清华操作系统笔记2

系列文章目录

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前言

参照B站上面的操作系统视频所写的笔记
我看这门课程的视频是为了补充自己在基础知识上的不足，所以并没有做实验。
另外，在写笔记的过程中，也搬运了一些其他博客的内容，有些地方没有标注来源，如果原创作者觉得有任何问题都可以联系我，侵删。

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1.计算机基本硬件结构

• CPU
• 内存
• I/O设备

CPU:程序和软件上的控制

内存: 主要放置程序的代码和数据

外设：满足一些功能，把数据保存在硬盘中…

2.内存的层次结构

运行内存(主存) / 磁盘等外存(虚拟内存).

主存是在运行程序时所需要保存的数据空间，而磁盘是用于持久化数据保存的数据空间.

CPU可以访问的内存包括两大类 : 寄存器 / cache高速缓存(L1缓存 / L2缓存)

CPU所访问的数据和指令所存放的位置在哪里？

CPU内部:寄存器->cache
资源很有限
CPU外部：主存->物理硬盘
速度稍慢，但是硬盘可以掉电保存数据，等再启动时CPU读入到内存

内存最小访问单位：8bit即一字节

操作系统的目标（抽象，保护，共享，虚拟化）：（红色字里面写的是操作系统内核）

• 抽象：不用考虑底层
• 保护：多个程序进程之间运行地址空间隔离
• 共享：进程间安全有效安全地对数据进行传递
• 虚拟化：最需要运行的数据放在内存中，暂时不需要的数据放在硬盘上，对应用程序透明，从而虚拟出更大的空间
• 说明：比如上图中P1,P2,P3需要执行，P4暂时还没那么急着执行，可以先把P4放在硬盘上（虚拟内存），P1,P2,P3放在主存中依次执行，等P4到达执行条件时再把P4放到主存中执行。

操作系统中管理内存的不同方法

• 程序重定位
• 分段
• 分页
• 虚拟内存
• 按需分页虚拟内存
  内存的实现高度依赖于硬件
• 必须知道内存架构
• MMU(内存管理单元)：硬件组件负责处理CPU的内存访问请求

3.地址空间&地址生成

地址空间的定义

逻辑地址：比如说C语言的变量名就是逻辑地址
物理地址：硬件的地址

逻辑地址生成

编译、汇编、链接、载入（重定位）


1、当CPU需要执行某个指令的时候他的ALU部件需要指令的内容，发送请求，带着逻辑地址；
2、CPU中的MMU查找带有逻辑地址的映射表中是否存在对应的物理地址，
3、如果有就找到；如果没有就会去内存中找，如果找到了控制器就会给主存发送物理地址的内容（就是指令的内容）；
4、主存会把内存的内容通过总线传给CPU，CPU拿到内容后就可以执行这条指令了;

地址空间安全检查:

检查起始地址和地址空间长度，一旦请求的逻辑地址超出区域限制，就会发生内存访问异常

4.物理内存-连续内存分配

4.1内存碎片问题

4.2分区的动态分配

4.2.1首次适配算法

4.2.2最优适配算法

4.2.3最差适配分配

三者对比表格

4.3 碎片整理方法

4.3.1压缩式碎片整理

把内存中分布不连续的地址空间，重新排序使得连续，从而减少内存碎片。但是会系统的内存拷贝开销会非常大

4.3.2交换式碎片整理