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自考工學(xué)類(lèi)2010年“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料(3)

湖北自考網(wǎng) 來(lái)源: 時(shí)間:2010-12-08 00:00:00
自考工學(xué)類(lèi)2010年“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料(3)
 

  本章考核知識(shí)點(diǎn):1、重定位2、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理3、可變分區(qū)存儲(chǔ)管理4、頁(yè)式存儲(chǔ)管理5、段式存儲(chǔ)管理6、虛擬存儲(chǔ)器

  自學(xué)要求:明確存儲(chǔ)管理的職能是對(duì)主存儲(chǔ)器中的用戶區(qū)域進(jìn)行管理;理解在不同的管理方式下如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)、地址轉(zhuǎn)換、以及主存空間的分配和回收;比較各種管理方式的特點(diǎn);掌握虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)原理和方法。

  重點(diǎn)是:各種管理方式的特點(diǎn);可變分區(qū)方式的主存分配算法以及移動(dòng)技術(shù);分頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)以及頁(yè)面調(diào)度算法;分段式虛擬存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)。

  操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理如同一個(gè)大地主,管著一個(gè)大莊園,當(dāng)有農(nóng)戶需要租用田地時(shí),地主就給分配一塊地讓他種(用戶區(qū)分配)。等到地里長(zhǎng)出了果實(shí)(結(jié)果出來(lái)后,地主還得來(lái)收回這塊地(去配)。

  為了管好這片田地,地主還要管好莊園的門(mén),凡是要進(jìn)去種地的,都得由地主根據(jù)他的需要讓他到位置確定實(shí)際的田地上去干活。(把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址)

  莊園里還有一些大家共同可以使用的地方,比如地主的花園,工具房等,大家可以進(jìn)去,也可以使用,但是不許改變?nèi)魏维F(xiàn)有的東東,還有,每個(gè)農(nóng)戶只能在自己的地里刨食吃,如果有人膽敢到別人地里或地主的花園里摘花偷食,可要當(dāng)心他們養(yǎng)的狼狗跳出來(lái)哦。(共享和保護(hù))

  當(dāng)然,再大的地也是不夠多的,地主為了多賺些錢(qián),當(dāng)所有的地都租出去的時(shí)候,他想辦法把有些種田人暫時(shí)不種的那塊地里的東東連地皮一起挖出來(lái)放到倉(cāng)庫(kù)里先堆著。把地騰出來(lái)租給別人種(這一招可夠絕的,不過(guò)地主說(shuō)啦,這就是“虛擬存儲(chǔ)”。)

  你說(shuō)這個(gè)地主是好是壞??

  概述:本章討論的是主存儲(chǔ)器空間的管理。主存儲(chǔ)空間分成系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩部分。存儲(chǔ)管理的功能包括:主存空間的分配和去配、實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換、主存空間的區(qū)享和保護(hù)和主存空間擴(kuò)充。

  一、重定位(領(lǐng)會(huì))

  1、區(qū)分邏輯地址與絕對(duì)地址。

  絕對(duì)地址:主存儲(chǔ)器以字節(jié)為編址單位,容量為n的主存儲(chǔ)器中,每個(gè)單元有唯一的編號(hào),從0到n-1,這個(gè)唯一的編號(hào)就是主存儲(chǔ)器的物理地址。

  比如我們現(xiàn)在用的128MB內(nèi)存條中就有128×1024×1024=134217728字節(jié),所以它的內(nèi)存絕對(duì)地址就是從0到134217727  101到200號(hào)那100塊地就分給你吧,以后你要找哪塊地養(yǎng)鴨養(yǎng)魚(yú)的,就得按我給你編的號(hào)來(lái)找。每個(gè)地址都已經(jīng)加上100了,不會(huì)找錯(cuò)吧。別說(shuō)我沒(méi)講清楚哦。

  至于動(dòng)態(tài)重定位,莊主笑道:這個(gè)我也能做到,這么實(shí)現(xiàn)的:李四來(lái)租地時(shí),我也不問(wèn)他,直接把他帶到空閑的一片地方。派人記著這那片地的第一個(gè)地址。比如說(shuō)是100號(hào)吧。李四這個(gè)笨小子干著干著會(huì)叫起來(lái)說(shuō):“老板,現(xiàn)在我要到32號(hào)地里抓魚(yú)!”旁邊人一聽(tīng),馬上告訴他“哎呀,你現(xiàn)在已經(jīng)分了地啦,起始地塊是100號(hào),那你就得到132號(hào)地去才對(duì)!”就這樣,李四每一次要找地方時(shí),都叫別人給他重新算一下。這樣他才不會(huì)找錯(cuò)位置。這樣也有一個(gè)好處,就是如果有人出價(jià)更好,我可以讓他搬到別處去干活,反正都是叫別人給他重新算位置,所以他就不用記住搬地方后的物理地址啦。

