自考《操作系統(tǒng)》

1、 自考操作系統(tǒng)概論串講筆記第1章 引 論 考情分析本章主要內(nèi)容：1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念 2.操作系統(tǒng)的定義、作用和功能 3.操作系統(tǒng)的分類 4.管態(tài)、目態(tài)、特權(quán)指令、訪管指令的概念 5.操作系統(tǒng)與用戶的兩個(gè)接口重點(diǎn)：1.操作系統(tǒng)的功能、分類 2.處理器的工作狀態(tài) 3.程序狀態(tài)字 4.系統(tǒng)功能調(diào)用本章考試分值約為810分，出題形式多以單選題、多選題、填空題為主。 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖 串講內(nèi)容一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件兩大部分。2.（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最內(nèi)層是硬件。（2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最外層是使用計(jì)算機(jī)的人。人與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口界面是計(jì)算機(jī)軟件。（3）計(jì)算機(jī)軟件可以分為系統(tǒng)軟件、

2、支撐軟件以及應(yīng)用軟件三類。二、操作系統(tǒng)1.操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)（OS）是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的一種系統(tǒng)軟件、2.操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用有如下幾個(gè)方面：（1）操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源；（2）操作系統(tǒng)為用戶提供方便的使用接口；（3）操作系統(tǒng)具有擴(kuò)充硬件的功能。3.（重點(diǎn)）從資源管理的觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)的功能可分為：處理器管理、存儲(chǔ)管理、文件管理和設(shè)備管理。三、操作系統(tǒng)的形成與基本類型（重點(diǎn)）1.批處理操作系統(tǒng)：（1）“單道批處理系統(tǒng)”：每次只允許一個(gè)作業(yè)執(zhí)行。一批作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)交給系統(tǒng)后，系統(tǒng)順序控制作業(yè)的執(zhí)行，當(dāng)一個(gè)作業(yè)執(zhí)行結(jié)束后自動(dòng)轉(zhuǎn)

3、入下一個(gè)作業(yè)的執(zhí)行。（2）“多道批處理系統(tǒng)”：允許若干個(gè)作業(yè)同時(shí)裝入主存儲(chǔ)器，使一個(gè)中央處理器輪流地執(zhí)行各個(gè)作業(yè)，各個(gè)作業(yè)可以同時(shí)使用各自所需的外圍設(shè)備。（3）多道批處理系統(tǒng)提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源使用率，但作業(yè)執(zhí)行時(shí)用戶不能直接干預(yù)作業(yè)的執(zhí)行。但作業(yè)執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，由操作系統(tǒng)通知用戶重新修改后再次裝入執(zhí)行。2.分時(shí)操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱分時(shí)系統(tǒng)）（1）分時(shí)操作系統(tǒng)是多個(gè)用戶通過(guò)終端機(jī)器同時(shí)使用一臺(tái)主機(jī)，這些終端機(jī)器鏈接在主機(jī)上，用戶可以同時(shí)與主機(jī)進(jìn)行交互操作而不干擾。它以時(shí)間片為單位輪流使用計(jì)算機(jī)中某一資源的系統(tǒng)。（2）分時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：同時(shí)性、獨(dú)立性、及時(shí)性、交互性。3.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（1）計(jì)算

4、機(jī)系統(tǒng)接收到外部信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理，并且要在嚴(yán)格的時(shí)限內(nèi)處理完接收的事件并且給出反饋信號(hào)的系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。（2）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：快速響應(yīng)，及時(shí)處理；高可靠性和安全性。（3）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的及時(shí)性更強(qiáng)。4.（補(bǔ)充）：什么是前臺(tái)作業(yè)和后臺(tái)作業(yè)？答：在批處理兼分時(shí)的系統(tǒng)中，由分時(shí)系統(tǒng)控制的作業(yè)稱為前臺(tái)作業(yè)；由批處理系統(tǒng)控制點(diǎn)作業(yè)稱為后臺(tái)作業(yè)。四、操作系統(tǒng)的發(fā)展1. （了解）微機(jī)操作系統(tǒng)微機(jī)操作系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)文件管理、輸入/輸出控制和命令的解釋。系統(tǒng)每次只允許一個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)，稱為“單用戶操作系統(tǒng)”。如CP/M，MS-DOS等。操作系統(tǒng)提供給用戶的接口是“命令語(yǔ)言”，用戶通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)

5、輸入命令請(qǐng)求操作系統(tǒng)服務(wù)。2.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）把為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置的操作系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)各臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信以及網(wǎng)絡(luò)中各種資源共享。3.分布式操作系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的一種特殊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。分布式操作系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器模式（C/S）。分布式操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：統(tǒng)一性、透明性。4.（補(bǔ)充）：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)的異同：答：相同點(diǎn)：（1）都是安裝在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的操作系統(tǒng)；（2）都能實(shí)現(xiàn)資源共享和通信。 不同點(diǎn)：（1）是否有主次之分。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有，但分布式操作系統(tǒng)沒(méi)有。（2）是否共同完成一項(xiàng)任務(wù)。分布式操作系統(tǒng)是，但網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

