操作系统课件第07章 内存管理

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分时操作系统
分时操作系统采用时间片轮转的方式处理 多个用户的请求,保证了每个用户都能得 到及时的响应。
网络操作系统
网络操作系统具有强大的网络管理功能, 支持多种网络协议和网络服务,使得计算 机网络更加高效、可靠、安全。
实时操作系统
实时操作系统能够在规定的时间内对外部 输入的信息做出处理,并控制所有实时设 备和实时任务协调一致地工作。
动态分区
根据作业的大小动态地建 立分区,使分区大小正好 适应作业的需要。
分区的分配与回收
采用一定的算法将空闲分 区分配给请求者,当作业 完成后将作业占用的分区 回收。
页式存储管理
01 02
基本思想
将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页,而物理内存划分为同样大 小的页框。程序加载时,可将任意一页放入内存中任意一个页框,实现 离散分配。
中断处理的概念
中断处理是指当设备发出中断请求时,CPU暂 停当前任务并转去处理中断请求的过程。
ABCD
设备驱动程序的功能
包括设备的初始化、设备的打开和关闭、设备的 读写以及设备的状态查询等。
中断处理的流程
包括中断请求的响应、中断服务程序的执行以及 中断返回等步骤。
06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
THANKS
感谢观看
访问控制与安全策略
访问控制机制
操作系统通过用户认证、文件权限、访问控制列表(ACL)等机制 实现访问控制,防止未经授权的访问。
安全策略实施
操作系统应实施强制访问控制(MAC)、自主访问控制(DAC) 等安全策略,确保只有经过授权的用户才能访问敏感资源。
审计与监控
操作系统应具备审计和监控功能,记录用户的操作行为,以便事后分 析和追责。

操作系统课件第七章

操作系统课件第七章

06
文件系统与磁盘管理
文件系统概念及功能
文件系统定义
文件系统是操作系统中负责管理和存储文件 信息的软件机构,它提供了一种在磁盘等存 储介质上组织、管理和访问文件的机制。
文件系统功能
包括文件的创建、删除、读写、修改、重命 名等操作,以及文件的组织和存储方式,如
目录结构、文件属性等。
文件结构和存取方法
• 消息传递:消息传递是一种面向消息的通信方式,进程通过发送和接收消息来 进行通信。它的优点是灵活性高,可以适用于任意两个进程之间的通信;缺点 是通信过程中需要额外的数据拷贝和同步操作。
• 共享内存:共享内存是一种高效的进程间通信方式,多个进程可以通过映射到 同一块内存区域来进行数据交换。它的优点是通信效率高,缺点是需要解决同 步和互斥问题,以避免出现数据不一致的情况。
文件的物理结构(如连续分配、链接分配和索引分配等)的理解和实现、文件 目录的组织和管理方式的选择和设计、文件共享与保护机制的实现和应用。
02
进程与线程
进程概念及特性
进程定义
进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位,它是程序的执行过程,具有动态性、并发性、独立性、异步 性和结构特征。
进程特性
动态性(进程是程序的一次执行过程,具有生命周期);并发性(多个进程实体同存于内存中,能在一段时间内 同时运行);独立性(进程是系统进行资源分配和调度的独立单位);异步性(进程按各自独立的、不可预知的 速度向前推进);结构特征(进程由程序、数据和进程控制块三部分组成)。
页式、段式和段页式存储管理方式
页式存储管理方式
段式存储管理方式
页式存储管理是将一个进程的逻辑地 址空间划分为若干个大小相等的片, 称为页面或页。相应地,将物理内存 空间也划分为与页面大小相等的块, 称为物理块或页框。在为进程分配内 存时,以块为单位将进程中的若干个 页分别装入到多个可以不相邻接的物 理块中。

