操作系统期末复习

绝地灬酷狼 2024-02-05 20:00 50阅读 0赞

### 内存管理 ###

计算机不可能将所有用户进程和系统所需要的全部程序和数据放入主存，因此操作系统必须对内存  
空间进行合理的划分和有效的动态分配。内存管理的概念就是操作系统对内存的划分和动态分配。  
内存管理功能：  
内存空间的分配与回收：由操作系统完成主存储器空间的分配和管理，是程序员摆脱存储分配  
的麻烦，提高编程效率。  
地址转换：将逻辑地址转换成相应的物理地址。  
内存空间的扩充：利用虚拟存储技术或自动覆盖技术，从逻辑上扩充主存。  
存储保护：保证各道作业在各自的存储空间内运行，互不干扰。  
创建进程首先要将程序和数据装入内存。将用户源程序变为可在内存中执行的程序，通常需要以下  
几个步骤：

1.  编译：由编译程序将用户源代码编译成若干目标模块（把高级语言翻译成机器语言）
2.  链接：由链接程序将编译后形成的一组目标模块及所需的库函数连接在一起，形成一个完整的  
    装入模块（由目标模块生成装入模块，链接后形成完整的逻辑地址）
3.  装入：由装入程序将装入模块装入内存运行，装入后形成物理地址  
    程序的链接有以下三种方式：
4.  静态链接：在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数连接成一个完整的可执行文  
    件（装入模块），之后不再拆开。
5.  装入时动态链接：将各目标模块装入内存时，边装入边链接的链接方式。
6.  运行时动态链接：在程序执行中需要该目标模块时，才对它进行链接。其优点是便于修改和更  
    新，便于实现对目标模块的共享。  
    内存的装入模块在装入内存时，有以下三种方式：  
    ![在这里插入图片描述][4ed899eabe2b455787f959e886bf59dd.png]

重定位：根据内存的当前情况，将装入模块装入内存的适当位置，装入时对目标程序中的指令和数  
据的修改过程称为重定位。  
静态重定位：地址的变换通常是在装入时一次完成的。一个作业装入内存时，必须给它分配要求的全部内存空间，若没有足够的内存，则不能装入该作业。此外，作业一旦装入内存，整个运行期间就不能在内存中移动，也不能再申请内存空间。  
动态重定位：需要重定位寄存器的支持。可以将程序分配到不连续的存储区中；在程序运行之前可以只装入它的部分代码即可投入运行，然后在程序运行期间，根据需要动态申请分配内  
存。  
内存分配前，需要保护操作系统不受用户进程的影响，同时保护用户进程不受其他用户进程的影  
响。内存保护可采取如下两种方法：

1.  在CPU中设置一对上、下限寄存器，存放用户作业在主存中的上限和下限地址，每当CPU要访  
    问一个地址时，分别和两个寄存器的值相比，判断有无越界。
2.  采用重定位寄存器（或基址寄存器）和界地址寄存器（又称限长存储器）来实现这种保护。重  
    定位寄存器包含最小的物理地址值，界地址寄存器含逻辑地址的最大值。每个逻辑地址值必须  
    小于界地址寄存器；内存管理机构动态得将逻辑地址与界地址寄存器进行比较，若未发生地址  
    越界，则加上重定位寄存器的值后映射成物理地址，再送交内存单元。

### 覆盖与交换 ###

覆盖与交换技术是在多道程序环境下用来扩充内存的两种方法，目的是减少程序占用的主存空间来  
扩充内存。  
覆盖是在同一个程序或进程中的，交换是在不同进程之间的。  
覆盖技术的基本思想：将程序分为多个段，常用的段常驻内存，不常用的段在需要时调入内存。  
特点 ：打破了必须将一个进程的全部信息装入主存后才能运行的限制，解决了程序大小超过物理  
内存总和的问题。但对用户不透明，增加了编程的负担  
交换技术的基本思想：内存空间紧张时，系统将内存中的某些进程暂时换出外存，把外存中某些已  
具备运行条件的进程换入内存。  
交换的时机选择的策略：

1.  进程不用或很少再用的就换出
2.  内存空间不够或者有不够的危险时，启动交换程序换出

### 连续分配管理方式 ###

连续分配方式是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间。主要包括单一连续分配、固定分区分  
配和动态分区分配。  
内部碎片 ：分配给某进程的内存区域中，有些部分没用上  
外部碎片 ：是指内存中的某些空闲分区由于太小而难以利用  
在单一连续分配方式中，内存被分为系统区和用户区。系统区通常位于内存的低地址部分，用于存  
放操作系统相关数据;用户区用于存放用户进程相关数据。  
内存中只能有一道用户程序，用户程序独占整个用户区空间。  
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优点 ：实现简单;无外部碎片；可以采用覆盖技术扩充内存；不一定需要采取内存保护 。  
缺点 ：只能用于单用户、单任务的操作系统中；有内部碎片；存储器利用率极低。

### 固定分区分配 ###

固定分区分配是最简单的一种多道程序存储管理方式，它将用户内存空间划分为若干固定大小的分  
区，每个分区只装入一道作业，当有空闲分区时，便可再从外存的后备队列中选择适当大小的作业  
装入该分区。  
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分区大小相等：适用于利用一台计算机去控制多个相同对象的场合，缺乏灵活性。程序太小则  
浪费内存，程序太大的分区装不下。  
分区大小不等：划分多个较小的分区、适量的中等分区和少量的大分区，增加了灵活性。  
动态分区分配不预先分配内存，而是在进程装入内存时，根据进程的大小动态地建立分区，并使分  
区的大小正好适合进程的需要。系统中分区的大小和数目是可变的。  
动态分区分配会产生外部碎片，克服外部碎片可以采用紧凑技术来解决，即操作系统不时地对进程  
进行移动和整理。但这需要重定位寄存器的支持，且相对费时。  
![在这里插入图片描述][8b8f6810799249c1a5d8fbc203b3248f.png]  
动态分区分配的策略有以下几种算法：

1.  首次适应算法 ：按地址从小到大为序，分配第一个符合条件的分区。
2.  最佳适应算法 ：按空间从小到大为序，分配第一个符合条件的分区。
3.  最坏适应算法 ：按空间从大到小为序，分配第一个符合条件的分区。
4.  邻近适应算法 ：与首次适应相似，从上次查完的结束位置开始查找。  
    其中，首次适应算法不仅是最简单的，而且通常也是最好和最快的，但是会使得内存的低地址部分  
    出现很多小的空闲分区，每次分配查找时，都要经过这些分区，因此增加了查找的开销。邻近适应  
    算法试图解决这个问题，但实际上，它常常导致在内存的末尾分配空间分裂成小碎片，通常比首次  
    适应算法的效果要差。  
    最佳适应算法会产生最多的外部碎片。  
    最坏适应算法会很快导致没有可用的大内存块。  
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