6、不是。5.嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是指運(yùn)行在嵌入式（計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)中對(duì)各種部件、裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、處理和控制的系統(tǒng)軟件。嵌入式操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：微型化和實(shí)時(shí)性。6.當(dāng)前流行的操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介（1）Windows：多用戶、多任務(wù)、圖形化、窗口式的操作系統(tǒng)。（2）UNIX：多用戶、多任務(wù)、分時(shí)操作系統(tǒng)。UNIX的主要特點(diǎn)：短小精悍；具有可裝卸的多層次文件系統(tǒng)；可移植性好；網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng)。UNIX是目前唯一可以安裝和運(yùn)行在從微機(jī)、工作站、大型機(jī)到巨型機(jī)上的操作系統(tǒng)。（3）Linux：多用戶、多任務(wù)、通用操作系統(tǒng)。Linux的特點(diǎn)：支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并能與其他網(wǎng)絡(luò)集成，使異種機(jī)能方便地入

7、網(wǎng)；它支持并行處理和實(shí)時(shí)處理，能充分發(fā)揮硬件性能；它支持多種文件系統(tǒng)，方便用戶使用，等等。五、處理器的工作狀態(tài)（重點(diǎn)）1.特權(quán)指令（1）把CPU執(zhí)行的指令分成兩類：特權(quán)指令和非特權(quán)指令。（2）把不允許用戶程序中直接使用的指令稱為特權(quán)指令，其余的為非特權(quán)指令。例如，I/O指令、設(shè)置時(shí)鐘、設(shè)置控制寄存器、停機(jī)指令、設(shè)置中斷屏蔽、傳送PSW的指令等都是特權(quán)指令。（3）I/O指令只允許在操作系統(tǒng)中使用，不允許在用戶程序中使用。若用戶程序直接使用這些指令，則可能引起沖突或由于某些意外而造成錯(cuò)誤。2.管態(tài)和目態(tài)為避免用戶程序中錯(cuò)誤地使用特權(quán)指令，計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)中的中央處理器具有兩種工作狀態(tài)：目態(tài)和管態(tài)。系

8、統(tǒng)程序運(yùn)行的狀態(tài)為管態(tài)（包括特權(quán)指令）。用戶程序運(yùn)行的狀態(tài)為目態(tài)。3.怎樣限制用戶程序使用特權(quán)指令？答：如果中央處理器在目態(tài)工作，卻取到了一條特權(quán)指令，此時(shí)中央處理器將拒絕執(zhí)行該指令，并形成一個(gè)“程序中使用了非法指令”的信號(hào)。硬件的中斷裝置識(shí)別到該信號(hào)后，將暫停用戶程序的執(zhí)行，并轉(zhuǎn)交給操作系統(tǒng)去處理。操作系統(tǒng)通知用戶：“程序中有非法指令”，應(yīng)進(jìn)行修改。這樣可限制用戶使用特權(quán)指令。4.程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字（PSW）是用來(lái)控制指令執(zhí)行順序并且保留和指示與程序有關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)。程序狀態(tài)字包含三部分內(nèi)容：（1）程序基本狀態(tài)（指令地址、條件碼、目態(tài)/管態(tài)、等待/計(jì)算）（2）中斷碼（3）中斷屏蔽位。六、操作

9、系統(tǒng)與用戶的接口1.操作系統(tǒng)提供了兩類接口：程序員接口和操作員接口。2.什么是訪管指令？常見的有哪些？答：訪管指令不是特權(quán)指令，既可在管態(tài)下執(zhí)行，又可在目態(tài)下執(zhí)行，主要功能是自愿進(jìn)管，引起訪管中斷。例如，INT，drop。3.（重點(diǎn)）什么是“系統(tǒng)調(diào)用”？為什么要提供“系統(tǒng)調(diào)用”？答：操作系統(tǒng)編制了許多不同功能的子程序，供用戶程序執(zhí)行中調(diào)用。這些由操作系統(tǒng)提供的子程序稱為系統(tǒng)功能調(diào)用程序，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)為用戶程序提供的一種服務(wù)界面，或者說(shuō)，是操作系統(tǒng)保證程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言能正常工作的一種支持。在源程序一級(jí)，用戶用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述算題任務(wù)的邏輯要求，例如讀文件、寫文件、請(qǐng)求主存資源等。

10、這些要求的實(shí)現(xiàn)只有通過(guò)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用才能完成，其中有些要求還必須執(zhí)行硬件的特權(quán)指令（如I/O指令）才能達(dá)到目的。4.用戶程序執(zhí)行時(shí)，若取了訪管指令，CPU將轉(zhuǎn)入了管態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用程序后，CPU回到了目態(tài)。5.操作系統(tǒng)提供了讓聯(lián)機(jī)用戶表示作業(yè)執(zhí)行步驟的手段：操作控制命令、作業(yè)控制語(yǔ)言。第2章 處理器管理 考情分析本章主要內(nèi)容：1.多道程序涉及的概念 2.進(jìn)程的定義及其四大屬性 3.進(jìn)程控制塊（PCB）和進(jìn)程隊(duì)列的組織 4.中斷及中斷處理的概念 5.進(jìn)程調(diào)度和作業(yè)調(diào)度及其計(jì)算 6.線程的相關(guān)概念重點(diǎn)：1.多道程序設(shè)計(jì) 2.進(jìn)程、原語(yǔ) 3.進(jìn)程調(diào)度和作業(yè)調(diào)度本章考試分值約為2025分。出題形式多

