实验之操作系统之存储管理

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实验之操作系统之存储管理

*操作系统的存储管理的主要内容是什么？

存储管理主要是对什么的管理

操作系统课程设计 （包括进程管理、进程的同步和互斥、存储管理）

一、实验之操作系统之存储管理

一、实验目的

连续内存分配方式会形成许多“碎片”，虽然可以通过“紧凑”方法将许多碎片拼接成可用的大块空间，但须为之付出很大开销。如果允许将一个进程直接分散地装入到许多不相邻接的分区中，则无需再进行“紧凑”。基于这一思想而产生了离散分配方式。如果离散分配的基本单位是页，则称为分页存储管理方式；如果离散分配的基本单位是段，则称为分段存储管理方式。

在分页存储管理方式中，如果不具备页面兑换功能，则称为基本的分页存储管理方式，或称为纯分页存储管理方式，它不具备支持虚拟存储器的功能，它要求把每个作业全部装入内存后方能运行。

本实验通过程序模拟操作系统的基本分页存储管理方式，进一步理解这一内存分配方式的原理和特点，加深对理论知识的掌握。

二、实验要求

1、用C语言或Java语言编写程序模拟操作系统对内存的基本分页存储管理方式

2、程序要能正确对“内存”进行“分配”和“回收”，能接受用户的输入，显示内存的分配情况，并有一定的容错能力。

3、每个人独立按时完成实验内容。

三、实验内容

本实验假定内存空间已经按块划分，目标程序无需关心内存块大小等底层细节，只需按算法对内存块进行分配即可。程序应该实现以下功能：

1、内存初始化。假定内存块共有N个，初始化后的内存空间应该有一部分已经被使用，这可以用随机数或程序内部的其他算法完成。

2、程序应该能接受用户输入的进程信息，并为之分配内存，返回分配结果（成功或失败），注意，此处应该考虑到不合法的输入并进行相应处理。

3、程序能回收用户指定的进程所占用的内存空间，因此，程序可能需要为每个进程分配一个唯一的进程号并给出详细的提示信息。

4、能直观合理地显示内存分配情况。

5、程序界面友好，便于操作和查看运行结果。

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四.实验代码

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<time.h>struct memory{    int memory_number;    char proname; };struct memory memory_table[20]={0};struct page{       char proname;//进程名称    int prosize;//进程大小      int pagetable[10];//进程页表};//页表struct page page_table[10]={0};int allocate(int memorysize,int i,int pagesize);//为进程分配内存空间int reclaim(int memorysize,char proname);//释放进程占用的空间void output();int main(){    int pagesize;//分页大小    int memorysize=80;//内存大小    char proname;    int choice;//操作选择    int i;      printf("Please enter the page size：");    scanf("%d",&pagesize);    //初始化    for(i=0;i<20;i++)    {        memory_table[i].memory_number=i;        memory_table[i].proname='0';    }    for(i=0;i<10;i++)    {        page_table[i].proname='0';          }    srand((unsigned)time(NULL));    for(i=0;i<7;i++)    {              int number=rand()%19+1;        memory_table[number].proname='a';        memorysize--;    }    output();    //进入存储分配    while(memorysize!=0)    {        printf("Selecting Operation1.Allocate  2.Reclaim");        scanf("%d",&choice);        if(choice==1)        {            for( i=0;i<10;i++)            {                if(page_table[i].proname=='0')                {                    getchar();                    printf("Please enter process name：");                    scanf("%c",&page_table[i].proname);                    getchar();                    printf("Please enter process size：");                    scanf("%d",&page_table[i].prosize);                    break;                }            }            memorysize=allocate(memorysize,i,pagesize);        }else        {            printf("Please enter process name：");            getchar();            scanf("%c",&proname);            memorysize=reclaim(memorysize,proname);        }              output();    }        return 0;}int  allocate(int memorysize,int i,int pagesize){    int k;    int j;    for(k=0;k<(page_table[i].prosize/pagesize);k++)    {        for( j=0;j<20;j++)        {            if(memory_table[j].proname=='0')            {                memory_table[j].proname=page_table[i].proname;                page_table[i].pagetable[k]=j;                memorysize--;                break;                          }        }          }    return memorysize;}int reclaim(int memorysize,char proname){    int j;    int k;    for( j=0;j<20;j++)    {        if(memory_table[j].proname==proname)        {            memory_table[j].proname='0';                      memorysize++;                            }    }    for (j=0;j<10;j++)    {        if(page_table[j].proname==proname)        {            page_table[j].proname='0';            page_table[j].prosize=0;            for(k=0;k<10;k++)            {                page_table[j].pagetable[k]=0;            }                      break;                  }    }    return memorysize;}void output(){    int i;    printf("————————memory allocation——————————");    printf("Physical Block No.   Process Name");    for(i=0;i<20;i++)    {              printf("%d                          %c",memory_table[i].memory_number , memory_table[i].proname);    }}