WINDOWS操作系统原理之内存管理精品PPT课件

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• 在此1 M大小的映射表中,有相当数量的表项其实并没有 用,所以,为这部分表项分配存储空间是浪费。Intel x86 采用了分级页表的方式来管理这一映射关系。32位虚拟地 址中的页索引部分又被分成页目录索引(10位)和页表索 引(10位)两部分,所以,一个32位虚拟地址的实际构成
如图3中最上边的虚拟地址结构所示。
页式内存管理
• 下面我们以Intel x86为例来介绍从虚拟内存页面到物理内存页面 的映射。
首先,寻址系统必须确定页面的大小,标准的大小为4 KB,32 位地址值的最后12位是页内偏移,而前20位则是页索引部分, 用于找到一个实际的物理页面。因此,在这样的系统上,页面映 射表是一个1 048 576(即1 M)大小的表。
访问内存时必须要通过段描述符,这意味 着Windows将所有的段描述符都构造成了 从基地址0开始,且段的大小设置为 0x80000000、0xc0000000或0xffffffff,具 体取决于段的用途和系统设置。
所以,Windows系统中的代码,包括 操作系统本身的代码和应用程序代码,所 面对的地址空间都是线性地址空间。这种 做法相当于屏蔽了处理器中的逻辑地址概 念,段只被用于访问控制和内存保护。
Windows操作系统的存储管理
内存管理
• 指软件运行的时候对计算机内存资源进行 分配和使用的技术,主要目的是如何高效、 快速的分配,并且在适当时候释放和回收 内存资源。
• 内存可以通过许多媒介实现,例如磁带或 者是硬盘,或者是小阵列容量的微芯片。
两个内存
• 物理内存——就是插在主板上的内存条,它是固定的,内 存条的容量多大,物理内存就有多大(集成显卡系统除 外),但是如果程序运行很多或者程序本身很大的话,就 会导致大量的物理内存占用,甚至导致物理内存消耗殆尽。

操作系统概论:内存管理

操作系统概论:内存管理

03
在最高层(L0层),是少量的快速 CPU寄存器,CPU可以在一个时钟
周期内访问他们
05
L3层是一个大的基于DRAM的主存, 可以再几十或几百个时钟周期内访
问他们
02
在这个层次系统中,从高层到底层 (L0-L5),较低层的存储设备访
问慢,容量更大、价格更便宜
L1、L2层是一个或多个小型或中
04
型的基于SRAM的高速缓存存储器,
两级和多级页表
将页表再进行分页
反置页表
为每个页框设一个表项,表项中存 放进程号和页号
空闲页框的管理
使用位图管理空闲页框 使用空闲页框的链表
内存管理
基于分页的虚拟存储系统
虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统 在虚拟存储器系统中,进程无需全部装入,只需要装入一部分即可运行 虚拟存储技术实现的思想是,只把进程的一部分装入内存。进程执行过程中,CPU访问内存时如果发现所访问
动态分区分配
动态分区分配的流程
内存分配有内存分配程序完成。 内存不再被应用程序需要时,由系 统调用内存回收程序回收原来被占
用的内存分区
内存分配流程
内存管理
基本分页存储管理方式
01
把进程离散的 存储在内存中 物理地址不连 续的区域中, 这种内存管理 方式称为离散 内存管理方式
02
分页存储管理 的基本原理
3.程序中存在很多循环结构,他们虽然 由少数指令构成,但多次执行
4.程序中往往包括许多对数据结构的处 理,如对数组的操作,他们往往都局限 在很小的范围内。 总的来说,局部性 原理表现为时间和空间的局部性
局部性
时间局部性 如果程序中的某条指令一旦执行,

内存管理.pptx

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动态分区
分区时动态创建的,每个进程被装入与自身大小相等的分区中。分区的长度和数 目可变。
优势:没有内部碎片; 弱点:存在外部碎片,需要压缩,处理器利用率低; 压缩技术:操作系统不时地移动进程,使进程占用连续的空间。 外部碎片: 指在所有分区外的存储空间变成越来越多的碎片。 放置算法 内存压缩费时,因此操作系统需要巧妙的把进程分配到内存中,塞住那些 ‘洞’。 三种放置算法: (1)最佳适配(选择大小与要求最接近的块) (2)首次适配(从头扫描,选择放得下的块) (3)下次适配(从当前位置开始扫描放得下的块)
处理巨大虚拟内存空间 多级页表
当进程地址空间很大的时候,需要的页表也就越大。引入多级页表的原因是避免 把全部页表一直保存在内存中。 二级页表为例。虚拟地址被分成两个页号(TP1和PT2)和一个偏移量。PT1作为 索引访问顶级页表的表项,一个表项对应一个二级页表,PT2作为索引访问刚得到的 二级页表并得到页表项,从而得到页框号。
分段
分段把进程看成是由多个段组成的,段的大小不固定,并且是动态的。存储器访问 以段号和偏移量的形式组成的地址。(分段对用户是可见的,分页不可见) 分段的几个优点: (1)简化对不断增长的数据结构的处理;(可动态伸缩) (2)允许程序独立地修改或重新编译; (3)有助于进程间的共享;(一个段被多个进程引用) (4)有助于保护。(可以指定块得权限) 每个进程都一个段表,段表项主要包括段的起始地址、段长度、修改位、存在位、保 护和共享位等。
内存管理
陆 上 百 花 竞 芬 芳
碧 水 潭 泮 默 默 香
不 与 桃 李 争 春 风
七 月 流 火 送 清 凉