 ?。?)靜態(tài)重定位

  在裝入一個(gè)作業(yè)時(shí),把作業(yè)中的指令地址和數(shù)據(jù)地址全部轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。這種轉(zhuǎn)換工作是在作業(yè)開(kāi)始前集中完成的,在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中無(wú)需再進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。所以稱(chēng)為“靜態(tài)重定位”。

 ?。?)動(dòng)態(tài)重定位

  在裝入一個(gè)作業(yè)時(shí),不進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換,而是直接把作業(yè)裝到分配的主區(qū)域中。在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中,每當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)都由硬件的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。這種方式的地址轉(zhuǎn)換是在作業(yè)執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)完成的,所以稱(chēng)為動(dòng)態(tài)重定位。

  動(dòng)態(tài)重定位由軟件(操作系統(tǒng))和硬件(地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu))相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)重定位的系統(tǒng)支持“程序浮動(dòng)”,而靜態(tài)重定位則不能。

  二、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理(領(lǐng)會(huì))

  分區(qū)存儲(chǔ)管理是把存儲(chǔ)器中的用戶區(qū)作為一個(gè)連續(xù)區(qū)或分成若干連續(xù)區(qū)進(jìn)行管理。早先使用一個(gè)分區(qū)的存儲(chǔ)管理,后發(fā)展成多分區(qū)的存儲(chǔ)管理。多個(gè)分區(qū)的管理可采用固定分區(qū)方式和可變分區(qū)方式。

  1、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理的原理

  固定分區(qū)的意思就是指主存空間劃分成若干連續(xù)區(qū)后,這些分區(qū)的大小和個(gè)數(shù)就固定不變。

  固定分區(qū)管理利用一張“主存分配表”說(shuō)明各分區(qū)的情況。裝入和結(jié)束作業(yè)均通過(guò)這個(gè)分區(qū)表來(lái)記錄分區(qū)使用的變化情況。

  2、如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)

  固定分區(qū)管理可采用靜態(tài)重定位的方式裝入作業(yè)。裝入程序把作業(yè)中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址。并檢查絕對(duì)地址是否在指定(裝入)的分區(qū)內(nèi),如果是,就裝入這個(gè)作業(yè)。否則就不能裝入。如果裝入主存分區(qū)的作業(yè)占用處理器時(shí)(注意,是運(yùn)行時(shí)),進(jìn)程調(diào)度程序(不是裝入程序了)必須把作業(yè)所在分區(qū)的上下限地址存入“下限寄存器”和“上限寄存器”中,這樣可以在指令執(zhí)行中判斷其所用到的絕對(duì)地址是否越界,達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù)的目的。

  3、怎樣提高主存空間的利用率這里有幾種辦法:

 ?。?)分區(qū)按大小順序排列,這樣可以使作業(yè)總是先使用滿足要求的最小分區(qū)。

 ?。?)根據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)的作業(yè)大小和頻率劃分分區(qū)。

 ?。?)按作業(yè)的對(duì)主存空間的需求量排成多個(gè)隊(duì)列,規(guī)定隊(duì)列與分區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是說(shuō)多大的作業(yè)只能放在多大的分區(qū)里,就算有更大的分區(qū)空著,也不許他進(jìn)入。

  三、可變分區(qū)的管理(領(lǐng)會(huì))

  可變就是指分區(qū)的大小和位置不是固定的,而是根據(jù)作業(yè)要求的主存量來(lái)分配分區(qū)的大小。

  1、主存的分配和去配(回收)

  在系統(tǒng)初始化時(shí),主存除了操作系統(tǒng)所占部分外,整個(gè)用戶區(qū)是  大的空閑區(qū),可以按作業(yè)需要的空間大小順序分配空閑區(qū)直到不夠時(shí)為止。

  當(dāng)作業(yè)結(jié)束時(shí),它的占用分區(qū)被收回。這個(gè)空閑區(qū)又可以根據(jù)新作業(yè)的大小重新用于分配,所以主存中的已占分區(qū)和空閑區(qū)的數(shù)目和大小都是在變化的。可以用兩張表“已分配區(qū)表”和“空閑區(qū)表”來(lái)記錄和管理。

  2、常用的分配算法

  最先適應(yīng)分配算法:簡(jiǎn)單地說(shuō),就是在分區(qū)表中順序查找,找到夠大的空閑區(qū)就分配。但是這樣的分配算法可能形成許多不連續(xù)的空閑區(qū),造成許多“碎片”,使主存空間利用率降低。

