操作系统作业(虚拟存储器与磁盘缓存)
操作系统习题解答
《操作系统》习题解答习题11.术语解释裸机虚拟机操作系统程序接口命令接口非特权指令特权指令核心态用户态系统调用微内核批处理系统分时实时指令的执行周期中断中断源中断请求中断屏蔽中断禁止GPL POSIX 时间片答案：·未配置任何软件的计算机称为“裸机”。
·在裸机上安装一层软件，使机器的功能得以扩展，这时展现在用户面前的“机器”，就是所谓的虚拟机。
·操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机的一个大型系统软件。
·在用户编写的程序中，可使用系统调用命令获得操作系统提供的各种功能服务，这是操作系统在程序一级给予用户的支持，称其为程序接口。
·用户可使用操作系统提供的各种操作命令，通过键盘（或鼠标）控制和完成程序的运行，这是操作系统在作业控制一级给予用户的支持，称为命令接口。
·操作系统和用户程序都能使用的硬指令，称为非特权指令。
·只能由操作系统使用的硬指令，称为特权指令。
·所谓核心态，是指CPU处于可执行包括特权指令在内的一切机器指令的状态。
·所谓用户态，是指CPU处于只能执行非特权指令的状态。
·操作系统里预先编制了很多不同功能的子程序。
用户在自己的程序里调用这些子程序，以求得操作系统提供的功能服务。
就把这些功能服务子程序称为“系统功能调用”程序，简称“系统调用”。
·微内核即是把操作系统的内核分为基本功能和非基本功能两部分，在内核里只保留基本功能部分，在核心态下运行；非基本功能部分则从内核剥离下来，让它们以各种服务的形式，在用户态下运行。
这一的操作系统内核，称为微内核。
·若在某系统中，用户作业被分批处理，在处理一批的过程中不允许用户与计算机发生交互作用，即使作业在运行中出现错误，也只能等到整批作业处理完毕后在机下修改。
这样的系统，就是所谓的“批处理系统”。
操作系统--虚拟存储
操作系统--虚拟存储操作系统虚拟存储在当今的计算机世界中，操作系统扮演着至关重要的角色，它就像是一位幕后的大管家，默默地管理着计算机的各种资源，让我们能够高效、便捷地使用计算机完成各种任务。
而在操作系统众多的功能中，虚拟存储技术无疑是一颗璀璨的明珠，为计算机的性能提升和资源管理带来了巨大的变革。
那么，什么是虚拟存储呢？简单来说，虚拟存储就是一种将物理内存和外部存储（如硬盘）结合起来，为用户提供一个比实际物理内存更大的地址空间的技术。
在没有虚拟存储的情况下，计算机程序能够访问的内存空间大小是由物理内存的大小决定的。
但是，物理内存的容量是有限的，这就限制了计算机能够同时运行的程序数量和规模。
而虚拟存储技术的出现，打破了这个限制，让计算机能够“假装”拥有比实际更多的内存。
想象一下，你正在使用电脑同时运行多个程序，比如浏览器、办公软件、音乐播放器等等。
如果没有虚拟存储，当这些程序所需要的内存总和超过了物理内存的容量时，系统就会变得非常卡顿，甚至可能会崩溃。
但是有了虚拟存储，操作系统会将暂时不使用的程序数据和代码保存到硬盘上，当需要再次使用时再重新加载到内存中，从而为正在运行的程序腾出更多的内存空间。
虚拟存储技术主要通过分页和分段两种方式来实现。
分页是将内存空间和程序的地址空间都划分成固定大小的页，而分段则是根据程序的逻辑结构将其划分成不同的段。
无论是分页还是分段，它们的目的都是为了更好地管理内存，提高内存的利用率。
在分页系统中，当程序需要访问某个页面时，如果该页面不在内存中，就会触发缺页中断。
操作系统会将所需的页面从硬盘加载到内存中，并更新页表，让程序能够继续正常运行。
这个过程对于用户来说是完全透明的，用户感觉不到页面的换入换出，仿佛一直在使用一个巨大的连续内存空间。
分段系统则更侧重于根据程序的逻辑结构来划分内存。
比如，一个程序可以分为代码段、数据段、堆栈段等。
这样的划分方式更符合程序的实际需求，也便于对程序进行管理和保护。
操作系统-存储管理
操作系统-存储管理操作系统-存储管理一、引言存储管理是操作系统中重要的组成部分，它负责管理计算机系统中的存储器资源。
