在頁式存儲管理

❶ 在採用頁式存儲管理的系統中

在採用頁式存儲管理系統中https://help.aliyun.com/wordpower/2374442-1.html

❷ 在頁式存儲管理系統中，當訪問主存中的一條指令或數據時，需要訪問多少次主存段式存儲呢

1)頁式存儲管理中，訪問指令或數據時，首先要訪問內存中的頁表，查找到指令或數據所在頁面對應的頁表項，然後再根據頁表項查找訪問指令或數據所在的內存頁面。需要訪問內存兩次。
段式存儲管理同理，需要訪問內存兩次。
段頁式存儲管理，首先要訪問內存中的段表，然後再訪問內存中的頁表，最後訪問指令或數據所在的內存頁面。需要訪問內存三次。
對於比較復雜的情況，如多級頁表，若頁表劃分為N級，則需要訪問內存N+1次。若系統中有快表，則在快表命中時，只需要一次訪問內存即可。

❸ 操作系統-04-操作系統的存儲管理和設備管理

早期的計算機由於結構較為簡單，存儲容量小，並不需要過多的的存儲管理。

隨著計算機和程序越來越復雜，使得存儲管理成為必要。

單一連續分配是最簡單的內存分配方式

只能在單用戶、單進程的操作系統中使用

固定分區分配是支持多道程序的最簡單存儲分配方式

內存空間被劃分為若干固定大小的區域

每個分區只提供給一個程序使用，互不幹擾

根據進程實際需要，動態分配內存空間

不需要新建空閑鏈表節點

只需要把空閑區的容量增大為包括回收區的容量即可

將回收區和空閑區合並

新的空閑區使用原來回收區的地址

將兩個空閑區和中間的回收區合並

新的空閑區使用空閑區1的地址

為回收區創建新的空閑節點

將該節點插入到相應的空閑區鏈表中

上面的部分主要是從物理的角度講解內存管理，這部分主要是講解操作系統是怎麼管理進程的內存空間。

字塊 是相對於物理設備的定義， 頁面 是相對邏輯空間的定義。

頁式存儲管理主要是將進程邏輯空間等分成若干大小的頁面，相應的把物理內存空間分成與頁面大小的物理塊，以頁面為單位把進程空間裝進物理內存中分散的物理塊。

頁面大小應該適中，過大難以分配，過小內存碎片過多，通常是512B~8K。

頁表 記錄進程邏輯空間於物理空間的映射

在頁式存儲管理， 頁地址 = 頁號 + 頁內偏移

現代計算機系統中，可以支持非常大的邏輯 地址空間(2 ^32~2 64)，這樣，頁表就 變得非常大，要佔用非常大的內存空間，如， 具有32位邏輯地址空間的分頁系統，規定頁 面大小為4KB，則在每個進程頁表中的頁表 項可達1M(2^20)個，如果每個頁表項佔用 1Byte，故每個進程僅僅頁表就要佔用1MB 的內存空間。

為了解決這個問題，引入了多級頁表。

多級頁表有一個根頁表，每一個字塊指向了內存中的一片空間，這塊空間存儲的是二級頁表。以此類推，最後一級頁表指向的字塊才是進程實際使用的內存。通過這種分級機制，大大減少了進程中頁表數佔用的空間。

段式存儲管理將進程邏輯空間劃分成若干段(非等分），段的長度由連續邏輯的長度決定。

例如一個程序有主函數MAIN、子程序段X、子函數Y等，這個時候會根據每一個函數的邏輯長度來分配邏輯空間。

頁表由 頁號 和 基址 組成，但在段式存儲管理中由於每一段的長度是不固定的，段表由 段號 、 基址 以及 段長 組成。

在段式存儲管理， 段地址 = 段號 + 段內偏移

分頁可以有效提高內存利用率(雖然說存在頁內碎片)

分段可以更好滿足用戶需求

兩者結合，形成段頁式存儲管理

先將邏輯空間按段式管理分成若干段，再把段內空間按頁式管理等分成若干頁。

在段頁式存儲管理中， 段頁地址 = 段號 + 段內頁號 + 頁內地址

有些進程實際需要的內存很大，超過物理內存的容量。
由於操作系統的多道程序設計，使得每個進程可用物理內存更加稀缺。
不可能無限增加物理內存，物理內存總有不夠的時候，於是便有了虛擬內存的概念。

虛擬內存是操作系統內存管理的關鍵技術，使得多道程序運行和大程序運行成為現實，她通過將進程所使用的內存進行劃分，將部分暫時不使用的內存放置在輔存。

根據局部性原理，程序運行時，無需全部裝入內存，裝載部分即可。如果訪問頁不在內存，則發出缺頁中斷，發起頁面置換。

從用戶層面看，程序擁有很大的空間，即是虛擬內存。

虛擬內存實際是對物理內存的補充，速度接近於內存，成本接近於輔存。

置換演算法一般有先進先出演算法(FIFO)、最不經常使用演算法(LFU)、最近最少使用演算法(LRU)。

從計算機組成原理篇章中，我們可以知道，CPU的高速緩存沒有數據時，需要從主存中載入數據。此時若主存中也沒有數據，則需要從輔存中載入頁面數據。

內存替換策略發生在Cache-主存層次、主存-輔存層次。Cache-主存層次的替換策略主要是為了解決 速度問題 ，

主存-輔存層次則。主要是為了解決 容量問題 。

順序文件是指按順序存放在存儲介質中的文件，例如磁帶的存儲特性使得磁帶文件只能存儲順序文件。

順序文件是所有邏輯文件當中存儲效率最高的。

可變長文件不適合使用順序文件格式存儲，索引文件是為了解決可變長文件存儲而發明的一種文件格式，索引文件需要配合索引表完成存儲的操作。

目錄的層級結構是樹狀的，成為目錄樹。

目錄樹中任何文件或目錄都只有唯一路徑。

對CPU而言，凡是對CPU進行數據輸入的都是輸入設備，凡是CPU進行數據輸出的都是輸出設備。

緩沖區主要是解決CPU與IO設備的速率不匹配的問題，減少CPU處理IO請求的頻率，提高CPU與IO設備之間的並行性。

專用緩沖區只適用於特定的IO進程，當這樣的IO進程比較多時，對內存的消耗也很大，所以操作系統劃出可供多個進程使用的公共緩沖區，稱之為緩沖池。

SPOOLing技術是關於慢速字元設備如何與計算機主機交換信息的一種技術，利用高速共享設備將低速的獨享設備模擬為高速的共享設備，邏輯上，系統為每一個用戶都分配了一台獨立的高速獨享設備，是一種虛擬設備技術。

SPOOLing技術把同步調用低速設備改為非同步調用。在輸入、輸出之間增加了排隊轉儲環節(輸入井、輸出井)，SPOOLing負責輸入(出)井與低速設備之間的調度，邏輯上，進程直接與高速設備交互，減少了進程的等待時間。