五.运行结果

六.实验总结

通过这次的实验更好地加深了我对基本分页存储的理解。同时也提高了编码能力。

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一、*操作系统的存储管理的主要内容是什么？

这是我收集的你看全吗问题一：⑴ 存储管理的实质是什么？(对内存的管理，主要对内存中用户区进行管理)⑵ 多道程序中，为方便用户和充分利用内存以提高内存利用率，内存管理的任务是什么？(内存空间的分配和回收、内存空间的共享、存储保护、地址映射、内存扩充)。⑶ 如何实现存储保护？
　　答：在多道程序系统中，内存中既有操作系统，又有许多用户程序。为使系统正常运行，避免内存中各程序相互干扰，必须对内存中的程序和数据进行保护。
1、防止地址越界
对进程所产生的地址必须加以检查，发生越界时产生中断，由操作系统进行相应处理。
2、防止操作越权
对属于自己区域的信息，可读可写；
对公共区域中允许共享的信息或获得授权可使用的信息，可读而不可修改；
对未获授权使用的信息，不可读、不可写。
存储保护一般以硬件保护机制为主，软件为辅，因为完全用软件实现系统开销太大，速度成倍降低。当发生越界或非法操作时，硬件产生中断，进入操作系统处理(4) 物理存储器分几类？(内存、外存、缓存)⑸ 虚存储器的含义是什么？(两层含义)
　　答：虚存储器有两层含义，一是指用户程序的逻辑地址构成的地址空间；二是指当内存容量不满足用户要求时，采用一种将内存空间与外存空间有机地结合在一起，利用内外存自动调度的方法构成一个大的存储器，从而给用户程序提供更大的访问空间。⑹ 什么叫物理地址？什么叫逻辑地址？什么叫地址映射？地址映射分哪几类？(静态、动态)
　　答：物理地址是内存中各存储单元的编号，即存储单元的真实地址，它是可识别、可寻址并实际存在的。
　　用户程序经过编译或汇编形成的目标代码，通常采用相对地址形式，其首地址为零，其余指令中的地址都是相对首地址而定。这个相对地址就称为逻辑地址或虚拟地址。逻辑地址不是内存中的物理地址，不能根据逻辑地址到内存中存取信息。
　　为了保证CPU执行程序指令时能正确访问存储单元，需要将用户程序中的逻辑地址转运行时可由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址映射或地址重定位。
　　地址映射可分为两类：
　　1、静态地址映射　　2、动态地址映射问题二：⑴ 怎样对内存进行分区？(静态、动态；等长、不等长)
　　答：对内存空间的划分是可以静态的，也可以动态的；可以是等长的，也可以不等长。
　　静态划分是指系统运行之前就将内存空间划分成若干区域，通常，分配给进程的内存可能比进程实际所需的区域长。
　　动态划分是在系统运行过程中才划分内存空间。这样，系统可按进程所需要的存储空间大小为其分配恰好满足要求的一个或多个区域。
　　等长分区是将存储空间划分为若干个长度相同的区域。
　　不等长分区则是将存储空间划分若干个长度不同的区域。⑵ 根据分区情况，从如何实现进程的内存分配？
　　答：1、静态等长分区的分配
　　2、动态异长分区的分配⑶ 什么叫碎片？(零散的小空闲区) 怎样解决碎片问题？(紧凑技术)
　　答：所谓碎片是指内存中出现的一些零散的小空闲区域。
　　解决碎片的方法是移动所有占用区域，使所有的空闲区合并成一片连续区域。这一过程称为紧凑，这一技术就是紧凑技术。。问题三：⑴ 存储管理方案有哪些？(分区管理、页式管理、段式管理、段页式管理、虚拟存储管理)⑵ 分区管理的基本思想是什么？主要缺点是什么？
　　基本思想：将内存划分成若干连续的区域，称为分区，每个分区装入一个运行作业。
　　主要缺点：不能充分利用内存，也不能实现对内存的扩充。⑶ 什么是固定分区？什么是可变分区？各有什么优缺点？
　　答：固定分区：系统将内存划分为若干固定的分区，当作业申请内存时，系统为其选择一个适当的分区，并装入内存运行。由于分区大小是事先固定的，因而可容纳作业的大小受到限制，而且当用户作业的地址空间小于分区的存储空间时，浪费了一些存储空间。
　　可变分区：是指在作业装入内存时建立分区，使分区的大小正好与作业要求的存储空间相等。引入可变分区方法，使内存分配有较大的灵活性，也提高了内存利用率。但是可变分区会引起碎片的产生。⑷ 分区管理可以采用的内存分配策略是什么？