11、以單選題、多選題、填空題、簡(jiǎn)答題、綜合應(yīng)用題為主。 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖 串講內(nèi)容一、多道程序設(shè)計(jì)（重點(diǎn)）1.（了解）程序的順序執(zhí)行和并行執(zhí)行一個(gè)計(jì)算機(jī)問(wèn)題，往往要依一定的順序執(zhí)行，執(zhí)行的順序是由編制的程序確定的。例如，某個(gè)數(shù)據(jù)處理問(wèn)題，程序的編制方法如圖2-1所示。圖2-1 程序的順序執(zhí)行這個(gè)程序執(zhí)行時(shí)，不能使輸入機(jī)、處理器、打印機(jī)同時(shí)忙碌?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)具有處理器與外圍設(shè)備并行工作的能力，我們可以把上述計(jì)算問(wèn)題的升序分成三個(gè)可獨(dú)立執(zhí)行的程序模塊：輸入程序、處理程序、打印程序。這樣，輸入機(jī)、處理機(jī)、打印機(jī)就可能經(jīng)常同時(shí)在忙碌，實(shí)現(xiàn)并行工作。程序的并行執(zhí)行，發(fā)揮了處理器與外圍設(shè)備并行工作的能力，使處理器的效

12、率有所提高。但是由于處理器的執(zhí)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外圍設(shè)備的傳輸速度。為了進(jìn)一步提高效率，可以考慮同時(shí)接收兩道以上的算題，這樣有可能當(dāng)一道算題在等待外圍設(shè)備傳輸?shù)耐瑫r(shí)讓另一道算題占用暫時(shí)空閑的處理器。2.（重點(diǎn)）多道程序設(shè)計(jì)讓多個(gè)計(jì)算題同時(shí)進(jìn)入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器并行執(zhí)行，這種程序設(shè)計(jì)方法稱為多道程序設(shè)計(jì)，這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為多道程序涉及系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)：通道技術(shù)和中斷系統(tǒng)。3.多道程序設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：優(yōu)點(diǎn)：能充分發(fā)揮處理器的使用效率，增加單位時(shí)間內(nèi)的算題量。 缺點(diǎn)：（1）系統(tǒng)的效率和道數(shù)不成正比；（2）可能延長(zhǎng)某些作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。二、進(jìn)程的概念（重點(diǎn)）1.進(jìn)程的定義程序的執(zhí)行

13、必須依賴于一個(gè)實(shí)體數(shù)據(jù)集。把一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行稱為一個(gè)進(jìn)程。程序是靜止的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的。2.進(jìn)程的組成進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)集合和進(jìn)程控制塊（PCB）組成。3.為什么要引入進(jìn)程？答：（1）提高資源的利用率； （2）正確描述程序的執(zhí)行情況。4.（重點(diǎn)）進(jìn)程和程序有什么區(qū)別？答：（1）進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)的； （2）多個(gè)進(jìn)程可以有相同的程序； （3）進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行，但程序不可以，程序只能并行執(zhí)行； （4）進(jìn)程是有生命期的，而程序沒(méi)有生命期，可以做文檔資料，長(zhǎng)期保存。5.進(jìn)程的屬性 答：（1）進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，它包含了數(shù)據(jù)和運(yùn)行在數(shù)據(jù)集上的程序 （2）多個(gè)進(jìn)程可以含有相同的程序 （3）多個(gè)

14、進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行 （4）進(jìn)程有三種基本狀態(tài)：等待態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)6. 進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換（重點(diǎn)） （1）運(yùn)行態(tài)等待態(tài)（2）等待態(tài)就緒態(tài)（3）運(yùn)行態(tài)就緒態(tài)（4）就緒態(tài)運(yùn)行態(tài)進(jìn)程剛被創(chuàng)建是，它的初始狀態(tài)為“就緒態(tài)”。當(dāng)它能占用處理器時(shí)變成“運(yùn)行態(tài)”。7.進(jìn)程的特性（1）動(dòng)態(tài)性（2）并發(fā)性（3）異步性。三、進(jìn)程控制塊1.進(jìn)程控制塊（PCB）包含四類信息（1）標(biāo)識(shí)信息（2）說(shuō)明信息（3）現(xiàn)場(chǎng)信息（4）管理信息。2.一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中，為了請(qǐng)求某種服務(wù)，可以再要求創(chuàng)建其它進(jìn)程。3.（重點(diǎn)）原語(yǔ)操作系統(tǒng)中往往設(shè)計(jì)一些能完成特定功能且不可中斷的過(guò)程。這些不可中斷的過(guò)程稱為原語(yǔ)。用于控制進(jìn)程的原語(yǔ)有：創(chuàng)建原語(yǔ)

