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操作系统存储管理课件
汇报人：XX
目录
壹
存储管理基础
陆
存储管理的优化
贰
内存分配技术
叁
虚拟存储技术
肆
文件系统管理
伍
存储设备管理
存储管理基础
壹
存储器的分类
存储器可按其使用的物理介质分为半导体存储器、磁性存储器和光学存储器等。
按存储介质分类
存储器可以分为高速缓存（Cache）、主存（RAM）、辅助存储器（如硬盘）等不同层次。
按存储层次分类
存储器根据数据访问方式可分为随机存取存储器（RAM）、顺序存取存储器（SAM）等。
按访问方式分类
01
02
03
存储管理的目标
通过分页、分段等技术，操作系统能够更高效地利用有限的存储空间，减少碎片。
提高存储空间利用率
操作系统通过虚拟内存技术，允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。
支持虚拟内存
存储管理需确保数据的完整性和安全性，防止未授权访问和数据丢失。
确保数据安全
存储管理的功能
操作系统通过内存分配算法为进程分配内存空间，并在进程结束后回收这些空间。
内存分配与回收
01
虚拟内存允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间，通过页面置换算法实现。
虚拟内存管理
02
存储保护机制确保进程只能访问其授权的内存区域，防止数据被非法访问或修改。
存储保护
03
文件系统管理负责文件的存储、检索、共享和保护，是操作系统存储管理的重要组成部分。
文件系统管理
04
内存分配技术
贰
固定分区分配
固定分区分配中，每个分区的大小在系统启动时确定，不能动态改变，如早期的DOS系统。
分区大小的确定
固定分区可能导致内存碎片，即未使用的内存空间无法被有效利用，影响内存的使用效率。
内存碎片问题
由于分区大小和数量固定，系统能支持的最大进程数也受到限制，如早期的批处理系统。
分区数量的限制
动态分区分配
首次适应算法从头开始查找，为进程分配第一个足够大的空闲分区，以减少外部碎片。
首次适应算法
最佳适应算法选择最小的足够大的空闲分区分配给进程，以提高内存利用率。
最佳适应算法
最差适应算法总是选择最大的空闲分区分配给进程，以减少未来大块内存分配的困难。
最差适应算法
分页系统
分页系统将物理内存划分为固定大小的块，称为“页”，每个进程拥有自己的页表来管理内存。
01
页表用于记录进程的虚拟页与物理页的映射关系，是实现虚拟内存管理的关键数据结构。
02
当物理内存不足时，页面置换算法决定哪些页面被替换，常见的算法包括LRU和FIFO。
03
分页系统提高了内存的利用率，支持虚拟内存，允许程序运行时的内存需求超过实际物理内存。
04
分页机制的基本概念
页表的作用与结构
页面置换算法
分页系统的优点
虚拟存储技术
叁
虚拟存储概念
虚拟存储的定义
虚拟存储是一种内存管理技术，它允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。
01
02
虚拟地址与物理地址映射
通过页表或段表，虚拟存储系统将程序的虚拟地址映射到物理内存地址，实现地址转换。
03
页面置换算法
当物理内存不足以容纳所有页面时，页面置换算法决定哪些页面被替换，以优化内存使用效率。
页式虚拟存储
页表用于映射虚拟地址到物理地址，是页式虚拟存储系统的核心组件。
页表机制
当物理内存不足时，页面置换算法决定哪些页面被换出到磁盘，常用的有LRU和FIFO算法。
页面置换算法
页式虚拟存储允许相同内容的页面在多个进程间共享，同时提供机制保护各进程的地址空间不被非法访问。
页面共享与保护
段式虚拟存储
01
段式存储将程序的地址空间划分为若干段，每个段具有独立的地址空间，便于管理和保护。
02
段表记录了每个段的起始地址和长度信息，用于实现虚拟地址到物理地址的映射。
03
当程序访问一个虚拟地址时，通过段表找到对应的物理地址，实现数据的存取。
04
段式存储支持动态链接和共享库，提高了内存的利用率和程序的灵活性。
05
段式存储可能导致外部碎片问题，需要通过紧凑等技术来优化内存使用。
段式存储的基本概念
段表的作用与结构
段式存储的访问过程
段式存储的优势
段式存储的常见问题
文件系统管理
肆
文件系统结构
目录结构设计
目录结构采用树状或图状设计，方便用户管理和查找文件，如UNIX的文件层次结构。
文件系统元数据管理
元数据包括文件属性、权限和位置信息，是文件系统高效运行的关键。
文件存储空间的组织
文件系统将存储设备划分为固定大小的块或页，以优化数据的存储和检索。
文件分配策略
文件分配策略决定了文件数据如何在存储介质上分布，常见的有连续分配、链接分配和索引分配。
文件存储空间管理
操作系统通过磁盘分区和格式化来划分存储空间，为文件系统提供基础结构。
磁盘分区与格式化
01
文件系统采用位图或空闲列表等策略管理存储空间，优化文件的创建、删除和访问效率。
空间分配策略
02
长时间使用后