操作系统原理的第四章主要探讨了存储器管理的关键概念和技术。这一章节涵盖了以下几个关键知识点:
1. 存储管理的机制:存储管理是操作系统的重要组成部分,其目标包括提高内存利用率,模拟更大的内存空间(即“扩充”内存),以及确保信息的安全性。存储管理涉及主存的分配、回收和状态跟踪,当用户或系统程序需要时动态调整存储区域。
2. 分区管理:这是早期计算机系统常见的内存管理方式,通过将物理内存划分为多个逻辑区域来实现内存的独立分配和管理。
3. 分页和分段管理:这两种技术更高级,分页是将内存划分为固定大小的页,而分段则是将内存划分为可变长度的段。分页管理通常配合虚拟存储器使用,通过页表进行地址映射;分段管理则允许程序更灵活地组织数据。
4. 虚拟存储器:虚拟存储器是现代操作系统的核心特性,它允许多任务同时运行,通过将一部分数据和指令放在外存(如硬盘)上,提供比实际物理内存更大的地址空间。请求页式管理和请求段式管理是两种实现虚拟存储的主要方法。
5. 页面置换算法:在虚拟存储器中,当内存不足时,需要决定哪些页面应该被替换到外存,以腾出空间。常用的页面置换算法有最先进先出(FIFO)、最近最少使用(LRU)、最佳(Optimal)等。
6. 内存数据传输控制:数据在内存和外存之间传输的过程需要精确的控制,这涉及到用户程序和操作系统的交互,以及内存管理策略对数据交换(Swapping)的影响,如请求调入(Ondemand)和预调入(Onprefetch)。
7. 内存管理的内容:包括分配策略(确定如何划分和分配内存)、放置策略(决定进程的内存布局)、交换策略(何时和如何交换数据)、调入策略(何时加载数据到内存)以及回收策略(如何回收不再使用的内存)。
8. 内存信息共享与保护:确保进程间的数据安全是存储管理的关键。边界保护法和保护键法是两种有效的保护机制,通过设置不同的保护级别,限制不同进程对内存的访问权限。界限寄存器与CPU的工作模式结合,确保用户进程只能访问特定范围的内存,而核心态进程则拥有更广泛的访问权限。
9. 程序的装入和链接:程序在执行前需要被装入内存,绝对装入和可重定位装入是两种程序装入方式。绝对装入方式在编译时就确定了程序的最终地址,而可重定位装入方式允许链接过程在程序执行时动态调整地址。
总结来说,操作系统原理的第四章深入剖析了内存管理的各种复杂技术和方法,这些内容对于理解现代计算机系统的高效运作至关重要。通过学习这些概念,可以更好地设计和优化系统以满足多任务、高性能和安全的需求。