操作系统内存管理的基本思路

6.1.2　操作系统的功能

操作系统的功能就是控制和管理系统资源，为用户提供方便灵活的服务，最大限度地提高工作效率。操作系统的功能包括作业控制管理、存储器管理、信息管理、设备管理以及处理机管理等5个方面。这些管理工作是由一套规模庞大复杂的程序来完成的。

1.作业控制管理

作业管理解决的是允许谁来使用计算机和怎样使用计算机的问题。在操作系统中，把用户请求计算机完成一项完整的工作任务称为一个作业。当有多个用户同时要求使用计算机时，允许哪些作业进入，不允许哪些进入，对于已经进入的作业应当怎样安排它的执行顺序，这些都是作业管理的任务。

2.存储器管理

计算机要运行程序就必须要有一定的内存空间。内存是运行程序、用户数据和系统数据存放的地方，因受硬件条件的限制，其存储容量总是有限的。存储器管理解决的是内存的分配、保护和扩充的问题。另外当多个程序都在运行时，如何分配内存空间才能最大限度地利用有限的内存空间为多个程序服务，自然而然会带来管理的新要求，如安全性的保证等，这些工作均由存储器管理来解决。

存储管理的主要任务是对用户作业和进程进行存储空间的分配、回收和优化管理，提高存储器的利用率，具有内存分配、内存保护、内存扩充等功能。

内存分配。在内存中除了操作系统和其他系统软件外，还有用户程序。内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间。

内存保护。内存保护的主要任务是确保每道程序都在自己的内存区中运行，互不干扰。

内存扩充。当用户作业所需要的内存容量超过计算机系统所提供的内存容量时，要采用虚拟存储技术，把内存和外存结合起来管理，从逻辑上去扩充内存容量，为用户提供一个容量比实际内存容量大很多的虚拟存储器。

3.信息管理

信息管理解决的是如何管理好存储在磁盘、磁带等外存上的数据。由于计算机处理的信息量很大而内存十分有限，绝大部分数据都是保存在外存上。如果要用户自己去管理就要了解如何将数据存放到外存的物理细节，编写大量程序。在多个用户使用同一台计算机的情况下既要保证各个用户的信息在外存上存放的位置不会发生冲突，又要防止对外存空间占而不用；既要保证任一用户的信息不会被其他用户窃取、破坏，又要允许在一定条件下多个用户共享，这些都是要靠信息管理解决的。信息管理有时也称为文件管理，是因为在操作系统中通常是以“文件”作为管理的单位。所以操作系统中的文件概念与日常生活中的文件不同，在操作系统中，文件是存储在外存上的信息的集合，它可以是源程序、目标程序、一组命令、图形、图像或其他数据。

4.设备管理

计算机主机连接着许多设备，有专门用于输入输出数据的设备，也有用户存储数据的设备，还有用于某些特殊要求的设备。这些设备多数来自不同的厂家，型号也五花八门。如果没有设备管理，用户一定会不知所措。设备管理的主要任务是随时记录各类设备的状态，满足用户的使用要求；为各种设备提供相应的设备驱动程序、启动程序、初始化程序以及控制程序，方便用户的使用操作；利用中断和通道技术，使外设尽可能地与CPU并行工作，以提高设备的利用率和整个系统的工作效率。

5.处理机管理

处理机是计算机中的核心资源，所有程序的运行都靠它来实现，为了提高它的利用率，必须采用多道程序技术，使主存中同时有多个程序的存在，提高程序运行的并发性。然而如何协调这些程序之间的运行关系，如何及时对不同用户的不同要求作出反应等都是处理机管理要关心的问题。具体的讲，处理机管理要完成以下工作：对处理机的时间进行分配，将处理机合理的分配给不同的程序，对不同程序的运行进行记录和调度，实现用户和程序之间的相互作用，解决不同程序在运行时发生的冲突等。总之，从资源管理的角度来看，可以把操作系统看做是控制和管理计算机资源的一组程序。