目录
内存管理技术 虚拟内存

内存管理技术

计算机操作系统(第二版)课件:openEuler内存管理

计算机操作系统(第二版)课件:openEuler内存管理
非活跃文件页LRU链表:
保存最近未被访问过的文件页
活跃文件页LRU链表:
保存最近被访问过的文件页
不可回收LRU链接:
保存所有禁止换出的页
4.8 openEuler内存管理
4.8.6 openEuler页置换策略:参考《openEuler操作系统》,任炬等著
2. 页面回收
活跃LRU链表尾部
活跃链表页面数<系统既定标准
4.8 openEuler内存管理
4.8.4 openEuler标准大页
三、伪文件系统:hugetlbfs
使用标准大页:访问伪文件系统hugetlbfs
hugetlbfs_mount():挂载伪文件系统hugetlbfs open():在hugetlbfs文件系统上创建新文件 mmap():将文o_swap_page()
4.8 openEuler内存管理
4.8.6 openEuler页置换策略:参考《openEuler操作系统》,任炬等著
1. LRU置换策略
非活跃匿名页LRU链表:
保存最近未被访问过并且可存放到交换空间的匿名页
活跃匿名页LRU链表:
保存最近被访问过的匿名页
4.8 openEuler内存管理
4.8.5 openEuler请求调页:参考《openEuler操作系统》,任炬等著
2. 虚拟地址段:vm_area_struct
struct vm_area_struct { unsigned long vm_start; unsigned long vm_end; struct file* vm_file struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev; …
周期异步内存回收: 内存空闲块低于

操作系统原理第七章课件

操作系统原理第七章课件
文件的检索
文件的检索是指根据文件名、关键字或属性等条件从存储介 质中快速找到所需文件的过程。操作系统通过建立索引、目 录结构和搜索算法等机制,实现快速、准确地检索文件。
文件的保护与共享
文件的保护
文件的保护是指通过加密、权限控制和备份等方式确保文件的安全性和完整性。操作系统提供了访问控制列表 (ACL)、安全标识符(SID)和加密算法等机制,以实现文件的保护。
进程的状态
01
02
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就绪状态
进程已获得所需资源,等待 CPU调度执行。
运行状态
进程占用CPU,正在执行指令。
阻塞状态
进程等待某个事件(如I/O操 作完成)发生后才能继续执行

终止状态
进程执行完毕或异常结束。
进程的创建与终止
进程创建
通过系统调用(如fork、create) 创建一个新进程,分配资源并初始 化PCB。
内存保护
为了防止不同进程之间的相互干扰和 破坏,操作系统需要对内存进行保护, 确保每个进程只能访问自己的内存空 间。
内存的扩展
内存扩展方式
随着应用程序和数据量的增长, 计算机的内存容量可能不足,需
要进行内存扩展。
虚拟内存技术
通过将部分硬盘空间作为虚拟内存 使用,可以扩大可用的内存容量, 提高程序的运行效率。
设备管理
操作系统中负责管理外部设备(如显示器、打印 机、键盘等)的子系统。
主要功能
提供设备驱动、设备分配、设备控制和设备保护 等功能。
目的
确保外部设备能够高效、安全地与计算机系统交 互,满足用户需求。
设备的驱动程序
驱动程序
一种特殊的软件,用于控制和管理外部设备的运行。

