計算機操作系統(tǒng)(六)

計算機操作系統(tǒng)

?第一章操作系統(tǒng)引論

?第二章作業(yè)界面管理

?第三章文件管理

?第四章存儲管理

?第五章設(shè)備管理

?第六章進程及處理機管理

?第七章操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序?qū)崿F(xiàn)

第四章存儲管理

?第一節(jié)概述

?第二節(jié)分區(qū)分配存儲管理

?第三節(jié)請求頁式存儲管理

?第四節(jié)段式存儲管理

?第五節(jié)段頁式存儲管理

?邏輯地址與物理地址

?重定位(ReIocation)：將邏輯地址轉(zhuǎn)換

為物理地址

?虛存及其特點

?存儲管理的目的及功能

邏輯地址與物理地址

在具有地址變換機構(gòu)的計算機中，

允許程序中編排的地址和信息實際存放

在內(nèi)存中的地址有所不同。前者叫邏輯

（相對）地址，后者叫物理（絕對）地

址。

虛擬存儲管理

虛存是由操作系統(tǒng)調(diào)度，采用內(nèi)

外存的交換技術(shù)，各道程序在必需

使用時調(diào)入內(nèi)存，不用的調(diào)出內(nèi)存,

這樣好象內(nèi)存容量不受限制。

虛存的特點

?虛存容量不是無限的，極端情況受內(nèi)存

和外存可利用的總?cè)萘肯拗?/p>

?虛存容量還受計算機總線地址結(jié)構(gòu)限制

?速度和容量的“時空”矛盾，虛存量的

“擴大”是以犧牲CPU工作時間以及內(nèi)外

存交換時間為代價的

存儲管理的目的及功能（1）

?目的：方便用戶，使用戶減少甚至擺脫對存儲

器使用的管理；提高內(nèi)存資源的利用率，關(guān)鍵

是實現(xiàn)內(nèi)存共享

?功能：

-內(nèi)存的擴充技術(shù)：使用虛存或自動復(fù)

蓋技7tt提供比實際內(nèi)存更大的空間

存儲管理的目的及功能（2）

?功能：

-內(nèi)存保護技術(shù)：各道作業(yè)只在自巳所

屬區(qū)域中運行，不破壞別的作業(yè)以及

不被破壞

-內(nèi)存區(qū)域的分配和管理：通過建表、

查表、改表和回收登錄內(nèi)存使用情況,

系統(tǒng)或用戶申請內(nèi)存時按選定分配算

法確定分區(qū)等★★

第四章存儲管理

第一節(jié)概述

第二節(jié)分區(qū)分配存儲管理

第三節(jié)請求頁式存儲管理

第四節(jié)段式存儲管理

第五節(jié)段頁式存儲管理

分區(qū)分配存儲管理

?內(nèi)存“擴充”技術(shù)

El\

分配算法按分區(qū)不同

?固定分區(qū)分配

(Fixed-SizePartition)

?可變式動態(tài)分區(qū)分配

(Variable-Size/DynamicPartition)

?可重定位分區(qū)分配

(RelocatablePartition)

?多重分區(qū)分配

(MultiplePartition)

內(nèi)存“擴充”技術(shù)

?交換(swap)：由操作系統(tǒng)做,

用戶不知道。

?復(fù)蓋(overlay)：由用戶控制,

操作系統(tǒng)提供覆蓋機制。

內(nèi)存保護技術(shù)

保護系統(tǒng)工作區(qū)和用戶作業(yè)區(qū),

特別是如何防止系統(tǒng)區(qū)被破壞O

-存儲保護鍵

-界限寄存器

第四章存儲管理

第一節(jié)概述

第二節(jié)分區(qū)分配存儲管理

第三節(jié)請求頁式存儲管理

第四節(jié)段式存儲管理

第五節(jié)段頁式存儲管理

請求頁式存儲管理

?實現(xiàn)原理

?頁表設(shè)計

?頁面淘汰算法

?頁式存儲管理的優(yōu)點及缺點

頁式存儲管理實現(xiàn)原理

?基于程序在運行時不需要一

開始都裝入內(nèi)存，更不應(yīng)該

把最近較長一段時間內(nèi)不用

的程序裝入內(nèi)存。

頁表設(shè)計

?頁表內(nèi)容舉例

淘汰位/修改位/保護位/中斷

位/引用位/缺用位等

?快表:因頁面較多，頁表在內(nèi)存,

取一次數(shù)要訪問內(nèi)存兩次。

「/

頁面淘汰算法(1)

?先進先出算法(FIFO)

(FirstInputFirstOutput)，又稱輪轉(zhuǎn)法

(RR)

?循環(huán)檢測法

?最近最少使用頁面先淘汰(LRU)

(LeastRecentlyUsed)

?最不經(jīng)常使用的頁面先淘汰(LFU)

