段管理
      • 分段
      • 段表
      • 地址变换机构
      • 段的共享与保护
    • 段页式管理
  • 虚拟内存管理
    • 子主题
    • 子主题

中心主题