操作系统原理电子课件教案-第七章 主存管理

操作系统原理电子课件教案-第七章 主存管理

0 20KB 52KB 66KB 130KB
os
作业1 作业2
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作业4
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作业2 完成
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Hale Waihona Puke 230KB256KB1
主存
256KB1
主存
256KB1
主存
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(二) 主存管理功能
一、几个概念 1. 物理地址(绝对地址、实地址)
物理地址是计算机主存单元的真实地址,又称绝对 地址或实地址。
2. 主存空间
物理地址的集合所对应的空间组成了主存空间。
3. 区域
物 理 地 址 集 合 的 一 个 递 增 整 数 序 列 子 集 n, n+1, …,n+m所对应的主存空间。
有一定容量的主存: 存放运行进程的当前信息
地址变换机构
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六、存储保护
1. 什么是存储保护
在多用户环境中,主存储器按区分配给 各用户程序使用。为了互不影响,必须 由硬件(软件配合)保证每道程序只能 在给定的存储区域内活动,这种措施叫 做存储保护。
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2. 存储保护方法 界地址保护 存储键保护
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内存管理的主要任务⏹空闲物理内存的管理☞用链表或bitmap表示即可⏹物理内存的使用☞进程使用内存的管理只能使用自己的?是系统并发的关键大小不一,预知、未知大小堆、栈、段☞内核自身内存的管理为提高效率,各系统采用多种缓存技术,差异较大各种大小不一的常用数据结构图空闲空闲Chapter 7: Memory Management内存管理⏹Background 背景知识⏹Address Binding 地址绑定⏹Paging 分页☞Demand Paging 请求调页☞Process Creation 进程创建⏹Page Replacement 页替换⏹Allocation of Frames 物理页帧的分配☞Thrashing 抖动⏹Solaris and WindowsNTReview——内存管理的目标操作系统内核挑战:在一维的物理内存空间实现:进程和进程,进程和内核的共享和保护Background 内存管理的背景知识Basic Concepts基础概念⏹Logical Addresses (Space);逻辑地址(空间)用户程序中的地址⏹Physical Addresses (Space)物理地址(空间)⏹程序须作为进程装入物理内存才能运行进程使用内存的管理⏹进程(程序)在物理内存中放置的位置☞逻辑地址与物理地址间的地址绑定⏹进程(使用内存的)大小☞代码段,基本,固定☞数据段,基本,固定☞栈,可选,变化☞堆,可选,变化地址绑定逻辑地址与物理地址间的映射程序中的逻辑地址Two 16KB Programs 程序分别单独装入右图中的物理地址逻辑地址64KB物理地址Two Programs Loaded Consecutively into Memory 两个程序连续加载到物理内存物理地址编译时实现地址绑定的三个时机加载时运行时编译时地址绑定If memorylocation knowna priori,absolute codecan begenerated;must recompilecode if startinglocationchanges.如果内存位置提前知道,可编译时生成绝对(物理)地址加载时地址绑定16412Mustgeneraterelocatable 可重定位codeif memorylocation isnot known atcompile time.当编译时无法确定内存位置时,须生成可重定位的代码DLL16000运行时地址绑定一种可能的解决方案⏹Binding delayed until runtime if the process can bemoved during its executionfrom one memory segmentto another.进程的内存段允许运行时移动⏹Need hardware support foraddress maps 需要硬件支持, 如:☞Base Register基址寄存器☞Limit Register限长寄存器Dynamic Binding using MMU利用内存管理单元实现动态地址绑定163842816412Memory-Management UnitHardware Address Protection硬件地址保护MMUMemory-Management Unit (MMU)内存管理单元⏹Hardware device硬件设备that maps映射virtual tophysical address.MMU是将逻辑地址映射到物理地址的硬件设备⏹In MMU scheme, the value in the relocation register重定位寄存器is added to every address generated by a user process at the time it is sent to memory.MMU将用户进程的每一地址与基址寄存器相加后使用⏹The user program deals with logical addresses; it neversees the real physical addresses.用户程序使用逻辑地址,永远也看不到物理地址地址绑定总结——逻辑地址和物理地址的关系⏹Logical and physical addresses are the same incompile-time and load-time address-bindingschemes;编译时和装载时地址绑定方案中,两种地址相同⏹Logical (virtual) and physical addresses differ inexecution-time address-binding scheme.执行时地址绑定方案中,两种地址不同。

