虚拟存储器应用研究

虚拟存储器是具有请求调入功能和置换功能，能仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统，它能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种虚拟的存储器系统。其逻辑容量由内存和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位的成本却又接近于外存。可见，虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术，故被广泛地应用于大、中、小型机器和微型机中。

虚拟内存作用

内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题，运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，当内存占用完时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。

为了给用户提供更大的随机存取空间而采用的一种存储技术。它将内存与外存结合使用，好像有一个容量极大的内存储器，工作速度接近于主存，每位成本又与辅存相近，在整机形成多层次存储系统。

虚拟存储器的特征

离散性：指在内存分配时采用离散的分配方式，它是虚拟存储器的最基本的特征。

多次性：指一个作业被分成多次调入内存运行，即在作业运行时没有必要将其全部装入，只须将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可。多次性是虚拟存储器最重要的特征。

对换性：指允许在作业的运行过程中在内存和外存的对换区之间换进、换出。

虚拟性：指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量

工作过程

虚拟存储器是由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理的。它的工作过程包括6个步骤：①中央处理器访问主存的逻辑地址分解成组号a和组内地址b，并对组号a进行地址变换，即将逻辑组号a作为索引，查地址变换表，以确定该组信息是否存放在主存内。②如该组号已在主存内，则转而执行④；如果该组号不在主存内，则检查主存中是否有空闲区，如果没有，便将某个暂时不用的组调出送往辅存，以便将这组信息调入主存。③从辅存读出所要的组，并送到主存空闲区，然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在地址变换表中。④从地址变换表读出与逻辑组号a对应的物理组号a。⑤从物理组号a和组内字节地址b得到物理地址。⑥根据物理地址从主存中存取必要的信息。

调度方式

调度方式有分页式、分段式、段页式3种。页式调度是将逻辑和物理地址空间都分成固定大小的页。主存按页顺序编号，而每个独立编址的程序空间有自己的页号顺序，通过调度辅存中程序的各页可以离散装入主存中不同的页面位置，并可据表一一对应检索。页式调度的优点是页内零头小，页表对程序员来说是透明的，地址变换快，调入操作简单；缺点是各页不是程序的独立模块，不便于实现程序和数据的保护。段式调度是按程序的逻辑结构划分地址空间，段的长度是随意的，并且允许伸长，它的优

点是消除了内存零头，易于实现存储保护，便于程序动态装配；缺点是调入操作复杂。将这两种方法结合起来便构成段页式调度。在段页式调度中把物理空间分成页，程序按模块分段，每个段再分成与物理空间页同样小的页面。段页式调度综合了段式和页式的优点。其缺点是增加了硬件成本，软件也较复杂。大型通用计算机系统多数采用段页式调度。

页式调度

页式虚拟存储系统中，虚地址空间被分成等长大小的页，称为逻辑页；主存空间也被分成同样大小的页，称为物理页。相应地，虚地址分为两个字段：高字段为逻辑页号，低字段为页内地址（偏移量）；实存地址也分两个字段：高字段为物理页号，低字段为页内地址。通过页表可以把虚地址（逻辑地址）转换成物理地址。 在大多数系统中，每个进程对应一个页表。页表中对应每一个虚存页面。有一个表项，表项的内容包含该虚存页面所在的主存页面的地址（物理页号），以及指示该逻辑页是否已调入主存的有效位。地址变换时，用逻辑页号作为页表内的偏移地址索引页表（将虚页号看作页表数组下标）并找到相应物理页号，用物理页号作为实存地址的高字段，再与虚地址的页内偏移量拼接，就构成完整的物理地址。现代的中央处理机通常有专门的硬件支持地址变换。

段式调度

段是按照程序的自然分界划分的长度可以动态改变的区域。通常，程序员把子程序、操作数和常数等不同类型的数据划分到不同的段中，并且每个程序可以有多个相同类型的段。在段式虚拟存储系统中，虚地址由段号和段内地址（偏移量）组成。虚地址到实主存地址的变换通过段表实现 。每个程序设置一个段表，段表的每一个表项对应一个段。段式虚拟存储器有许多优点： ①段的逻辑独立性使其易于编译、管理、修改和保护，也便于多道程序共享。 ②段长可以根据需要动态改变，允许自由调度，以便有效利用主存空间。 段式虚拟存储器也有一些缺点： ①因为段的长度不固定，主存空间分配比较麻烦。 ②容易在段间留下许多外碎片，造成存储空间利用率降低。 ③由于段长不一定是2的整数次幂，因而不能简单地像分页方式那样用虚地址和实地址的最低若干二进制位作为段内偏移量，并与段号进行直接拼接，必须用加法操作通过段起址与段内偏移量的求和运算求得物理地址。因此，段式存储管理比页式存储管理方式需要更多的硬件支持。