存储管理的任务包括内存分配、内存保护、内存回收等，通过有效的存储管理可以充分利用系统的存储资源，提高系统的运行效率和性能。
二、内存层次结构1、主存储器主存储器是计算机系统中最主要的存储器，它用于存放正在运行的程序和数据，是CPU直接访问的存储器。
主存储器一般被划分为若干个固定大小的块，每个块被称为一页，每一页可以存放一个进程的一部分或全部。
2、辅助存储器辅助存储器是主存储器的扩展，主要用于存储大容量的数据和程序。
辅助存储器包括硬盘、磁带等设备，其访问速度比主存储器慢，但容量较大。
三、内存管理1、内存分配方式a：静态分配静态分配是指在程序运行之前，就确定了程序在内存中的位置。
静态分配的优点是简单高效，但是会浪费存储资源。
b：动态分配动态分配是指程序在运行时，根据需要动态分配内存。
动态分配的优点是灵活高效，但是需要额外的内存管理开销。
2、内存管理算法a：首次适应算法首次适应算法是按照内存块的起始地质逐一查找，找到第一个大小大于等于要求的空闲的内存块进行分配。
b：最佳适应算法最佳适应算法是在所有满足要求的内存块中选择大小最小的内存块进行分配。
c：最差适应算法最差适应算法是在所有满足要求的内存块中选择大小最大的内存块进行分配。
3、内存保护内存保护是指通过访问权限控制，确保每个进程只能访问自己分配的内存空间，防止进程之间的干扰。
4、内存回收内存回收是指当进程不再使用某些内存空间时，将其释放给系统以便后续的内存分配。
内存回收可以通过标记清除算法、引用计数算法等方式实现。
四、虚拟内存管理1、虚拟内存机制虚拟内存是一种扩展的内存管理技术，它通过将部分程序或数据装入主存储器，并实现从辅助存储器到主存储器的动态迁移，提高了计算机系统的运行性能。
2、页面置换算法页面置换算法是指当主存储器已满时，需要置换出某些页面到辅助存储器中，以便为新的页面腾出空间。
操作系统作业--第一章
操作系统作业--第一章操作系统作业——第一章操作系统是计算机系统中不可或缺的一部分，它负责管理计算机的硬件和软件资源，提供用户与计算机之间的接口，使得计算机系统能够高效地工作。
本文将介绍操作系统的定义、功能以及其在计算机系统中的重要作用。
一、操作系统的定义操作系统是指控制和管理计算机硬件和软件资源的系统软件。
它与应用程序以及硬件之间充当着桥梁的作用，使得计算机硬件能够为用户程序提供必要的支持和服务。
二、操作系统的功能1.进程管理操作系统负责管理计算机系统中各个进程的创建、调度、暂停、恢复、终止等操作。
通过进程管理，操作系统能够合理利用计算机的资源，提高计算机的并发性和吞吐量。
2.内存管理操作系统管理计算机系统中的内存资源，包括内存的分配和回收、内存的保护和隔离，以及虚拟内存的管理等。
通过内存管理，操作系统能够有效地管理计算机系统的内存资源，提高内存的利用率。
3.文件管理操作系统对计算机系统中的文件进行组织、存储和管理。
它负责文件的创建、读取、写入、删除等操作，并确保文件的安全和完整性。
通过文件管理，操作系统方便了用户对文件的管理和使用。
4.设备管理操作系统管理计算机系统中的各种硬件设备，包括输入输出设备、存储设备、通信设备等。
它负责设备的分配、调度、控制和维护，确保用户程序能够与硬件设备正常进行交互。
三、操作系统在计算机系统中的作用1.资源管理操作系统负责管理计算机系统中的各种资源，包括处理器、内存、磁盘、网络等。
通过合理地分配和调度这些资源，操作系统能够提高计算机系统的利用率和性能。
2.提供接口操作系统为用户与计算机系统之间提供了接口，使得用户能够方便地使用计算机系统的功能。
它通过命令行、图形界面等方式向用户提供操作系统的各种服务。
3.保护系统安全操作系统通过访问控制、密码管理等方式来保护计算机系统的安全。
它能够限制用户对系统资源的访问权限，防止未经授权的操作对计算机系统造成损害。
4.提供错误处理操作系统能够处理各种错误和异常情况，包括硬件故障、软件错误等。
操作系统第5章虚拟存储器
(2) 有大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳 所有这些作业，只能将少数作业装入内存让它们先运行，而 将其它大量的作业留在外存上等待。
