不能由CPU直接读取。
高速缓存
程序和数据可以直接
主存
被CPU访问
外存
程序和数据必须交换到 内存后才能被CPU访问
第三章 操作系统
17
2、存储管理功能 (内存分配、地址转换、存储保护和内存扩充)
1) 内存分配：解决如何合理分配内存空间保证以保 证各作业互不冲突，提高内存的利用率和运行效 率。
4) 内存扩充：当作业的地址空间大于分配到的存储空
间时需采取内存扩充技术。
常采用的内存扩充技术：覆盖、交换、虚拟存储
第三章 操作系统
21
3.2.2 实存储管理
当作业要求调入内存时，存储管理要提供 一个不小于作业地址空间的连续存储空间，当 空间不够时，常采用覆盖或交换技术扩充内存。
几种常用的实存储管理方法：
n
左邻居
右邻居
第三章 操作系统
P-1 P
P+n
30
空间回收例题
在空间分配例题中，当作业P4完成后，应 回收P4分区到空闲块链表中，见图a；当P5作业 完成后，回收使由于其左右邻居均为空闲块， 因此应进行合并，见图b所示。
第三章 操作系统
31
P1 P2 P3
P4
P5
P0
av
1901
3501
0 900
P1 P2 P3
1000 300 600
P4 P5 P0
900 700 1500
图a
第三章 操作系统
28
1
1 1000
P1 1
1001
1 300
P2 1
1301
1 600
P3 1
1901
1
1 900 P4
2801
1 700
P5 1
图b—占用块
av
3501
0 1500 P0
0
图c—空闲块
❖ 空间回收：当作业执行完毕后，系统将空间收回，插 入到空闲块链表中，但插入时还要判断左右相邻块是 否空闲，若是则合并成一个较大的空间,它可通过每一 块中头尾的控制信息区的tag标志来判断。设当前回收 块起始地址为p,大小为n,则应判断它左邻居p-1和右邻 居p+n的tag是否为0，若不为0则将当前回收块插入到 空闲块链表中。若出现有tag为0的相邻块，则应修改 原空闲块的大小，将本回收块和相邻块合并。
作系统需解决各活动之间的切换，控制各活动之间的影 响及同步操作等问题。
➢ 共享性：资源共享。相关问题是如何合理分配资源。
➢ 不确定性：与确定性相互依存，同一程序、相同的数据 要求运行结果是确定的。但系统对发生的不可预测的事 件的响应应该是不确定的，如程序运行中的错误处理及 各种外设的中断申请都应该是不确定的。
第三章 操作系统
8
3.1.2 操作系统的分类
三大类：多道批处理系统、分时系统、实时系统
1. 多道批处理操作系统
多道－－内存中可存放多道作业； 批处理－－用户与作业之间没有交互作用，用户不能直接控制作
业的运行。 作业－－用户要求计算机执行的工作。由作业步组成。
作业被调入系统，先存放在外存缓冲区中，形成 作业队列，系统按照一定的调度原则或根据作业的优 先程度从作业中调出一个或多个作业进入内存运行。
312kB 320kB 352kB 384kB 504kB 1024kB
内存 OS
8kB 32kB 32kB 120kB 520kB
内存状态表
返回
例：某系统使用固定分区分配管理，现有1k、9k、33k、121k 多道作业进入内存，画出占有空间情况，问浪费多大？
20k 28k 60k 124k 256k
可靠性要求比较高。
包 实时过程控制：用于工业生产的自动控制、导弹发射和飞机
括
飞行等控制实验过程控制。
实时信息处理：对信息作及时处理，用于机票预订、银行或
商店的数据处理等
三种操作系统经常组合起来使用， 形成通用操作系统。
第三章 操作系统
11
3.1.3 操作系统的功能和特性
1. 操作系统的功能(5个)
0 1500
P4 0
P0 0
P4 释放
图a
P1 P2 P3
x’ = x +
物理地址 逻辑地址
逻辑地址空间
D
下界地址 物理地址空间
x
上界
L
下界
D
D
x’
L 界地址寄存 器
动态重定位：在程序执行过程中进行，当CPU访问内 存指令时由动态变换机构自动进行地址转换。
3) 存储保护：
在静态重定位系统中，应满足D≤ x’ ＜L， 执行错误处理程序。
否则
对动态重定位系统的存储保护将结合有关的存储方 式来讨论
1. 分区分配 2. 可重定位分区分配 3. 覆盖技术 4. 交换技术
第三章 操作系统
22
1、分区分配: 适应于小型、微型机上的多道系统
思想：将内存划分为若干个分区，每个分区分配给一个作业， 用静态重定位方式进行地址转换，用硬件措施保证各作业互 不干扰。划分方式上有固定分区和可变分区两种。