段页式调度

段页式虚拟存储器是段式虚拟存储器和页式虚拟存储器的结合。实存被等分成页。每个程序则先按逻辑结构分段，每段再按照实存的页大小分页，程序按页进行调入和调出操作，但可按段进行编程、保护和共享。它把程序按逻辑单位分段以后，再把每段分成固定大小的页。程序对主存的调入调出是按页面进行的，但它又可以按段实现共享和保护，兼备页式和段式的优点。缺点是在映象过程中需要多次查表。在段页式虚拟存储系统中，每道程序是通过一个段表和一组页表来进行定位的。段表中的每个表目对应一个段，每个表目有一个指向该段的页表起始地址及该段的控制保护信息。由页表指明该段各页在主存中的位置以及是否已装入、已修改等状态信息。如果有多个用户在机器上运行，多道程序的每一道需要一个基号,由它指明该道程序的段表起始地址。

虚拟内存的访问

虚存空间的用户程序按照虚地址编程并存放在辅存中。程序运行时，由地址变换机构依据当时分配给该程序的实地址空间把程序的一部分调入实存。每次访存时，首先判断该虚地址所对应的部分是否在实存中：如果是，则进行地址转换并用实地址访问主存；否则，按照某种算法将辅存中的部分程序调度进内存，再按同样的方法访问主存。由此可见，每个程序的虚地址空间可以远大于实地址空间，也可以远小于实地址空间。前一种情况以提高存储容量为目的，后一种情况则以地址变换为目的。后者通常出现在多用户或多任务系统中：实存空间较大，而单个任务并不需要很大的地址空间，较小的虚存空间则可以缩短指令中地址字段的长度。

 

第二篇：计算机操作系统总结

操作系统的目标：有效性、方便性、可扩充性、开放性。 操作系统的作用：

1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；

2.OS作为计算机系统资源的管理者；

3.OS实现了对计算机资源的抽象。

推动OS发展的动力：

1.不断提高计算机资源的利用率；2.方便用户；

3.器件的不断更新换代；4.计算机体系结构的不断发展。 操作系统的基本特性：并发性、共享性、虚拟技术、异步性。 操作系统的主要功能：处理机管理功能、储存器管理功能、

设备管理功能、文件管理功能、操作系统与用户之间的接口。 处理机管理功能：进程控制、进程同步、进程通信、调度

储存器管理功能：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充 设备管理功能：缓冲管理、设备分配、设备处理

文件管理功能：文件储存空间管理、目录管理、文件的度、写管理和保护

OS与用户之间接口：用户接口（联机用户接口、脱机、图形），程序接口

微内核OS的优点：1.提高了系统给的可扩展性；2.增强了系统的可靠性；3.可移植性； 4.提供了分布式系统的支持；5.融入了面向对象技术

程序顺序执行时特征：1.顺序性；2.封闭性；3.可再现性

前趋图是一个有向无循环图。程序不能并发执行，进程可以。

程序并发执行时的特征：1.间断性；2.失去封闭性；3.不可再现性 进程特征：1.结构特征（由程序段、相关数据段和PCB构成）

2.动态性（最基本）3.并发性4.独立性 5.异步性

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.

进程基本属性：1.进程是一个可拥有资源的独立单位

2.进程同时是一个可独立调度和分派的独立单位

进程三基本状态：就绪、执行、阻塞

进程状态的转换：1.活动就绪－静止就绪 2.活动阻塞－静止阻塞

3.静止就绪－活动就绪 4.静止阻塞－活动阻塞 进程控制块—PCB作用：使一个在多道程序环境下不能独立运行的程

序，成为一个能独立运行的基本单位，一个

能在其它进程并发执行的进程。

PCB是进程存在的唯一标志。

PCB中信息：1.进程标识符（内部、外部） 2.处理机状态

3.进程调度信息 4.进程控制信息

所有操作系统中，都为每一个进程赋予了一个唯一的数字标识符. 进程控制是进程管理中最基本的功能

进程的创建：1.申请空白PC 2.为新进程分配资源

3.初始化进程控制块 4.将新进程插入就绪队列

进程同步的基本概念：1.相互制约关系 2.直接相互制约关系

进程同步的主要任务是对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使

并发执行的诸进程之间能有效地共享资源

和相互，从而使程序的执行具有可再现性。

同步机制应遵循的规则：1.空闲让进 2.忙则等待 3.有限死亡 4.让

权等待进程同时要求的共享资源越多是，发

生进程死锁的可能性就越大

调度算法：1.先来先服务（FCFS）调度算法

2.短作业（进程）有限调度算法（SJF）

产生死锁的原因：1.竞争资源 2.进程间推进顺序非法

竞争资源引起进程死锁:1.可剥夺和非剥夺性资源 2.竞争非剥夺

性资源 3.竞争临时性资源

进程推进顺序不当引起死锁:1.进程推进顺序合法2.进程推进顺序

非法

产生死锁的必要条件:1.互斥条件(部分分配) 2.请求和保持条件

3.不剥夺条件(不可抢占) 4.环路等待条件(循环等待)

