操作系統(tǒng)原理存儲管理請求分頁系統(tǒng)課件

操作系統(tǒng)原理存儲管理請求分頁系統(tǒng)課件目錄contents操作系統(tǒng)原理概述存儲管理請求分頁系統(tǒng)請求分頁系統(tǒng)的實現(xiàn)請求分頁系統(tǒng)的性能分析01操作系統(tǒng)原理概述操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計算機硬件和應(yīng)用程序的執(zhí)行。操作系統(tǒng)提供了一系列基本功能，如進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理和設(shè)備管理，以支持應(yīng)用程序的運行和用戶使用計算機。操作系統(tǒng)的定義和功能功能定義桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、移動操作系統(tǒng)等。根據(jù)使用環(huán)境開源操作系統(tǒng)、閉源操作系統(tǒng)等。根據(jù)授權(quán)方式單用戶操作系統(tǒng)、多用戶操作系統(tǒng)等。根據(jù)架構(gòu)操作系統(tǒng)的分類設(shè)備驅(qū)動程序操作系統(tǒng)中用于控制和管理外部設(shè)備的軟件。文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)中用于存儲和管理數(shù)據(jù)和程序文件的機制。內(nèi)存管理操作系統(tǒng)對計算機內(nèi)存進(jìn)行管理的機制，包括內(nèi)存分配、回收和保護(hù)等。進(jìn)程操作系統(tǒng)中一個重要的概念，表示一個程序的執(zhí)行實例。線程進(jìn)程中的一個執(zhí)行單元，可以獨立于其他線程執(zhí)行。操作系統(tǒng)的基本概念02存儲管理存儲管理是操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理計算機系統(tǒng)中存儲器資源的功能模塊。概念提供對物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存的管理，包括內(nèi)存分配、回收、保護(hù)、擴(kuò)充等功能。功能存儲管理的概念和功能固定分區(qū)將內(nèi)存劃分為若干個固定大小的分區(qū)，每個進(jìn)程只能在其指定的分區(qū)中運行。動態(tài)分區(qū)根據(jù)進(jìn)程的實際需要，動態(tài)地分配和回收內(nèi)存分區(qū)的大小。虛擬內(nèi)存通過將內(nèi)存和外存結(jié)合使用，實現(xiàn)進(jìn)程的地址空間擴(kuò)展，提高內(nèi)存利用率。內(nèi)存管理方式內(nèi)存分配與回收內(nèi)存分配根據(jù)進(jìn)程的需求，為其分配所需的內(nèi)存空間。內(nèi)存回收當(dāng)進(jìn)程結(jié)束或釋放其占用的內(nèi)存空間時，將其回收以供其他進(jìn)程使用。內(nèi)存保護(hù)機制通過設(shè)置界限寄存器和相應(yīng)的硬件機制，確保每個進(jìn)程只能訪問其分配到的內(nèi)存空間，防止非法訪問。越界檢查在進(jìn)程訪問內(nèi)存時，系統(tǒng)會檢查其訪問地址是否越界，若越界則產(chǎn)生中斷或異常。內(nèi)存保護(hù)03請求分頁系統(tǒng)01一種內(nèi)存管理技術(shù)，用于實現(xiàn)虛擬內(nèi)存。當(dāng)程序運行時，它可以在有限的內(nèi)存中訪問到更大的程序空間。請求分頁系統(tǒng)02程序被劃分成固定大小的頁面，每個頁面稱為一個頁面幀。頁面03當(dāng)程序訪問的頁面不在內(nèi)存中時，產(chǎn)生缺頁中斷，請求系統(tǒng)將所需頁面調(diào)入內(nèi)存。缺頁中斷請求分頁系統(tǒng)的基本概念先進(jìn)先出（FIFO）最早進(jìn)入內(nèi)存的頁面最先被置換出去。最近最少使用（LRU）最長時間未被使用的頁面最先被置換出去。最不經(jīng)常使用（LFU）使用次數(shù)最少的頁面最先被置換出去。最優(yōu)置換算法（OPT）將來最長時間不會被訪問的頁面最先被置換出去。頁面置換算法預(yù)先為每個進(jìn)程分配一定數(shù)量的物理塊，進(jìn)程在整個運行期間保持不變。固定分配根據(jù)進(jìn)程的實際需要，動態(tài)地為其分配物理塊。當(dāng)進(jìn)程不再需要時，可以釋放其占用的物理塊。動態(tài)分配頁面分配策略04請求分頁系統(tǒng)的實現(xiàn)123負(fù)責(zé)地址轉(zhuǎn)換，將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。內(nèi)存管理單元（MMU）存儲虛擬地址和物理地址之間的映射關(guān)系。頁表當(dāng)訪問的頁面不在內(nèi)存中時，產(chǎn)生缺頁中斷，請求加載該頁面。缺頁中斷硬件支持先進(jìn)先出（FIFO）選擇最早加載的頁面進(jìn)行置換。最近最少使用（LRU）選擇最長時間未被使用的頁面進(jìn)行置換。最不經(jīng)常使用（LFU）選擇最不經(jīng)常使用的頁面進(jìn)行置換。最佳置換算法（OPT）選擇未來最長時間不會被訪問的頁面進(jìn)行置換。頁面置換算法的實現(xiàn)頁面分配策略的實現(xiàn)固定分配動態(tài)分配按需分配根據(jù)進(jìn)程的需求動態(tài)地為其分配物理頁面。只在進(jìn)程需要時才為其分配物理頁面。預(yù)先為每個進(jìn)程分配一定數(shù)量的物理頁面。05請求分頁系統(tǒng)的性能分析該算法將最早進(jìn)入內(nèi)存的頁面最先置換出去，適用于訪問局部性較差的情況。先進(jìn)先出算法（FIFO）該算法將最近最少使用的頁面置換出去，適用于訪問局部性較好的情況。最近最少使用算法（LRU）該算法將最不經(jīng)常使用的頁面置換出去，適用于訪問模式不明確的情況。最不經(jīng)常使用算法（LFU）該算法將未來最長時間不會被訪問的頁面置換出去，適用于完全了解程序執(zhí)行情況的情況。最佳置換算法（OPT）頁面置換算法的性能分析固定分配策略預(yù)先分配一定數(shù)量的物理頁面，適用于程序大小已知且不會動態(tài)增長的情況。動態(tài)分配策略根據(jù)需要動態(tài)地分配物理頁面，適用于程序大小未知或會動態(tài)增長的情況。請求頁面的分配策略當(dāng)請求頁面時，根據(jù)一定的算法決定是否分配物理頁面，常用的算法有FIFO和LRU。頁面分配策略的性能分析缺頁中斷率衡量頁面置換算法性能的重要指標(biāo)，缺頁中斷率越低，頁面