　　首先适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。⑸ 为实现地址映射和存储保护，系统为用户程序提供了哪些寄存器？
　　基址寄存器、限长寄存器；上界寄存器、下界寄存器。问题四：⑴ 试述页式存储管理的基本原理
　　① 内存划分。
　　② 逻辑地址空间划分。
　　③ 页面大小。
　　④ 内存分配。⑵ 试述页式存储管理的实现方法
　　① 建立页表。② 建立空闲页面表。
　　③ 硬件支持。④ 地址映射过程。⑶ 为了提高存取速度，可以使用快表技术。试述这一技术是如何实现的？
　　答：快表技术是在地址映射机构中增加一个小容量的联想寄存器（相联存储器），它由高速寄存器组成，成为一张快表，快表用来存放当前访问最频繁的少数活动页的页号。
　　在快表中，除了逻辑页号、物理页号对应外，还增加了几位。特征位表示该行是否为空，用0表示空，用1表示有内容；访问位表示该页是否被访问过，用0表示未访问，1表示已访问，这是为了淘汰那些用得很少甚至不用的页面而设置的。
　　快表只存放当前进程最活跃的少数几页，随着进程的推进，快表内容动态更新。当用户程序需要存取数据时，根据该数据所在逻辑页号在快表中找出对应的物理页号，然后拼接页内地址，以形成物理地址；如果在快表中没有相应的逻辑页号，则地址映射仍然通过内存中的页表进行，得到物理页号后须将该物理页号填到快表的空闲单元中。有无空闲单元，则根据淘汰算法淘汰某一行，再填入新得到的页号。实际上查找快表和查找内存页表是并行进行的，一旦发现快表中有与所查页号一致的逻辑页号就停止查找内存页表。问题五：⑴ 试述段页式存储管理的基本思想
　　答：段页式存储管理的基本思想是：
　　1、用页式方法来分配和管理内存空间，即把内存划分成若干大小相等的页面；
　　2、用段式方法对用户程序按照其内在的逻辑关系划分成若干段；
　　3、再按照划分内存页面的大小，把每一段划分成若干大小相等的页面；
　　4、用户程序的逻辑地址由三部分组成，形式如下：
　　段号页号页内地址
　　5、内存是以页为基本单位分配给每个用户程序的，在逻辑上相邻的页面内存不一定相邻。⑵ 如何实现段页式存储管理
　　答：1、建立段表2、建立页表3、建立内存空闲页面表4、硬件支持5、地址映射过程问题六：⑴ 虚拟存储技术的基本思想
答：虚拟存储技术的基本思想是利用大容量的外存来扩充内存，产生一个比有限的实际内存空间大得多的、逻辑的虚拟内存空间，以便能够有效地支持多道程序系统的实现和大型作业运行的需要，从而增强系统的处理能力。⑵ 虚拟存储技术的理论基础(局部性原理)
答：程序局部性原理：虚拟存储管理的效率与程序局部性程序有很大关系。根据统计，进程运行时，在一段时间内，其程序的执行往往呈现出高度的局限性，包括时间局部性和空间局部性。
1、时间局部性：是指若一条指令被执行，则在不久，它可能再被执行。
2、空间局部性：是指一旦一个存储单元被访问，那它附近的单元也将很快被访问。⑶ 虚拟存储管理的基本原理
　　答：虚拟存储的基本原理是：当进程要求运行时，不是将它的全部信息装入内存，而将将其一部分先装入内存，另一部分暂时留在外存。进程在运行过程中，要使用的信息不在内存时，发生中断，由操作系统将它们调入内存，以保证进程的正常运行。⑷ 虚拟存储管理的分类
　　答：虚拟存储管理分为：虚拟页式、虚拟段式和虚拟段页式。⑸ 以虚拟页式存储管理为例介绍虚拟存储管理的实现过程
　　答：虚拟页式存储管理的基本思想是，在进程开始执行之前，不是装全部页面，而是只装一个（甚至0个）页面，然后根据进程执行的需要，动态地装入其它页面。
1、页表 2、缺页中断处理3、页面淘汰⑹ 在虚存中，页面在内存与外存中频繁地调试，系统效率急剧下降，称为颠簸。试说明产生颠簸的原因。通过什么方式可以防止颠簸的发生？
　　答：颠簸是由缺页率高而引起的。
　　系统规定缺页率的上界和下界。当运行进程缺页率高于上界时，表明所分给它的物理页面数过少，应当增加；反之，当运行进行缺页率低于下界时，表明所分给它的物理页面数过多，可以减少。这样，根据缺页率反馈可动态调整物理页面的分配，以防止颠簸的发生。