2
第五章 虚 拟 存 储 器
5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 1. 常规存储器管理方式的特征 我们把前一章中所介绍的各种存储器管理方式统称为传
当进程访问某物理块时，要将相应寄存器的Rn-1位置成 1。此时，定时信号将每隔一定时间(例如100 ms)将寄存器右 移一位。如果我们把n位寄存器的数看作是一个整数，那么， 具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用 的页面。
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第五章 虚 拟 存 储 器
实页
R 实 页R7
R6
R5
R4
R3
算机系统除了要求一定容量的内存和外存外，还需要有请求 页表机制、缺页中断机构以及地址变换机构。
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第五章 虚 拟 存 储 器
1. 请求页表机制 在请求分页系统中需要的主要数据结构是请求页表，其 基本作用仍然是将用户地址空间中的逻辑地址映射为内存空 间中的物理地址。为了满足页面换进换出的需要，在请求页 表中又增加了四个字段。这样，在请求分页系统中的每个页 表应含以下诸项：
页号
物理块号
状态位 P
访问字段 A
修改位 M
外存地址
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第五章 虚 拟 存 储 器
2. 缺页中断机构 (1) 在指令执行期间产生和处理中断信号。 (2) 一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。
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第五章 虚 拟 存 储 器
图5-1 涉及6次缺页中断的指令
计算机基础知识了解计算机操作系统的虚拟内存和文件缓存
计算机基础知识了解计算机操作系统的虚拟内存和文件缓存计算机基础知识：了解计算机操作系统的虚拟内存和文件缓存计算机操作系统是指控制和管理计算机硬件与软件资源的程序集合，其中涉及到许多重要的概念和技术。
在本文中，我们将重点介绍计算机操作系统中的两个关键概念：虚拟内存和文件缓存。
一、虚拟内存虚拟内存是计算机操作系统用于管理和分配内存空间的一种技术。
它将磁盘空间作为辅助内存使用，扩大了实际可用内存的容量。
虚拟内存的主要原理是将内存分割为固定大小的页面，同时将磁盘空间分割为相同大小的页面框。
当操作系统需要加载一个程序或数据时，它会将页面框装入内存，如果内存不足，操作系统会将一部分当前不需要的页面置换到磁盘上，腾出空间给需要的页面。
虚拟内存的优点之一是可以提高内存利用率。
由于虚拟内存将磁盘空间作为辅助内存，因此可以更好地管理内存资源。
此外，虚拟内存还可以降低程序的运行时间。
因为虚拟内存允许多个程序同时运行，而不需要事先为每个程序分配足够的物理内存。
虚拟内存的实现需要操作系统提供管理和分配内存空间的功能。
通过使用虚拟内存，计算机操作系统可以对运行的程序进行更好的管理和控制。
二、文件缓存文件缓存是计算机操作系统在读取和写入文件时使用的一种缓存技术。
它利用内存空间存储最近被访问的文件数据，以提高文件读取和写入的效率。
当操作系统需要读取一个文件时，它首先检查文件缓存中是否存在该文件的副本。
如果文件缓存中存在该文件的副本，操作系统可以直接从缓存中读取数据，而不需要再次访问磁盘。
文件缓存的好处之一是减少了对磁盘的访问次数，从而提高了文件访问的速度。
此外，文件缓存还可以减少对磁盘的磨损，延长磁盘的使用寿命。
文件缓存的实现需要操作系统提供管理和分配缓存空间的功能。
通过使用文件缓存，计算机操作系统可以更快地读取和写入文件数据，提高文件操作的效率。