(LeastFrequentUsed)「/

頁面淘汰算法(2)

?最近沒有使用頁面先淘汰(NUR)

?最優(yōu)淘汰算法(OPT)

(OptimalReplacementAlgorithm)

?隨機數(shù)淘汰頁面算法

(RandomReplacementAlgorithm)

頁式存儲管理的優(yōu)點

?虛存量大，適合多道程序運行，用

戶不必擔心內(nèi)存不夠的調(diào)度操作

?內(nèi)存利用率高，不常用的頁面盡量

不留在內(nèi)存

?不要求作業(yè)連續(xù)存放，有效地解決

了“碎片”問題。與分區(qū)式比，不

需移動作業(yè)；與多重分區(qū)比，無零W

星碎片產(chǎn)生?/

頁式存儲管理的缺點

?要處理頁面中斷、缺頁中斷處理

等，系統(tǒng)開銷較大

?有可能產(chǎn)生“抖動”

?地址變換機構(gòu)復(fù)雜，為提高速度

采用硬件實現(xiàn)，增加了機器成本

★★

——*

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第一節(jié)概述

第二節(jié)分區(qū)分配存儲管理

第三節(jié)請求頁式存儲管理

第四節(jié)段式存儲管理

第五節(jié)段頁式存儲管理

段式存儲管理

?段?頁式彳子I諸管1埋的對比表

?段式存儲管理的優(yōu)越性:段的共享與動態(tài)

分配，一般由硬件設(shè)備的多種支持，特

別是近代的優(yōu)化編譯巳進入CPU內(nèi)部設(shè)

計。段共享的先決條件是程序段可重入,

即前面一段沒有退出前，在不影響工作

前提下，后面一段又可重新裝入。而可

重入程序的特點是執(zhí)行程序中指令不變

稱純代碼（純碼），而工作區(qū)和數(shù)據(jù)因由“

調(diào)用者自帶。上I

第四章存儲管理

第一節(jié)概述

第二節(jié)分區(qū)分配存儲管理

第三節(jié)請求頁式存儲管理

第四節(jié)段式存儲管理

第五節(jié)段頁式存儲管理

段，頁式存儲管理的對比表

段式頁式

由用戶設(shè)計，有邏輯意義分頁用戶不可見，由OS劃分

段面是信息的邏輯單位頁面是信息的物理單位

便于段的共享和動態(tài)鏈接頁一般不能共享

段長不等，可動態(tài)增長頁面大小相同，不能增長

段具有二維地址空間頁具有一維地址空間

管理形式相似，但概念不同

段頁式存儲管理特點

?每一段分若干頁,再按頁式管理,

頁間不要求連續(xù);

?用分段方法分配管理作業(yè)，用分頁

方法分配管理內(nèi)存;

?兼有段式和頁式管理的優(yōu)點,系統(tǒng)復(fù)

雜和開銷增大，一般在大型機器上

才使用★.*

計算機操作系統(tǒng)

第一章操作系統(tǒng)引論

第二章作業(yè)界面管理

第三章文件管理

第四章存儲管理

第五章設(shè)備管理

第六章進程及處理機管理

第七章操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序?qū)崿F(xiàn)

第五章設(shè)備管理

［概述

［外部設(shè)備的安裝

［I/O設(shè)備分配算法

?設(shè)備管理的任務(wù)與功能

?發(fā)展歷史

?外部設(shè)備分類

?設(shè)備I/O方式

設(shè)備管理的任務(wù)

?按用戶需求提出的要求接入外部設(shè)

備，系統(tǒng)按一定算法分配和管理控

制，而用戶不必關(guān)心設(shè)備的實際地

址和控制指令.

?盡量提高輸入輸出設(shè)備的利用率，

例如，發(fā)揮主機與外設(shè)以及外設(shè)與

外設(shè)之間的真正并行工作能力.★”

設(shè)備管理的功能

?分配設(shè)備

?控制和實現(xiàn)真正的輸入輸出操作

?對輸入輸出緩沖區(qū)進行管理

?在一些較大系統(tǒng)中實現(xiàn)虛擬設(shè)備

技術(shù)

發(fā)展歷史

?第一代用鍵盤和打印機

?第二代用鼠標和調(diào)制解調(diào)器

（俗稱“貓”）

?第三代用手寫筆和掃描儀等

外部設(shè)備分類

■按系統(tǒng)和用戶分：系統(tǒng)、用戶

?按輸入輸出傳送方式分（UNIX或Linux操

作系統(tǒng)）：字符型設(shè)備、塊設(shè)備

?按資源特點分：獨享設(shè)備、共享設(shè)備、

虛擬設(shè)備

?按設(shè)備硬件物理特性分：順序存取設(shè)備、

直接存取設(shè)備

?按設(shè)備使用分:物理設(shè)備、邏輯設(shè)副；*

偽設(shè)備

設(shè)備I/O方式⑴

?詢問（Query）：實時系統(tǒng)中必需采用,

在一般簡單系統(tǒng)中也廣泛采用，但系統(tǒng)