15、、撤銷原語(yǔ)、阻塞原語(yǔ)、喚醒原語(yǔ)。四、進(jìn)程隊(duì)列（了解）1.進(jìn)程的基本隊(duì)列等待隊(duì)列和就緒隊(duì)列。2.入隊(duì)、出隊(duì)及隊(duì)列管理的定義一個(gè)進(jìn)程從所在的隊(duì)列中退出稱為出隊(duì)。一個(gè)進(jìn)程排入到一個(gè)指定的隊(duì)列中稱為入隊(duì)。系統(tǒng)中負(fù)責(zé)進(jìn)程入隊(duì)和出隊(duì)的工作稱為隊(duì)列管理。五、中斷和中斷處理1.中斷、中斷源及中斷處理程序的定義由于某些事件的出現(xiàn)，中止現(xiàn)行進(jìn)程的運(yùn)行，而由操作系統(tǒng)去處理出現(xiàn)的事件，待適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讓被中止的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程稱為中斷。引起中斷的事件稱為中斷源。對(duì)出現(xiàn)的事件進(jìn)行處理的程序稱為中斷處理程序。2.中斷類型（1）硬件故障中斷（2）程序中斷（3）外部中斷（4）輸入/輸出中斷（5）訪管中斷。前四類中斷是由于外

16、界的原因迫使正在運(yùn)行的進(jìn)程被打斷，因此稱為強(qiáng)迫性中斷，第五類中斷是正在運(yùn)行的進(jìn)程所期待的，它表示正在運(yùn)行的進(jìn)程對(duì)操作系統(tǒng)有某種需求，故稱為自愿性中斷。3.中斷響應(yīng)的定義通常在處理器執(zhí)行完一條指令后，硬件的中斷裝置立即檢查有無(wú)強(qiáng)迫性中斷事件發(fā)生。無(wú)論發(fā)生那類中斷事件，都由于硬件的中斷裝置暫?，F(xiàn)行進(jìn)程的運(yùn)行，而讓操作系統(tǒng)的中斷處理程序占用處理器。這一過(guò)程稱為中斷響應(yīng)。4.程序狀態(tài)字寄存器的定義在單處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)用來(lái)存放當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的PSW的寄存器，該寄存器稱為程序狀態(tài)字寄存器。5.硬件發(fā)現(xiàn)中斷事件應(yīng)做哪些事情？答：中斷裝置應(yīng)首先把出現(xiàn)的中斷事件存放到程序狀態(tài)字寄存器中的中斷

17、碼為止，然后把程序狀態(tài)字寄存器中的當(dāng)前PSW作為舊PSW存放到預(yù)先約定好的主存固定單元中保護(hù)起來(lái)，再把已經(jīng)確定好的操作系統(tǒng)處理程序的新PSW送到程序狀態(tài)字寄存器中，成為當(dāng)前PSW。這一過(guò)程稱為交換PSW。中斷裝置通過(guò)交換PSW完成中斷響應(yīng)，使被中斷進(jìn)程讓出處理器，且使處理器按照中斷處理程序的新PSW控制執(zhí)行。6.中斷處理中，中斷處理程序應(yīng)做哪些事情？答：（1）保護(hù)好被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)信息。 （2）分析引起中斷的原因。 （3）對(duì)中斷事件進(jìn)行具體處理。7.（了解）中斷事件的處理原則（1）硬件故障中斷事件的處理（2）程序中斷事件的處理（3）外部中斷事件的處理（4）輸入/輸出中斷事件的處理（5）訪問(wèn)中斷

18、事件的處理六、處理器調(diào)度（重點(diǎn)）1.輸入井、后備作業(yè)的定義在操作系統(tǒng)中，把磁盤上用來(lái)存放作業(yè)信息的專用區(qū)域稱為輸入井。把在輸入井中等待處理的作業(yè)稱為后備作業(yè)。2.作業(yè)調(diào)度的定義根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定的允許并行工作的道數(shù)和一定的規(guī)則（或稱算法）從輸入井的后備作業(yè)中選取若干作業(yè)，讓它們進(jìn)入主存儲(chǔ)器，使它們有機(jī)會(huì)去獲得處理器執(zhí)行的工作稱為作業(yè)調(diào)度。3.（重點(diǎn)）作業(yè)調(diào)度的必要條件系統(tǒng)現(xiàn)有的尚未分配的資源可以滿足被選作業(yè)的資源要求。4.進(jìn)程調(diào)度的定義按照一定的規(guī)則從就緒進(jìn)程中選取一個(gè)進(jìn)程，讓它占用處理器。這項(xiàng)從就緒進(jìn)程中選取一個(gè)進(jìn)程，讓它占用處理器的工作稱為進(jìn)程調(diào)度。5.進(jìn)程調(diào)度從就緒態(tài)選進(jìn)程，作業(yè)調(diào)度從后