由MMU 计算并接通物理地址线。

Windows、Linux等通用操作系统采用三种地址绑定时机,可以综合采用Paging分页Paging 分页图示⏹Physical address space of a process can be noncontig uous.物理地址可不连续⏹Page size 页多大合适?⏹Internal fragmentat ion内部碎片页帧逻辑空间逻辑页pagePage Table页表Address Translation Scheme地址转换方案⏹Address generated by CPU is divided into:☞Page number(p)页号–used as an indexinto a page table which contains baseaddress of each page in physical memory.Page offset(d)页偏移–combined with baseaddress to define the physical memoryaddress that is sent to the memory unit.Address Translation Architecture地址转换结构Paging Example The internaloperation of theMMU with 164KB pages.Free Frames空闲页帧Before allocation After allocationStructure of Page Table Entry页表项结构TLB 关联存储Speeding Up Paging分页的加速⏹Page table is kept in main memory.页表须放在内存☞If the virtual address space is large, the page table will be large.页表不能太大Page-table base register (PTBR) points to the page table.页表寄存器指向页表Page-table length register(PRLR) indicates size of the page table.页表长度寄存器保存页表的长度⏹The mapping from virtual address to physical address must befast.虚地址到物理地址的映射越快越好☞In this scheme every data/instruction access requires two memory accesses两次内存访问. 页表一次,数据/指令一次☞The two memory access problem can be solved by the use of a special fast-lookup快速查找hardware cache硬件缓存calledassociative memory关联存储or translation look-aside buffers(TLBs)⏹Address translation (A ´, A ´´)☞If A ´is in associative register , getframe # out.☞Otherwise get frame # from pagetable in memory Associative Memory关联存储Page #Frame #Paging Hardware With TLB 带有TLB的分页硬件Effective Access Time有效访问时间⏹Associative Lookup = εtime unit查关联存储的时间⏹Assume memory cycle time is 1 microsecond⏹Hit ratio命中率–percentage of times that a page numberis found in the associative registers; ration related tonumber of associative registers.⏹Hit ratio = α⏹Effective Access Time (EAT)EAT = (1 + ε) α+ (2 + ε)(1 –α)= 2 + ε–α内存保护Memory Protection内存保护⏹Memory protection implemented by associating protectionbit位with each frame.内存保护由每一页帧的相关保护位实现⏹Valid-invalid bit attached to each entry in the page table:页表每一项设立是否有效位☞“valid” indicates that the associated page is in the process’ logical address space, and is thus a legal page.☞“invalid” indicates that the page is not in the process’ logical address space.Valid (v) or Invalid (i) Bit In A Page TablePage Table Structure 超大页表结构Page Table Structure页表结构⏹Hierarchical Page Tables分级页表⏹Hashed Page Tables散列页表⏹Inverted Page Tables反向页表Hierarchical Page Tables分级页表⏹Break up the logical address space into multiple pagetables.⏹ A simple technique is a two-level page table.Two-Level Paging Example两级页表举例⏹ A logical address (on 32-bit machine with 4K page size) is divided into:☞ a page number consisting of 20 bits.☞ a page offset consisting of 12 bits.⏹Since the page table is paged, the page number is further divided into:☞ a 10-bit page number.☞ a 10-bit page offset.⏹Thus, a logical address is as follows:where p i is an index into the outer page table, and p 2is the displacement within the page of the outer page table.page numberpage offset p ip 2d 101012Two-Level Page-Table ExampleTwo-Level Page-Table SchemeAddress-Translation Scheme地址转换方案Address-translation scheme for a two-level 32-bit paging architectureHashed Page Tables散列页表⏹Common in address spaces > 32 bits.常用于在地址空间> 32 位时⏹The virtual page number is hashed into a page table. Thispage table contains a chain of elements hashing to the same location.虚拟页号被散列到一个页表⏹Virtual page numbers are compared in this chainsearching for a match. If a match is found, thecorresponding physical frame is extracted.在链表中搜索相应的虚拟页号,如果找到,即可确定其对应的物理页帧号Hashed Page TableInverted Page Table反向页表⏹One entry for each real page of memory.一物理页一表项⏹Entry consists of the virtual address of the page stored inthat real memory location, with information about theprocess that owns that page.表项内包含虚地址页号及其所属的进程信息⏹Decreases memory needed to store each page table, butincreases time needed to search the table when a page reference occurs.减少了存储空间,但增加了查找时间⏹Use hash table to limit the search to one —or at most afew —page-table entries.利用hash表减少查找次数Inverted Page Table ArchitectureShared Pages共享页⏹Shared code 共享代码☞One copy of read-only (reentrant) code shared among processes (i.e., text editors, compilers, windowsystems).多个进程共享同一份代码☞Shared code must appear in same location in the logical address space of all processes共享代码在所有进程中需要位于相同逻辑地址.⏹Private code and data 私有的代码和数据☞Each process keeps a separate copy of the code and data.每个进程保有一份独立的代码和数据☞The pages for the private code and data can appear anywhere in the logical address space.代码和数据页可出现进程虚拟地址空间的任何地方Shared Pages ExampleSegmentation分段Segmentation分段⏹Memory-management scheme that supports user view ofmemory用户角度的内存.⏹ A program is a collection of segments. A segment is alogical unit such as:main program,procedure,function,method,object,local variables, global variables,common block,stack,symbol table, arraysUser’s View of a Program 用户眼中的程序ELF。

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