总结：计算机操作系统的虚拟内存和文件缓存是两个重要的概念和技术。
虚拟内存扩大了实际可用内存的容量，提高了内存利用率和程序的运行效率；文件缓存减少了对磁盘的访问次数，提高了文件操作的速度和效率。
操作系统课程小论文之虚拟存储器
操作系统课程小论文之虚拟存储器这学期我们上了操作系统这门课，一个学期不到的时间让我了解了操作系统的基本工作原理。
这是一门承上启下的课程，通过这门课让我对以前学过的知识有了更好的理解与掌握，也为以后的课程做了一个良好的铺垫。
这门课讲的内容很多，但令我最深刻的要算虚拟存储技术了：虚拟存储器(Virtual Memory)：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能，能从逻辑上为用户提供一个比物理贮存容量大得多，可寻址的“主存储器”。
虚拟存储区的容量与物理主存大小无关，而受限于计算机的地址结构和可用磁盘容量。
虚拟内存的作用内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。
为了解决这个问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，当内存占用完时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。
举一个例子来说，如果电脑只有128MB物理内存的话，当读取一个容量为200MB的文件时，就必须要用到比较大的虚拟内存，文件被内存读取之后就会先储存到虚拟内存，等待内存把文件全部储存到虚拟内存之后，跟着就会把虚拟内存里储存的文件释放到原来的安装目录里了。
虚拟内存的设置对于虚拟内存主要设置两点，即内存大小和分页位置，内存大小就是设置虚拟内存最小为多少和最大为多少；而分页位置则是设置虚拟内存应使用那个分区中的硬盘空间。
对于内存大小的设置，如何得到最小值和最大值呢？你可以通过下面的方法获得：选择“开始→程序→附件→系统工具→系统监视器”（如果系统工具中没有，可以通过“添加/删除程序”中的Windows 安装程序进行安装）打开系统监视器，然后选择“编辑→添加项目”，在“类型”项中选择“内存管理程序”，在右侧的列表选择“交换文件大小”。
这样随着你的操作，会显示出交换文件值的波动情况，你可以把经常要使用到的程序打开，然后对它们进行使用，这时查看一下系统监视器中的表现值，由于用户每次使用电脑时的情况都不尽相同，因此，最好能够通过较长时间对交换文件进行监视来找出最符合您的交换文件的数值，这样才能保证系统性能稳定以及保持在最佳的状态。
计算机操作系统的内存管理与虚拟存储
计算机操作系统的内存管理与虚拟存储计算机操作系统是一种管理计算机硬件和软件资源的系统软件，它在计算机系统中扮演着至关重要的角色。
内存管理和虚拟存储是操作系统中的两个重要概念，对于提高计算机系统的性能和效率具有重要意义。
本文将深入探讨计算机操作系统的内存管理与虚拟存储。
一、内存管理计算机的内存是指用来存储程序和数据的地方。
在操作系统中，内存管理负责将内存划分成多个不同的区域，并为进程分配和释放内存。
内存管理的主要任务包括内存分配、地址转换和内存保护。
1. 内存分配内存分配是指为进程分配所需的内存空间。
常见的内存分配算法包括连续分配和非连续分配。
连续分配是将内存分成若干个连续的区域，每个区域都分配给一个进程使用。
而非连续分配是将进程的内存空间分散到多个不连续的物理内存块中。
2. 地址转换地址转换是指将逻辑地址转换为物理地址的过程。
在计算机系统中，每个进程都有自己的逻辑地址空间，逻辑地址是相对于进程的地址空间而言的。
物理内存则是真正存储数据的物理设备，每个进程被加载到物理内存中时，其逻辑地址需要转换为物理地址。
这种地址转换一般是通过页面表或段表来实现的。
3. 内存保护内存保护是指对内存的访问进行控制，避免进程越界访问或恶意修改其他进程的内存。
内存保护的主要手段是通过页表或段表中的访问权限位来控制对内存的访问权限。
二、虚拟存储虚拟存储是一种能够扩展实际物理内存的技术，它使得计算机系统能够运行比物理内存更大的程序。