19、備態(tài)（收容態(tài)）選作業(yè)。6.作業(yè)調(diào)度與進(jìn)程調(diào)度的區(qū)別作業(yè)調(diào)度是按一定的作業(yè)調(diào)度算法從輸入井的后備態(tài)中選擇資源可以滿足的作業(yè)裝入主存，使其有機(jī)會(huì)占用CPU執(zhí)行，而一個(gè)作業(yè)能否占用CPU，何時(shí)占用CPU則由進(jìn)程調(diào)度決定的，進(jìn)程調(diào)度則按一定的進(jìn)程調(diào)度算法從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程為其分配CPU去運(yùn)行，作業(yè)調(diào)度從輸入井中選中作業(yè)并拖它裝入主存中，為其創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，多個(gè)不同的進(jìn)程初始態(tài)都為就緒態(tài)，然后由進(jìn)程調(diào)度選擇當(dāng)前可占用CPU的進(jìn)程，進(jìn)程運(yùn)行中由于某種原因狀態(tài)發(fā)生變化，當(dāng)它讓出處理器時(shí)，進(jìn)程調(diào)度又再選另一個(gè)作業(yè)的進(jìn)程去執(zhí)行。7.（重點(diǎn)）在涉及調(diào)度算法時(shí)，可考慮如下原則：（1）公平性；（2）平衡資源使用；

20、（3）極大的流量；8.一個(gè)理想的調(diào)度算法應(yīng)該是既提高系統(tǒng)效率，又能使進(jìn)入系統(tǒng)的作業(yè)及時(shí)得到計(jì)算結(jié)果。9.作業(yè)i周轉(zhuǎn)時(shí)間=作業(yè)i得到計(jì)算結(jié)果的時(shí)間-作業(yè)i進(jìn)入輸入井的時(shí)間對(duì)n個(gè)作業(yè)來(lái)說(shuō)，它們的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間T為：T=（）÷n周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均時(shí)間與選用的調(diào)度算法有關(guān)。10.（重點(diǎn)）常用的作業(yè)調(diào)度算法（1）先來(lái)先服務(wù)算法它是按照作業(yè)進(jìn)入輸入井的先后次序來(lái)挑選作業(yè)，先進(jìn)入作業(yè)的優(yōu)先被挑選。一個(gè)先進(jìn)入的作業(yè)，若它所需要的資源或其中的一部分資源已被在它之前的作業(yè)占用且尚未歸還，那么，這個(gè)作業(yè)將被推遲執(zhí)行，而去選擇在它之后進(jìn)入的資源能滿足的作業(yè)先執(zhí)行。一旦有作業(yè)執(zhí)行結(jié)束歸還資源后，作業(yè)調(diào)度再次選擇作業(yè)

21、時(shí)，仍要按進(jìn)入輸入井的次序去挑選，剛剛被推遲的作業(yè)有可能被優(yōu)先選中。先來(lái)先服務(wù)算法具有一定的公平性，容易實(shí)現(xiàn)。但增加了平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，降低了系統(tǒng)的吞吐能力。（2）計(jì)算時(shí)間短的作業(yè)優(yōu)先算法采用這種算法時(shí)，要求用戶對(duì)自己的作業(yè)需要計(jì)算的時(shí)間預(yù)先作一個(gè)估計(jì)，在作業(yè)控制說(shuō)明書中加以說(shuō)明。作業(yè)調(diào)度時(shí)依據(jù)在輸入井中的作業(yè)提出的計(jì)算時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先選擇計(jì)算時(shí)間短且資源能得到滿足的作業(yè)。這種算法能降低作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的吞吐能力，但可能使大作業(yè)等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。（3）響應(yīng)比高者優(yōu)先算法響應(yīng)比最高者優(yōu)先連算法綜合考慮等待時(shí)間和計(jì)算時(shí)間，把響應(yīng)比定義為：響應(yīng)比=等待時(shí)間/計(jì)算時(shí)間一個(gè)計(jì)算時(shí)間短的作業(yè)容易得

22、到較高的響應(yīng)比，作業(yè)能被優(yōu)先選中。一個(gè)大作業(yè)在等待了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，也或得了較高的響應(yīng)比。（4）優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法（5）均衡調(diào)度算法（注意）：作業(yè)調(diào)度的必要條件和開始調(diào)度時(shí)間?！纠?】：有一個(gè)多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，設(shè)供用戶使用的主存空間為100K?，F(xiàn)有一作業(yè)序列如下：作業(yè)號(hào)進(jìn)入輸入井時(shí)間需計(jì)算時(shí)間主存量要求ABCDE10.1時(shí)10.3時(shí)10.5時(shí)10.6時(shí)10.7時(shí)42分鐘30分鐘24分鐘24分鐘12分鐘15K60K50K10K20K該系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，請(qǐng)分別寫出采用“先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法”和“計(jì)算時(shí)間短優(yōu)先算法”選中的作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。答：先來(lái)先服務(wù)算法：作業(yè)號(hào)裝入輸入井時(shí)間開始執(zhí)行的時(shí)間執(zhí)