二、存储管理主要是对什么的管理

技术文章 >运维 >windows运维
操作系统的存储管理功能实际上是管理什么？
藏色散人藏色散人2019-12-07 14:13:50原创

操作系统的存储管理功能实际上是管理什么？

操作系统的存储管理功能实际上是管理内存资源.

操作系统的五大管理功能:

（1）作业管理：包括任务、界面管理、人机交互、图形界面、语音控制和虚拟现实等；

（2）文件管理：又称为信息管理；

（3）存储管理：实质是对存储“空间”的管理，主要指对主存的管理；

（4）设备管理：实质是对硬件设备的管理，其中包括对输入输出设备的分配、启动、完成和回收；

（5）进程管理：实质上是对处理机执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务。

五大类型操作系统各自的特点分别是：

（1） 批处理操作系统的特点有：a. 用户脱机使用计算机。用户提交作业之后直到获得结果之前就不再和计算机打交道。作业提交的方式可以是直接交给计算中心的管理操作员，也可以是通过远程通讯线路提交。提交的作业由系统外存收容成为后备作业。

b.成批处理。操作员把用户提交的作业分批进行处理。每批中的作业将由操作系统或监督程序负责作业间自动调度执行。

c.多道程序运行。按多道程序设计的调度原则，从一批后备作业中选取多道作业调入内存并组织它们运行，成为多道批处理。

（2） 分时操作系统的特点有：a. 交互性：首先， 用户可以在程序动态运行情况下对其加以控制。其次，用户上机提交作业方便。第三，分时系统还为用户之间进行合作提供方便。

b. 多用户同时性：多个用户同时在自己的终端上上机，共享CPU和其他资源，充分发挥系统的效率。

c.独立性：客观效果上用户彼此间感觉不到有别人也在使用该台计算机，如同自己独占计算机一样。

（3） 实时操作系统的特点有：a. 实时时钟管理(定时处理和延时处理)。

b. 连续的人-机对话，这对实时控制往往是必须的。

c.要求采取过载保护措施。例如对于短期过载，把输入任务按一定的策略在缓冲区排队，等待调度; 对于持续性过载，可能要拒绝某些任务的输入; 在实时控制系统中，则及时处理某些任务，放弃某些任务或降低对某些任务的服务频率。

d.高度可靠性和安全性需采取冗余措施。双机系统前后台工作，包括必要的保密措施等。

（4） 网络操作系统的特点有：a. 计算机网络是一个互连的计算机系

三、操作系统课程设计 （包括进程管理、进程的同步和互斥、存储管理）

- 课程设计的计算机操作系统程序
课程概述

计算机操作系统是中央广播电视大学计算机科学与技术专业（本科），系统设置必修课程。教学总时数72.4学分，开设一学期。前课程，计算机组成原理，面向对象编程和数据结构。