虚拟存储的基本思想是将进程的部分数据和指令存储在物理内存中，将其他部分存储在磁盘或其他外部存储介质中。
虚拟存储的主要优势在于提高了计算机系统的性能和效率。
它能够将不常用的数据和指令从物理内存中置换出去，腾出更多的空间给正在运行的进程。
当进程需要访问被置换的数据或指令时，系统会将其从磁盘中调入物理内存。
这种置换和调入的过程是透明的，对于用户来说是无感知的。
虚拟存储的实现主要依靠操作系统中的页面置换算法和请求调页机制。
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操作系统作业操作系统——虚拟存储器与磁盘缓存1
1.问题描述
虚拟存储器技术牺牲了内存访问速度，换取了可用内存容量的增加；磁盘高速缓存以内存容量的牺牲换取了I/O性能的提升。
一个以时间换空间，一个以空间换时间，这两种看似矛盾的技术为什么可以并存？
2.解答
在操作系统中，各种存储器管理方式都有一个共同点，就是他们都要求将一个作业全部装入内存后方能运行，所以就会出现有的作业很大，其所要求的内存空间超过了内存总容量，作业不能全部装入内存，致使该作业无法运行或者出现有大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳所有这些作业，只能将少数的作业装入内存让他们先运行，而将其他大量的作业留在外存上等待，而这种情况的原因都是由于内存容量不够大，所以要增加内存容量，要是从物理上增加内存容量，成本太大。
而虚拟内存则是在逻辑上扩充了内存容量.
在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能，能从逻辑上为用户提供一个比物理贮存容量大得多，可寻址的“主存储器”。
虚拟存储区的容量与物理主存大小无关，而受限于计算机的地址结构和可用磁盘容量。
虚拟内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。
为了解决这个问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，当内存占用完时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。
这样,在有效缓解了内存紧张的同时,也控制了成本.
而在文件系统中，对文件的访问速度至关重要，为了提高对文件的访问速度，可以提高磁盘的I/O的速度，能够将文件中的数据快速地从磁盘传送到内存中，或者相反。
但是目前，磁盘的I/O的速度远低于内存的访问速度，所以采用磁盘高速缓存技术硬盘上集成了高速缓存的芯片（内存），来提高硬盘的运行速度。
磁盘高速缓存是指利用内存中的存储空间，来暂存从磁盘中读出的一系列盘
块中的信息。
因此，这里的高速缓存是一组在逻辑上属于磁盘，而物理上是驻留在内存中的盘块。
高速缓存在内存中可分成两种形式。
第一种是在内存中开辟一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓存，其大小是固定的，不会受应用程序多少的影响；第二种是把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，供请求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓存)共享。
此时高速缓存的大小，显然不再是固定的。
当磁盘I/O的频繁程度较高时，该缓冲池可能包含更多的内存空间；而在应用程序运行得较多时，该缓冲池可能只剩下较少的内存空间。
两个方式看似矛盾，但其实并不矛盾。
两种方式解决的是不同的问题。
虚拟存储技术解决的是内存容量问题，当内存不足时，通过硬盘空间对内存进行补充，缓解内存的紧张，使作业或者进程可以正常运行。
而磁盘高速缓存技术则是在需要的时候提高磁盘的I/O速度，从而提高对文件的访问速度。
两种方式解决的是不同的问题，在不同时刻，需要解决的问题是不同的，侧重点也是不同的。
因此，这两者是可以共存的。