处理死锁的基本方法:1.预防死锁2.避免死锁3.检测死锁4.解除死

锁

预防死锁：摒弃4个必要条件的2.3.4之一.

解除死锁的两种方法：1.剥夺资源 2.撤销进程

储存器管理方式:1.连续分配方式 2.基本分页存储管理方式

3.基本分段存储管理方式 4.段页式存储管理方式

分页储存管理是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的篇，称为页面或页，并为各页加以编号，也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为(物理)块或页框

分页地址结构：0－11位为页内地址，每页大小4KB；12-31位为页号系统为每个进程建立了一张页面映像表，简称页表

页表的作用：配置页表后，进程执行时，通过查找该表找到每页在内存中的物理快好。实现从页号到物理块号的地址映射.

分段存储管理方式的引入满足一下需求：1.方便编程 2.信息共享

3.信息保护 4.动态增长 5.动态链接 段表的作用：用于实现逻辑段到物理内存区的映射

请求分页系统页表包括：状态位,访问字段,修改位M,外存地址 请求分页系统常采用一下算法：1.最佳置换算法和先进先出算法

2.最近最久未使用（LRU）置换算法

I/O设备按信息交换分类:1.块设备(磁盘).磁盘设备的特征是传 输速率较高、可寻址和采用DMA方式 2.字符设备.特征是传输速 率较低，常采用中断驱动方式.

I/O设备按设备共享分类：1独占设备 2.共享设备 3.虚拟设备 I/O控制方式:1.程序I/O方式 2.中断驱动I/O控制方式

3.直接存储器访问(DMA)I/O控制方式 4.I/O通道控制方式 设备

DMA(Direct Memory Access)控制方式特点：1.数据传输的

基本单元是数据块，即在CPU与与I/O设备之间，每次传送 至少一个数据块；2.所传送的数据时从设备直接送入内存的， 或者相反；3.仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时， 才需CPU敢于，整块数据的传送师在控制器的控制下完成的。 DMA控制器的组成：1.命令/状态寄存器(CR) 2.内存地址寄存 器(MAR) 3.数据寄存器(DR) 4.s数据计数器(DC)

I/O软件应达到下面的目标：1.与具体设备无关2.统一命名

3.错误的处理 4.缓冲技术 5.设备的分配释放 6.I/O控制方式

文件存储空间的管理方法：1.空闲表法 2.空闲链表法

3.位示图法 4.成组链接法

连续分配优点：1.顺序访问容易 2.顺序访问速度快

缺点：1.要求有连续的存储空间 2.必须事先知道文件的长度

最基本的文件操作：1.创建文件 2.删除文件 3.读文件 4.写文件

5截断文件 6设置文件的读/写位置

大

 

第三篇：湖北理工计算机操作系统总结

操作系统的目标：有效性、方便性、可扩充性、开放性。

操作系统的作用：

1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；

2.OS作为计算机系统资源的管理者；

3.OS实现了对计算机资源的抽象。

推动OS发展的动力：

1.不断提高计算机资源的利用率；2.方便用户；

3.器件的不断更新换代；4.计算机体系结构的不断发展。

操作系统的基本特性：并发性、共享性、虚拟技术、异步性。

操作系统的主要功能：处理机管理功能、储存器管理功能、

设备管理功能、文件管理功能、操作系统与用户之间的接口。

处理机管理功能：进程控制、进程同步、进程通信、调度

储存器管理功能：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充

设备管理功能：缓冲管理、设备分配、设备处理

文件管理功能：文件储存空间管理、目录管理、文件的度、写管理和保护

OS与用户之间接口：用户接口（联机用户接口、脱机、图形），程序接口

微内核OS的优点：1.提高了系统给的可扩展性；2.增强了系统的可靠性；3.可移植性； 4.提供了分布式系统的支持；5.融入了面向对象技术

程序顺序执行时特征：1.顺序性；2.封闭性；3.可再现性

前趋图是一个有向无循环图。程序不能并发执行，进程可以。

程序并发执行时的特征：1.间断性；2.失去封闭性；3.不可再现性

进程特征：1.结构特征（由程序段、相关数据段和PCB构成）

2.动态性（最基本）3.并发性4.独立性 5.异步性

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.