23、行結(jié)束的時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間ABCDE10.1時(shí)10.3時(shí)11.3時(shí)10.6時(shí)11.3時(shí)10.1時(shí)10.8時(shí)11.7時(shí)11.3時(shí)12.1時(shí)10.8時(shí)11.3時(shí)12.1時(shí)11.7時(shí)12.3時(shí)0.7小時(shí)1.0小時(shí)1.6小時(shí)1.1小時(shí)1.6小時(shí)5個(gè)作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為：（0.7+1.0+1.6+1.1+1.6）÷5=1.2（小時(shí)）計(jì)算時(shí)間短的作業(yè)優(yōu)先算法：作業(yè)號(hào)裝入輸入井時(shí)間開始執(zhí)行的時(shí)間執(zhí)行結(jié)束的時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間ABCDE10.1時(shí)10.3時(shí)11.3時(shí)10.6時(shí)11.3時(shí)10.1時(shí)10.8時(shí)11.9時(shí)11.3時(shí)11.7時(shí)10.8時(shí)11.3時(shí)12.3時(shí)11.7時(shí)11.9時(shí)0.7小時(shí)1.0小時(shí)1.8小時(shí)

24、1.1小時(shí)1.2小時(shí)5個(gè)作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為： （0.7+1.0+1.8+1.1+1.2）÷5=1.16（小時(shí)）【例2】：某單道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中有3個(gè)作業(yè)A、B、C，它們到達(dá)輸入井的時(shí)間及需要的計(jì)算時(shí)間如下表：作業(yè)名到達(dá)輸入井時(shí)間需計(jì)算時(shí)間ABC8:509:009:301.5小時(shí)0.4小時(shí)1.0小時(shí)當(dāng)這3個(gè)作業(yè)全部到達(dá)輸入井后，系統(tǒng)以響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法選擇作業(yè)，忽略調(diào)度所用的時(shí)間，則作業(yè)被選中的次序應(yīng)是怎樣的呢？答：由于進(jìn)行作業(yè)調(diào)度的時(shí)間是在作業(yè)全部到達(dá)輸入井之后，即在9:30開始進(jìn)行調(diào)度，此時(shí)作業(yè)A、B、C分別等待了40分鐘、30分鐘和0分鐘，因而它們的響應(yīng)比為：A作業(yè)的響應(yīng)比=

25、40/90=4/9B作業(yè)的響應(yīng)比=30/24=5/4C作業(yè)的響應(yīng)比=0/60=0可見，作業(yè)B的響應(yīng)比最高，當(dāng)然優(yōu)先選擇作業(yè)B裝入主存儲(chǔ)器執(zhí)行。作業(yè)B執(zhí)行結(jié)束后，又要進(jìn)行調(diào)度，由于等待時(shí)間發(fā)生了變化，故應(yīng)重新計(jì)算響應(yīng)比。此時(shí)的計(jì)算結(jié)果如下：A作業(yè)的響應(yīng)比=64/90=32/45C作業(yè)的響應(yīng)比=24/60=2/5顯然作業(yè)A的響應(yīng)比高于作業(yè)C的響應(yīng)比，因而先選擇在作業(yè)A執(zhí)行，最后再讓作業(yè)C進(jìn)入主存儲(chǔ)器執(zhí)行。11.進(jìn)程切換的定義及原因我們把一個(gè)進(jìn)程讓出處理器由另一個(gè)進(jìn)程占用處理器的過(guò)程稱為進(jìn)程切換。下列情況均會(huì)引起進(jìn)程的切換（原因）：（1）一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成等待狀態(tài)。（2）一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成就

26、緒狀態(tài)。（3）一個(gè)進(jìn)程從等待狀態(tài)變成就緒狀態(tài)。（4）一個(gè)進(jìn)程完成工作后被撤銷。12.（重點(diǎn)）常用的進(jìn)程調(diào)度算法（1）先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法按照進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后次序可占用處理器的進(jìn)程。一旦一個(gè)進(jìn)程占有了處理器，它就一致運(yùn)行下去，直到該進(jìn)程完成工作而結(jié)束或者因等待某事件而不能運(yùn)行時(shí)才讓出處理器。（2）最高優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法進(jìn)程占用處理器后有兩種方式：第一種方式是非搶占式的（非剝奪式的），第二種方式是可搶占式的（剝奪式的）。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，可把處理緊急情況的報(bào)警進(jìn)程定為最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，一旦有緊急事件發(fā)生時(shí)，這個(gè)報(bào)警進(jìn)程就可搶占處理器進(jìn)行緊急處理和發(fā)出報(bào)警信號(hào)。優(yōu)先數(shù)大的優(yōu)先級(jí)高，出Unix之外。（3）

