操作系统存储管理学习课程.pptx

操作系统存储管理是计算机科学中的核心概念，它涉及如何有效地管理和分配计算机系统的内存资源。本课程主要涵盖以下几个关键知识点： 1. 存储管理的基本概念：内存（主存）是CPU可以直接访问的存储区域，用于存储正在运行的程序和数据。而外存（辅存）如硬盘、软盘和磁带等，容量大但访问速度慢，主要用于长期存储。存储器的层次结构由快到慢依次为寄存器、高速缓存、内存、外存，这种设计是为了平衡性能和成本。 2. 存储器的层次：存储器系统按照速度、容量和成本形成了一个层次结构，高速缓存（Cache）位于最顶层，用于缓冲CPU与内存之间的速度差异，提高数据访问效率。 3. 用户程序的地址空间：源程序经过编辑、编译、链接步骤生成可执行文件。在编译阶段，源程序的符号地址被转换成目标代码，即相对地址。在链接阶段，这些相对地址被确定为最终的物理地址，即绝对地址。 4. 重定位概念：程序在内存中的地址转换过程称为重定位。逻辑地址是程序中使用的地址，而物理地址是实际内存中的地址。重定位分为静态重定位和动态重定位。静态重定位在程序装入内存时进行，所有的逻辑地址被一次性转换为物理地址，要求内存分配连续且不可移动。这种方式简化了地址转换，但限制了内存管理的灵活性。 5. 动态重定位：与静态重定位不同，动态重定位在程序执行期间进行，允许程序在内存中移动，提高了内存利用率和程序的共享能力。动态重定位通常需要硬件支持，例如地址变换机构。 6. 存储管理方法：课程还介绍了几种存储管理技术，包括分区存储管理，简单页式存储管理，请求页式虚拟存储管理，以及段式和段页式存储管理。其中，分区存储管理将内存划分为固定大小的区域分配给各个进程；页式存储管理通过页表进行地址映射，请求页式增加了虚拟内存的概念，使得进程可以使用比实际内存更大的地址空间；段式存储管理按逻辑模块分配内存，增强了程序的模块性和共享性；段页式结合了段式和页式的特点，既支持模块化，又解决了内存碎片问题。 7. Windows系统的存储管理：Windows操作系统采用的是混合式虚拟内存管理系统，结合了页式和段式存储管理，同时提供了虚拟内存功能，使得程序可以运行在超过物理内存大小的地址空间中。 通过深入学习这些知识点，学生将理解操作系统如何管理内存资源，以及如何确保多个并发执行的进程能够高效、安全地共享有限的内存空间。这不仅是操作系统设计的基础，也是解决软件开发中内存优化和系统性能提升的关键。