開銷較大，每次進行輸入輸出工作，都

需要由主機CPU干預(yù)；

?通道（Channel）：有硬通道和軟通道

之分，硬通道，例如，典型的DMA

（DirectMemoryAccess）工作方式；

軟通道是軟件設(shè)計中使用的各種“標*

識”、“緩沖”等;

設(shè)備I/O方式(2)

?中斷(interrupt)：有硬中斷和軟

中斷之分，中斷按級別分類排隊工

作；可按字符、字、塊的傳遞產(chǎn)生

中斷；實時控制常用實時鐘中斷，

起自動控制作用；中斷工作主要由

中斷請求、中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)處

理組成?！毖漠a(chǎn)生使管理?

作更能“自動化”.

第五章設(shè)備管理

第一節(jié)概述

第二節(jié)外部設(shè)備的安裝

第三節(jié)I/O設(shè)備分配算法

第四節(jié)設(shè)備管理技術(shù)

第五節(jié)設(shè)備處理程序編制內(nèi)容

「/

外部設(shè)備的安裝

?系統(tǒng)配置

?用戶外接設(shè)備（操作系統(tǒng)的重新生成）

?用戶外接設(shè)備（系統(tǒng)硬件接口和軟件的

充分利用）

?外部設(shè)備的即插即用

?設(shè)備驅(qū)動程序的編制

?CPU與外部信息的交換

第五章設(shè)備管理

第一節(jié)概述

第二節(jié)外部設(shè)備的安裝

第三節(jié)I/O設(shè)備分配算法

第四節(jié)設(shè)備管理技術(shù)

第五節(jié)設(shè)備處理程序編制內(nèi)容

「/

I/O設(shè)備分配算法

?先來先服務(wù)（FCFS,FirstCome

FirstService）：每一設(shè)備有一隊列

管理

?按優(yōu)先級（Priority）：一般是系統(tǒng)高

于用戶，超級用戶（系統(tǒng)管理員）

高于一般用戶。例如，RTOS操作系

統(tǒng)中，系統(tǒng)優(yōu)先級高于用戶。UNIX

操作系統(tǒng)中超級用戶優(yōu)先級高于

■慟戶十

第五章設(shè)備管理

第一節(jié)概述

第二節(jié)外部設(shè)備的安裝

第三節(jié)I/O設(shè)備分配算法

第四節(jié)設(shè)備管理技術(shù)

第五節(jié)設(shè)備處理程序編制內(nèi)容

「/

設(shè)備管理技術(shù)

?磁盤管理技術(shù)

?W4i￡2&

?虛擬設(shè)備的技術(shù)

I/O設(shè)置緩存理由

?解決信息的到達率和離去率不一致的矛盾

?緩存起中轉(zhuǎn)站的作用

?使得一次輸入的信息能多次使用

?在通道或控制器內(nèi)設(shè)置局部寄存器作為緩

沖存儲器，可暫存I/O信息，以減少中斷

CPU的次數(shù)。這種情形可進一步推廣，使

得一次讀入的信息可多次重復(fù)使用

虛擬設(shè)備的技術(shù)(SPOOLing)

?SPOOLing,全名是Simultaneous

PeripheralOperationsOn-Line,

即外圍設(shè)備聯(lián)機并行操作，它是關(guān)

于慢速字符設(shè)備如何與計算機主機

交換信息的一種技術(shù)，通常也叫做

“假脫機技術(shù)”。是一種預(yù)輸入、

緩輸出和轉(zhuǎn)儲的管理技術(shù).

SPOOLing系統(tǒng)的特點

?提高了I/O速度

?將獨享設(shè)備改造為共享設(shè)備（典

型例子是打印機的“共享”）

?實現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能

第五章設(shè)備管理

第一節(jié)概述

第二節(jié)外部設(shè)備的安裝

第三節(jié)I/O設(shè)備分配算法

第四節(jié)設(shè)備管理技術(shù)

第五節(jié)設(shè)備處理程序編制內(nèi)容

「/

設(shè)備處理程序編制內(nèi)容

?設(shè)備驅(qū)動程序包含五部分

?設(shè)備驅(qū)動程序的功能

?設(shè)備驅(qū)動程序的特點

?設(shè)備處理方式

設(shè)備驅(qū)動程序包含五部分

?設(shè)備標題(Deviceheader)

?數(shù)據(jù)存儲和局部過程(Data

Storage&LocalProcedure)

?策略過程(StrategyProcedure)

?中斷過程(InterruptProcedure)

?命令處理子程序