1) 固定分区分配：存储器事先被划分为若干个大小不 等的分区，存储管理程序根据调入内存作业的最大 存储量，找出一个足够大的分区分配给它。
• 单道分时：内存中只留一道作业，开销大。
• 前台和后台分时：前台无作业时运行后台作业。
• 多道分时：内存放多道作业，轮流运行，不必调进 调出。
第三章 操作系统
10
3.1.2 操作系统的分类
3. 实时系统：
特点：要求对外部发生的随机事件作出及时响应，
并对它进行及时处理。适用于工业控制系
或事务处理系统。有较强的中断处理机构，
系统为每个分区设置一个目录，说明该分区的大小、 起始位置、分配状况等信息，所有分区目录构成一 个内存状态表。
特点：分区大小固定，状态表的结构可以是顺序表 也可以是链表；分区的分配和回收算法简单。
缺点：内存利用率低，有“碎片”，作业所需空间 和分区大小不一定恰好相等。
第三章 状态 1 8kB 312kB 已分配 2 32kB 320kB 已分配 3 32kB 352kB 未 用 4 120kB 384kB 未 用 5 520kB 504kB 已分配
计算机基础教学课件
第三章 操作系统
－－上海大学 通信与信息工程学院 安平
3.1 引论 3.2 存储管理 3.3 处理器管理 3.4 设备管理 3.5 文件管理 3.6 操作系统的用户接口
第三章 操作系统
2
3.1 引论
➢ 3.1.1 什么是操作系统 ➢ 3.1.2 操作系统的分类 ➢ 3.1.3 操作系统的功能和特性
第三章 操作系统
19
❖ 重定位：当用户程序调入内存时，需把相对地址转换为
绝对地址，同时要对程序中与地址相关的指令进行修改， 这一过程称为重定位。
静态重定位：通过CPU中一对界地址寄存器来实现。集中 一次进行地址转换，在执行过程中不再改变。
下界：作业在内存中的起始地址
上界：作业在内存中的终止地址
应用 软件
语言编译软件：C, Basic等
3.1.1 什么是操作系统？
计算机系统中硬件和各种软件构成层次关系，硬 件是核心(裸机)。
最终用户
应用软件 系统实用程序
操作系统 计算机硬件
程序员
操作系统设 计人员
操作系统的发展过程
手工操作阶段早期批处理阶段执行系 统阶段多道程序系统
1. 手工操作阶段：程序的读入、编译、装配和 执行都由操作人员人工控制。速度慢、效 率低。
适用于大型计算机系统，要求对资源的分配及作 业的调度有精心的设计，管理功能强。
3.1.2 操作系统的分类
2. 分时系统：多个用户分享同一台计算机，将CPU在 时间上分割成很小的时间段，称为时间片，系统将 CPU的时间片轮流分配给多个用户，每个用户通过 自己的终端直接控制程序的运行，进行人机交互。 由于时间片分割很小，使每个用户感觉自己独占计 算机一样。（多路性、交互性、独占性）
➢ 处理器管理：解决CPU的分配策略、实施方法， 以及资源的分配和回收等。(进程控制、进程 同步、进程调度、进程通信)
➢ 存储管理：解决多道程序在内存中的分配，当 进程被撤消时回收分配出去的内存，通过对内 外存联合管理来扩大存储空间。(内存分配、 内存保护、内存扩充)
➢ 设备管理：对设备进行分配、调度，为用户使 用I/O设备提供方便的命令和操作界面。
中断技术使系统能暂时中止正在运行的程序，转向 中断处理程序，而被终止的程序在一定条件下又能 重新恢复运行。
各种中断程序及负责输入输出的控制程序统称为执 行系统, 常驻内存。
第三章 操作系统
7
4. 多道程序系统
执行系统中，CPU一次只能执行一个作业。
多道程序是指在一台机器上同时运行若干道程 序。系统按照各个程序在各个时刻对资源的需 求进行时间分配。
➢ 虚拟性：物理上的实体－>逻辑上的对应物。
第三章 操作系统
14
3.2 存储管理
➢ 3.2.1 存储管理的功能及有关概念 ➢ 3.2.2 实存储管理 ➢ 3.2.3 虚拟存储管理
第三章 操作系统
15
3.2.1 存储管理的功能及有关概念
存储管理分为两大类： 实存储管理 虚拟存储管理。
第三章 操作系统
26
可变分区分配
占用块 空闲块
图 3.8 P1
P3 P4
P6
P8
L link tag size R link
图 3.9 控制信息区
tag
UP link
第三章 操作系统
27
空间分配例题
设某系统用户区大小为5000字节，地址为1 ～ 5000，初始状态如下图a所示，依次分配给5个作业 P1 ～ P5, 作业占用区大小分别为1000，300，600， 900，700。 P0 为余下的空闲块，各占用块和空闲块 情况如下页图b和c所示。