操作系统课堂笔记(2)操作系统的硬件环境之存储系统
支持OS运行硬件环境的一个重要方面：
作业必须把它的程序和数据存放在内存中才能运行
操作系统本身也要存放在内存中并运行
多道程系统中，若干个程序和相关的数据要放入内存
→→操作系统要管理、保护程序和数据，使它们不至于受到破坏
1.存储器的层次结构
存储系统设计三个问题：
容量、速度和成本
存储访问局部性原理
提高存储系统性能的关键：
程序存储访问局部性原理
程序执行时，有很多循环和子程序调用，一旦进入这样的程序段，就会重复存取相同的指令集合
对数据存取也有局部性，在较短的时间内，稳定地保持在一个存储器的局部区域
处理器主要和存储器的局部打交道
经过一段时间以后，使用的代码和数据集合会改变
2.存储分块
存储最小单位:“二进位”，包含信息为0或1
最小编址单位:字节，一个字节包含八个二进位
主流个人电脑
主存:1G～4G之间
辅助存储器:在160GB～300GB
工作站、服务器
主存:512MB ～ 4GB之间
硬盘容量:数百GB
为简化分配和管理，存储器分成块,称一个物理页（Page）
块的大小：512B、1KB、4KB、8KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB
3.存储保护设施
对内存中的信息加以严格的保护，使操作系统及用户程序不被破坏，是其正确运行的基本条件之一
多用户/多任务操作系统：
OS给每个运行进程分配一个存储区域
保护的硬件支持
解决方案 依赖于 配有特殊硬件的CPU
硬件可提供如下功能：
界地址寄存器（界限寄存器）
存储键
界地址寄存器（界限寄存器）：一种存储保护技术
机制比较简单，易于实现
实现方法：
在CPU中设置一对下限寄存器和上限寄存器
存放用户作业在内存中的下限和上限地址
或者 将一个寄存器作为基址寄存器，另一寄存器作为限长寄存器（指示存储区长度）
每当CPU要访问内存时，硬件自动将被访问的内存地址与界限寄存器的内容进行比较，以判断是否越界
如果未越界，则按此地址访问内存，否则将产生程序中断——越界中断（存储保护中断）
存储键
每个存储块有一个由二进位组成的存储保护键
一用户作业被允许进入主存，OS分给它一个唯一的存储键号
并将分配给该作业各存储块存储键也置成同样键号
当OS挑选该作业运行时，OS将它的存储键号放入程序状态字PSW存储键（“钥匙”）域中
每当CPU访问主存时，都将该主存块的存储键与PSW中的“钥匙”进行比较
如果相匹配，则允许访问，否则，拒绝并报警
4.地址转换机制
同时有多个程序在内存
程序在内存的位置不是固定的而是随机的
地址转换机制
虚拟地址（逻辑地址）
处理器生成的指令或数据的二进制地址
这些地址用硬件和软件结合的方法转换成物理地址
MMU：内存管理单元，一种特殊硬件，完成转换工作