27、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法時(shí)間片是指允許進(jìn)程一次占用處理器的最長(zhǎng)時(shí)間。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法把就緒進(jìn)程按就緒的先后次序排成隊(duì)列，調(diào)度時(shí)總是選擇就緒隊(duì)列中的第一個(gè)進(jìn)程，讓它占用處理器，但規(guī)定它一次連續(xù)占用處理器的實(shí)踐不能超過(guò)預(yù)定的時(shí)間片。在分時(shí)操作系統(tǒng)中，經(jīng)常采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法?！纠浚杭僭O(shè)有5個(gè)進(jìn)程，只有一個(gè)在執(zhí)行，有5個(gè)進(jìn)程在等待，有4個(gè)進(jìn)程在就緒。七、線程的概念1.線程的定義線程又稱輕量級(jí)進(jìn)程，是進(jìn)程中可獨(dú)立執(zhí)行的子任務(wù)。一個(gè)進(jìn)程中可以有一個(gè)或多個(gè)線程，每個(gè)線程都應(yīng)有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符和一張線程描述表。線程描述表記錄線程執(zhí)行時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)信息及狀態(tài)等。2.線程的基本屬性：（1）同一個(gè)進(jìn)程中的各線程駐留在分

28、配給進(jìn)程的主存地址空間中，且共享該進(jìn)程的所有資源。（2）一個(gè)線程被創(chuàng)建后便開始了它的生命周期，直至執(zhí)行結(jié)束而終止。線程在生命期內(nèi)會(huì)經(jīng)歷等待態(tài)、就緒態(tài)和運(yùn)行態(tài)等各種狀態(tài)變化。（3）線程是處理器的獨(dú)立調(diào)度單位，多個(gè)線程可以并發(fā)執(zhí)行。（4）不同的線程可以執(zhí)行相同的程序，即同一個(gè)服務(wù)程序若被不同用戶調(diào)用時(shí)操作系統(tǒng)就為它們創(chuàng)建不同的線程。3.線程與進(jìn)程的根本區(qū)別線程與進(jìn)程的根本區(qū)別是把進(jìn)程作業(yè)資源分配單位，而線程是調(diào)度和執(zhí)行單位；每一個(gè)進(jìn)程都有自己的主存空間，但同一進(jìn)程中的各線程共享該進(jìn)程的主存空間，進(jìn)程中的所有線程對(duì)進(jìn)程的整個(gè)主存空間都有存取權(quán)限。第3章 存儲(chǔ)管理 考情分析本章主要內(nèi)容：1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

29、中的存儲(chǔ)器 2.邏輯地址和絕對(duì)地址 3.重定位 4.單用戶連續(xù)存儲(chǔ)管理 5.固定分區(qū)管理 6.可變分區(qū)存儲(chǔ)管理及常用的分配算法 7.頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理、虛擬存儲(chǔ)器、頁(yè)面調(diào)度重點(diǎn)：1.可變分區(qū)方式的主存分配算法以及移位技術(shù)2.頁(yè)式主存空間的分配與回收 3.頁(yè)面調(diào)度算法本章考試分值約為15分。出題形式多以單選題、多選題、填空題、簡(jiǎn)答題、綜合應(yīng)用題為主。 串講內(nèi)容一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器1.存儲(chǔ)器的分類若把CPU中的寄存器看作是一種特殊的存儲(chǔ)器，則可把存儲(chǔ)器分為：寄存器、主存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器三個(gè)層次。2.寄存器寄存器是計(jì)算機(jī)中價(jià)格最昂貴飛存儲(chǔ)器，它的存取速度快，但容量小。常用的寄存器有

30、：指令寄存器、通用寄存器、控制寄存器。3.主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器容量較大，存儲(chǔ)速度也較快。存儲(chǔ)單元以字節(jié)為單位進(jìn)行編址，若干字節(jié)組成一個(gè)字，處理器能按地址讀/寫一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字。主存用于存放用戶當(dāng)前需要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，以及操作系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理的信息。高速緩沖寄存器的速度快于主存，但造價(jià)比主存高，因而存儲(chǔ)容量不大。用于存放經(jīng)常被訪問(wèn)的單元，以提高主存的速度。4.輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量大，可用來(lái)長(zhǎng)期存儲(chǔ)信息，但處理器不能直接讀/寫輔助存儲(chǔ)器，因此速度較慢。二、重定位1.絕對(duì)地址和邏輯地址主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元以字節(jié)為單位，把容量為n的主存空間的地址編號(hào)稱為主存儲(chǔ)器的絕對(duì)地址，與絕對(duì)地址對(duì)應(yīng)的主存

31、空間稱物理地址空間。為了方便用戶，每個(gè)用戶都可以認(rèn)為自己作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)存放在一組從“0”開始的連續(xù)空間中。把用戶程序中使用的地址稱為邏輯地址,與邏輯地址對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間稱為邏輯地址空間。2.重定位的定義及分類把邏輯地址轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址的工作稱為重定位或地址轉(zhuǎn)換。重定位的方式可以有靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種。3.靜態(tài)重定位由于地址轉(zhuǎn)換工作是在作業(yè)執(zhí)行前集中一次完成的，所以在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中就無(wú)需再進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換工作。這種定位方式稱為靜態(tài)重定位。靜態(tài)重定位不需要硬件支持。4.動(dòng)態(tài)重定位在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中，由硬件的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，在執(zhí)行指令時(shí)只要把邏輯地址與基址寄存器中的值相加就可得到絕對(duì)地址。