计算机操作系统课程是计算机专业的课程，通过学习，使学生掌握电脑作业系统的设计和组成的基本原则之一;计算机操作系统的基本概念和新的概念，术语和术语;了解计算机的发展，操作系统的功能和设计技巧和方法，基本操作使用最常用的计算机操作系统（DOS，Windows，UNIX或Linux）的。

？课程内容

主要内容包括：概述电脑的操作系统，作业管理，文件管理，存储管理，输入输出设备管理，工艺和管理处理器，操作系统结构和编程。

二，系统的教学内容和教学要求

章概述操作系统的中

教学内容：

操作系统的定义和发展形成的操作系统和五个主要类型，操作系统五大功能特性的操作系统的性能，配置的操作系统，“生成”的概念

教学要求：

主：什么是操作系统;知道五类和五功能的操作系统;

至少掌握：掌握操作系统的安装，使用和维护的实际怀抱;

理解：如何理解一个初步的了解，熟悉和解剖学的人机交互界面的操作系统

任务的作业管理

教学内容如下：

的特点，人机界面的发展;操作系统的shell语言的第一，第二和第三代接口的发展特点，基本键盘命令和系统调用任务调度算法; 教学要求：

主的人机界面设计

大师：掌握基本的作业系统人机界面的设计思路;

理解：传统的接口界面

章文件管理的

教学内容：

文件管理任务和功能的操作系统文件的结构和分类的物理结构和逻辑结构的文件，文件目录结构，文件访问控制和安全机制，文件系统模型结构;

教学要求：

水平：基本的文件访问控制和系统管理;
>掌握的文件系统目录分类管理功能;

理解：文件系统的程序设计

的章内部存储管理

教学内容：

内存分区，分页，子段的管理理念;物理地址和逻辑地址内存“扩展”技术;存储管理，支柱存储管理的内存分配算法的

教学的要求：

掌握基本配置：内存管理和调度方法;

主：主不同的分区存储管理，分页和分段方法;

有关：有效利用的内存空间

第五章输入和输出设备管理器的教学内容：

的输入和输出设备的功能分类;独占的，共享的，虚拟装置的管理功能;输入和输出设备的处理程序;管理策略的输入和输出设备;

教学要求：

法师：法师的输入和输出设备的管理特性;

法师：法师分类设计方法的输入和输出设备;

明白了：

编程元素的输入和输出设备处理程序第

教学内容的低级别的处理器管理：

操作系统的核心功能，“过程”的概念，过程的并发和并行的基本状态的转换的过程;进程调度算法进程同步和互斥过程PV操作，“锁”的概念;

教学要求：

大师：在操作系统内核运行的基本概念“过程“;

掌握的基本转换过程中的状态和特征;

理解：操作系统

教学内容，进程调度算法的编程方案的结构

BR />第七章：

操作分层的模块化的系统结构设计和操作系统的测试;的

教学的要求：

本章教学基本要求：了解基本的设计思路和方法现代计算机操作系统

三，教学媒体

本课程使用的教学媒体：文字材料，视频材料，网络教学和辅导。

1。文字材料

计算机操作系统（2）武企业万元清华大学出版社

注：本课程实验的主要教材。

文字教材过程中的主要传播媒介。准备的文字材料，同时保持先进性，科学的学科体系，这两种作业系统的理论，技术，实现了一体化的三个强调的能力。

2。视频教材

该课程16节和视频，每讲50分钟，讲授的课程集中困难，科目汇总。为了帮助学生理解操作系统的整体概念和思想，伍启元教授扬声器。

当然，视频与相应的文字材料，注重艺术表达播放视频教材，教学形象化。

3。

在线教学网上教学和指导，咨询与上述有机介质方面的作用：（1）释放的教学和指导性文件，课程公告，咨询，参考材料;（2）根据工程进度教学，心理咨询聊天室发表的一篇文章“自我测试题（3）实时Q＆A，一天到一天的课程论坛Q;（4）开展网上教师培训与教学研讨会。