进程基本属性：1.进程是一个可拥有资源的独立单位

2.进程同时是一个可独立调度和分派的独立单位

进程三基本状态：就绪、执行、阻塞

进程状态的转换：1.活动就绪－静止就绪 2.活动阻塞－静止阻塞

3.静止就绪－活动就绪 4.静止阻塞－活动阻塞

进程控制块—PCB作用：使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运

行的基本单位，一个能在其它进程并发执行的进程。

PCB是进程存在的唯一标志。

PCB中信息：1.进程标识符（内部、外部） 2.处理机状态

3.进程调度信息 4.进程控制信息

所有操作系统中，都为每一个进程赋予了一个唯一的数字标识符.

进程控制是进程管理中最基本的功能

进程的创建：1.申请空白PC 2.为新进程分配资源

3.初始化进程控制块 4.将新进程插入就绪队列

进程同步的基本概念：1.相互制约关系 2.直接相互制约关系

进程同步的主要任务是对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之

间能有效地共享资源和相互，从而使程序的执行具有可再现性。

同步机制应遵循的规则：1.空闲让进 2.忙则等待 3.有限死亡 4.让权等待进程同时要求的

共享资源越多是，发生进程死锁的可能性就越大

调度算法：1.先来先服务（FCFS）调度算法

2.短作业（进程）有限调度算法（SJF）

产生死锁的原因：1.竞争资源 2.进程间推进顺序非法

竞争资源引起进程死锁:1.可剥夺和非剥夺性资源 2.竞争非剥夺

性资源 3.竞争临时性资源

进程推进顺序不当引起死锁:1.进程推进顺序合法2.进程推进顺序非法

产生死锁的必要条件:1.互斥条件(部分分配) 2.请求和保持条件

3.不剥夺条件(不可抢占) 4.环路等待条件(循环等待)

处理死锁的基本方法:1.预防死锁2.避免死锁3.检测死锁4.解除死锁

预防死锁：摒弃4个必要条件的2.3.4之一.

解除死锁的两种方法：1.剥夺资源 2.撤销进程

储存器管理方式:1.连续分配方式 2.基本分页存储管理方式

3.基本分段存储管理方式 4.段页式存储管理方式

分页储存管理是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的篇，称为页面或页，并为各页加以编号，也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为(物理)块或页

框

分页地址结构：0－11位为页内地址，每页大小4KB；12-31位为页号系统为每个进程建立了一张页面映像表，简称页表

页表的作用：配置页表后，进程执行时，通过查找该表找到每页在内存中的物理快好。实现从页号到物理块号的地址映射.

分段存储管理方式的引入满足一下需求：1.方便编程 2.信息共享

3.信息保护 4.动态增长 5.动态链接

段表的作用：用于实现逻辑段到物理内存区的映射

请求分页系统页表包括：状态位,访问字段,修改位M,外存地址

请求分页系统常采用一下算法：1.最佳置换算法和先进先出算法

2.最近最久未使用（LRU）置换算法

I/O设备按信息交换分类:1.块设备(磁盘).磁盘设备的特征是传

输速率较高、可寻址和采用DMA方式 2.字符设备.特征是传输速

率较低，常采用中断驱动方式.

I/O设备按设备共享分类：1独占设备 2.共享设备 3.虚拟设备

I/O控制方式:1.程序I/O方式 2.中断驱动I/O控制方式

3.直接存储器访问(DMA)I/O控制方式 4.I/O通道控制方式

设备

DMA(Direct Memory Access)控制方式特点：1.数据传输的

基本单元是数据块，即在CPU与与I/O设备之间，每次传送

至少一个数据块；2.所传送的数据时从设备直接送入内存的，

或者相反；3.仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，

才需CPU敢于，整块数据的传送师在控制器的控制下完成的。

DMA控制器的组成：1.命令/状态寄存器(CR) 2.内存地址寄存

器(MAR) 3.数据寄存器(DR) 4.s数据计数器(DC)

I/O软件应达到下面的目标：1.与具体设备无关2.统一命名

3.错误的处理 4.缓冲技术 5.设备的分配释放 6.I/O控制方式

文件存储空间的管理方法：1.空闲表法 2.空闲链表法

3.位示图法 4.成组链接法

连续分配优点：1.顺序访问容易 2.顺序访问速度快

缺点：1.要求有连续的存储空间 2.必须事先知道文件的长度 最基本的文件操作：1.创建文件 2.删除文件 3.读文件 4.写文件

5截断文件 6设置文件的读/写位置

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