"操作系统 存储管理PPT - 徐战亚教授讲解"
在操作系统中,存储管理扮演着至关重要的角色。它涉及到如何有效地利用内存资源,以支持多任务并发执行,同时确保系统的稳定性和效率。《操作系统设计与实现》第四章主要探讨了存储器管理这一主题,由主讲教师徐战亚教授进行讲解。
内存管理的目标主要有两个方面:一是充分提高内存利用率,以支持多道程序在内存中同时运行,从而提高系统吞吐量;二是为用户提供便利,使得每个应用程序都能获得独立的、连续的虚拟地址空间,即使这些程序实际上可能被分散地存储在物理内存的不同位置。
内存通常分为高速缓存(Cache)、随机访问存储器(RAM)和磁盘存储这三层。Cache用于存放频繁访问的数据,速度快但容量小;RAM则作为主要工作区域,速度较快但价格相对较高,数据易失;磁盘则作为大容量、低成本的长期存储,但访问速度慢。
操作系统中的Memory Manager负责协调这些不同层次的存储器,实现虚拟内存的概念,使得程序可以认为拥有一个比实际物理内存大得多的地址空间。虚拟内存通过页面调度算法,如最佳置换(OPT)、最近最久未使用(LRU)等,将部分程序和数据交换到磁盘的交换区,当需要时再换入内存,这样可以解决内存不足的问题。
存储管理还包括内存分配、内存保护和内存释放等功能。内存分配确保每个程序都能得到所需的内存空间,并且避免相互干扰;内存保护防止一个程序访问其他程序或操作系统区域,保证系统安全;内存释放则是在程序结束或不再需要某块内存时,将其归还给系统,以便重新分配。
此外,操作系统还使用内存分段和内存分页两种机制来组织和管理内存。分段允许每个程序按逻辑结构划分成多个段,每个段有自己的名字和长度,方便管理和共享。分页则是将内存划分为固定大小的页,便于硬件实现内存的管理和地址转换。
在用户看来,内存是一个连续的地址空间,但实际上,操作系统通过地址映射机制将虚拟地址转换为物理地址,实现了这种抽象。用户区的内存分配通常包括堆和栈两部分,堆用于动态分配内存,栈则用于函数调用时保存临时变量和返回地址。
操作系统存储管理是一个复杂而关键的任务,它涉及到多层面的技术,如虚拟内存、页面调度、内存保护、地址映射等,目的是在有限的物理内存资源下,为用户提供高效、安全、便捷的内存使用环境。