文字材料的基础上，对学生的学习，视频教科书的补充文字材料，在线咨询是一个方便的教学和学习方式的互动。总之，分工和各种媒体，让学生有更大的自主学习空间，以方便学生自由选择，自主学习，提高学生的自我学习能力。

教学安排建议

当然主要教科书和课程实验教学安排建议

教学点，请根据中央电大统一安排课程，面对面辅导的要求，如表1所示。

表1的主要教科书和课程实验教学安排建议

每周教学内容小时的实验内容推荐小时

操作系统的教学安排概述

2操作系统定义了五种类型， 5 4

三人人机界面管理Linux的实践准备1

四个工作管理任务调度4

五个文件管理的任务和功能的Linux操作系统命令的逻辑结构和物理结构4

7个存储管理任务和功能2命令解释器4

九编制2

八分分配存储管理段4

分配的存储管理作业调度模拟编程的六个文件10设备管理的任务和职能

11种设备，技术和管理存储分配管理设计4

过程的定义和特征4 13进程调度和通信进程调度模拟编程 p> 15操作系统级模块结构僵局的产生和处理14 26 4

（总复习）4

共56条16

课程视频内容，示于表2。

章教学内容表2视频教材课程小时的视频时间分配

操作系统提供了一个概述8小时4

运营管理8小时2

文件管理2

8小时的存储管理8小时

5个设备管理器

6过程管理8小时10小时4

7操作系统的系统程序结构6小时0

56小时16

2在线咨询在线咨询内容

包括教学文件，课程辅导，网络教室。充分利用网络资源，和偶尔的在线课程相关的辅导材料，定期，根据教学在线辅导和考试Q＆A活动，适当安排的需要。具体安排如下：

？

包括课程介绍，教师，教学大纲，教学设计，教学档案。

？课程辅导

包括课程学习和答案，专题辅导，习题和答案，自我测试，评估说明，网上还提供了教师讲课教案教学点的教学使用。

？网络课堂

包括直播课堂和IP课件。

基于网络的教学活动：中央广播电视大学一般集中在每学期安排的实时在线辅导学生，教师的教学和研究活动。具体的时间表，每学期上发布的TVU的网上家园。

？论坛：每天的日常应答的过程中。

课程的课堂直播第一学期，通过教育电视台播出，安排四次直播课堂，每次50分钟。的第一堂课3个教学点，难点的教学和演讲后代表咨询审查的辅导和考试说明的过程中反映的共性问题。直播课堂挂在网页上的内容。

工作

课程形成性评估书，当然工作量。工作成绩计入课程成绩。中央电大的工作，不时抽查，检查审查和完成作业。

课程考试，请参阅“中央广播电视大学计算机操作系统课程评估的指示。建议

五，教学方法？教学建议

（1）计算机操作系统是一个实用的课程。其特点是概念多，涉及范围广。要求教学辅导深和混乱的概念来进行详细说明，并详细描述每章的重点，管理和控制的调度算法技能。

（2）注重培养学生熟悉的操作系统，以及在维护操作系统的问题进行分析，并在实验中解决问题的能力。

？建议

（1）从宏观和微观把握学习操作系统。在宏观上，要认识到在计算机系统中的操作系统的地位清除操作系统的整体结构;微观方面应把握的操作系统是管理计算机资源（过程中，处理器，内存，文件，设备），了解概念，原理和技术。

（2）操作系统是计算机技术和管理技术相结合的联想日常生活学习重复熟悉的样品管理实现运营系统的管理方法，以加深对问题的理解。
（3）要注意加强自我学习的能力，有能力实现这一目标的“学习”的文化。