  最優(yōu)適應(yīng)分配算法:這種算法總是挑選一個(gè)能滿足作業(yè)要求的最小空閑區(qū)。但是這種算法可能形成一些極小的空閑區(qū),以致無(wú)法使用,這也會(huì)影響主存利用率。

  最壞適應(yīng)分配算法:這種算法和上面的正好相反,它總是挑一個(gè)最大的空閑區(qū)分給作業(yè)使用,使剩下的空間不至于太小。

  3、地址轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)保護(hù)

  采用可變分區(qū)方式管理時(shí),一般均采用動(dòng)態(tài)重定位方式裝入作業(yè)。也就是每讀一條指令,都要變換一次地址。變換要靠硬件支持,主要是兩個(gè)寄存器:基址寄存器和限長(zhǎng)寄存器,限長(zhǎng)寄存器存放作業(yè)所占分區(qū)的長(zhǎng)度,基址寄存器則存放作業(yè)所占分區(qū)的起始地址,這兩個(gè)值確定了一個(gè)分區(qū)的位置和大小。

  轉(zhuǎn)換時(shí)根據(jù)邏輯地址與限長(zhǎng)值比較,如果不有超過(guò)這個(gè)值,表示訪問(wèn)地址合法,再加上基址寄存器中的值就得到了絕對(duì)地址了,否則形成“地址越界”中斷。達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù)的目的。

  對(duì)于共享程序,則硬件提供兩組限長(zhǎng)寄存器和基址寄存器。訪問(wèn)時(shí)對(duì)訪問(wèn)區(qū)享區(qū)和作業(yè)區(qū)的地址分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

  4、移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

  移動(dòng)技術(shù)要“移動(dòng)”的東東就是主存空間中的作業(yè)。把某個(gè)作業(yè)移到另一處主存空間去(在磁盤(pán)整理中我們應(yīng)用的也是類(lèi)似的移動(dòng)技術(shù)),這樣的最大好處就是可以合并一些空閑區(qū)。

  但是移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用也要注意以下問(wèn)題。

  移動(dòng)會(huì)增加系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。所以要盡量減少移動(dòng)。

  移動(dòng)是有條件的,如果作業(yè)在執(zhí)行過(guò)程中正等待與外圍設(shè)備傳輸信息,就不能移動(dòng)。因此在移動(dòng)時(shí)首先要判定該作業(yè)是否與外設(shè)交換信息。

  四、頁(yè)式存儲(chǔ)管理(領(lǐng)會(huì))

  1、如何分頁(yè)和分塊

  頁(yè)式存儲(chǔ)管理中有兩個(gè)名詞:“頁(yè)”和“塊”,其中的“塊”是針對(duì)硬件來(lái)說(shuō)的,就是把存儲(chǔ)器分成若干相等大小的區(qū),每個(gè)區(qū)就稱(chēng)為一個(gè)塊。對(duì)應(yīng)的,在程序中,邏輯地址進(jìn)行“分頁(yè)”,其大小和每個(gè)塊相一致。

  事實(shí)上,頁(yè)面的大小是由塊的大小自然決定的。對(duì)于程序來(lái)說(shuō),其邏輯地址還是和原來(lái)一樣采用連續(xù)的地址。只是按照塊的位數(shù)取其前面數(shù)位做為頁(yè)號(hào)。

  分配空間時(shí),根據(jù)作業(yè)長(zhǎng)度可以確定它的頁(yè)面數(shù),根據(jù)這個(gè)頁(yè)面數(shù)在主存中分配相應(yīng)的塊數(shù),只要是空閑塊就可以放入,即使不是相鄰的。并把分配情況記在“頁(yè)表”中,根據(jù)頁(yè)表可以找到相對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)與塊號(hào),就得出絕對(duì)地址了。

  2、采用頁(yè)式管理,使主存空間充分利用,頁(yè)不必為了得到連續(xù)空間而進(jìn)行移動(dòng)??梢蕴岣呦到y(tǒng)效率。

  3、頁(yè)表的構(gòu)造與作用

  每個(gè)被裝入主存的作業(yè)都有一張頁(yè)表,指出該作業(yè)邏輯地址中的頁(yè)號(hào)與所占用的主存塊號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。頁(yè)表的長(zhǎng)度由作頁(yè)擁有的頁(yè)面數(shù)決定,行號(hào)對(duì)應(yīng)為頁(yè)號(hào),行中記錄的是主存中的塊號(hào)。

  頁(yè)表是硬件進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換的依據(jù),每執(zhí)行一條指令  時(shí)按邏輯地址中的頁(yè)號(hào)查找頁(yè)表并轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。

  在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,進(jìn)入主存的每個(gè)作業(yè)都有一張頁(yè)表,由一個(gè)硬件“頁(yè)表控制寄存器”來(lái)記錄每個(gè)作業(yè)

結(jié)束
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