操作系统在内存中的位置

从根本上来说，计算机里面运转的程序有两种：管理计算机的程序和使用计算机的程序。正如本书前面多次提到，操作系统就是管理计算机的程序。而管理者本身也需要使用资源。其中的一个资源就是内存空间。内存管理的第一个问题是操作系统本身在内存中的存放位置。应该将哪一部分的内存空间用来存放操作系统呢？或者说，我们如何将内存空间在操作系统和用户程序之间进行分配呢？

最简单的方式就是将内存划分为上下两个区域，操作系统和用户程序各占用一个区域，如图11-4所示。

比较起来图11-4a的构造最容易理解。因为操作系统是为用户提供服务的，在逻辑上处于用户程序之下。将其置于地址空间的下面，符合人们的惯性思维。另外，操作系统处于地址空间下面还有一个实际好处：就是在复位、中断、陷入等操作时，控制移交给操作系统更方便，因为操纵系统的起始地址为0，无须另行记录操作系统所处的位置，程序计数器清零就可以了。清零操作对于硬件来说非常简单，无须从总线或寄存器读取任何数据；而图11-4b的布置虽然也可以工作，但显然与人们习惯中操作系统在下的惯性思维不符。

当然，除了上述两种分配方式外，如果愿意，我们也可以将操作系统和用户程序分拆，形成穿插的分配方式。只不过这样做没有半点好处，白白增加管理的复杂性。

由于现代的计算机内存除了RAM之外，可能还备有ROM。而操作系统既可以全部存放在ROM里，也可以部分存放在ROM里，这样又多出了两种分配方式，如图11-5所示。

图11-5a模式下操作系统放在ROM里面的好处是不容易被破坏，缺点就是ROM要做得大，能够容纳整个操作系统。由于ROM比较贵，通常情况下是备有少量的ROM，只将操作系统的一部分放在ROM里，其余部分放在RAM里。因此，这两种分配模式以图11-5b为佳。

图11-5b分配模式还有另外一个好处：可以将输入输出和内存访问统一起来。即将输入输出设备里面的寄存器或其他存储媒介编入内存地址（在用户程序地址之上），使得访问输入输出设备如同访问内存一样。这种输入输出称为内存映射的输入输出。如果要访问的地址高于RAM的最高地址，则属于I/O操作，否则属于正常内存操作。

这样，根据操作系统是否占用ROM或我们是否采用内存映射的输入输出来分，存在两种模式：

操作系统占用RAM的底层，用户程序占用RAM的上层。
操作系统占用RAM的底层和位于用户程序地址空间上面的ROM，用户程序位于中间。

第2种模式又分为3种情况：

没有使用内存映射的输入输出，ROM里面全部是操作系统。
使用了内存映射的输入输出，ROM的一部分是操作系统，另一部分属于I/O设备。
使用了内存映射的输入输出，ROM全部属于I/O设备。

例如，CP/M操作系统的内存布局模式就是上述第1种情况，其BIOS和CP/M内核均处于ROM里面，而shell和用户程序处于RAM里，如图11-6所示。

CP/M是微计算机控制程序（Control Pro-gram for Microcomputers）的缩写，它是一个运行在Intel 8080和Intel 8085微机上的早期操作系统。

多数现代操作系统采用的是第2种模式：即ROM里面包括操作系统一部分和I/O,RAM里面则包括操作系统的其他部分和用户程序。Solaris 10操作系统采用的则是第2种模式（见图11-4b）。即操作系统在上面，用户程序在下面。

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