32、這種定位方式在執(zhí)行過(guò)程中進(jìn)行的，所以稱為動(dòng)態(tài)重定位。動(dòng)態(tài)重定位需硬件支持，即基址寄存器。動(dòng)態(tài)重定位支持程序浮動(dòng)。三、單用戶連續(xù)存儲(chǔ)管理（適合單道程序設(shè)計(jì)）1.單用戶連續(xù)存儲(chǔ)管理基本原理在這種管理方式下，操作系統(tǒng)占了一部分主存空間，其余剩下的主存空間都分配給一個(gè)作業(yè)使用，即在任何時(shí)刻主存儲(chǔ)器中最多只有一個(gè)作業(yè)，故適合于單道運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.地址變換方式如下：（1）設(shè)置一個(gè)界限寄存器（BR），其內(nèi)容是主存中用戶區(qū)的首地址，只當(dāng)操作系統(tǒng)功能擴(kuò)充或修改時(shí)，改變了所占區(qū)域的長(zhǎng)度，才更改界限寄存器的內(nèi)容。（2）絕對(duì)地址=邏輯地址+BR的值（界限地址）（3）采用靜態(tài)重定位3.處理器在執(zhí)行指令時(shí)要檢查其絕

33、對(duì)地址是否界限地址，且最大地址C。若絕對(duì)絕對(duì)地址在規(guī)定的范圍內(nèi)，則可執(zhí)行，否則產(chǎn)生一個(gè)“地址越界”中斷事件，由操作系統(tǒng)進(jìn)行處理，以達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù)的目的。四、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理（適合多道程序設(shè)計(jì)）1.分區(qū)的定義固定分區(qū)存儲(chǔ)管理是把主存儲(chǔ)器中可分配的用戶區(qū)域預(yù)先劃分成若干個(gè)連續(xù)區(qū)，每一個(gè)連續(xù)區(qū)稱為一個(gè)分區(qū)。2.固定分區(qū)存儲(chǔ)管理的特點(diǎn)（1）分區(qū)大小固定（2）分區(qū)數(shù)目固定。3.主存空間的分配與回收存儲(chǔ)管理設(shè)置“分區(qū)分配表”來(lái)說(shuō)明各分區(qū)的分配和使用情況。表中指出各分區(qū)的起始地址和長(zhǎng)度，并為每個(gè)分區(qū)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位。標(biāo)志位為“0”表示分區(qū)空間，非“0”表示分區(qū)已被占用。當(dāng)有作業(yè)要裝入分區(qū)，存儲(chǔ)管理分配主存區(qū)域時(shí)

34、，根據(jù)作業(yè)地址空間的長(zhǎng)度與標(biāo)志為“0”的分區(qū)的長(zhǎng)度比較，當(dāng)有分區(qū)長(zhǎng)度能容納該作業(yè)時(shí)，則把作業(yè)裝入該分區(qū)，且把作業(yè)名填到占用標(biāo)志位上。否則，該作業(yè)暫時(shí)不能裝入。作業(yè)運(yùn)行結(jié)束后，根據(jù)作業(yè)名查分區(qū)分配表，把該分區(qū)的占用標(biāo)志置成“0”以示空閑。4.地址轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)保護(hù)因作業(yè)存放區(qū)域不會(huì)改變，可采用靜態(tài)重定位方式把作業(yè)裝入所在的分區(qū)號(hào)，且把該分區(qū)的下限地址和上限地址分別送入下限寄存器和上限寄存器中。處理器執(zhí)行該作業(yè)的指令時(shí)必須核對(duì)：“下限地址絕對(duì)地址上限地址”如此等式不成立，產(chǎn)生“地址越界”中斷事件。5.為了提高主存空間的利用率，可以采用如下幾種措施：（1）根據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)的作業(yè)的大小和數(shù)量來(lái)劃分分區(qū)，盡可能

35、使各個(gè)分區(qū)被充分利用。（2）劃分分區(qū)時(shí)按分區(qū)的大小順序排列，低地址部分是較小的分區(qū)，高地址部分是較大的分區(qū)。（3）按作業(yè)對(duì)主存空間的需求量排成多個(gè)作業(yè)隊(duì)列，每個(gè)作業(yè)隊(duì)列中的各作業(yè)依次裝入一個(gè)一個(gè)固定的分區(qū)中，每次裝一個(gè)作業(yè)；不同作業(yè)隊(duì)列中的作業(yè)分別依次裝入不同的分區(qū)中；不同的分區(qū)中可同時(shí)裝入作業(yè)；某作業(yè)隊(duì)列為空時(shí)；該作業(yè)隊(duì)列對(duì)應(yīng)的分區(qū)也不用來(lái)裝入其它作業(yè)隊(duì)列中的作業(yè)，空閑的分區(qū)等到對(duì)應(yīng)作業(yè)隊(duì)列有作業(yè)時(shí)再被使用。五、可變分區(qū)存儲(chǔ)管理1.可變分區(qū)存儲(chǔ)管理的基本思想和特點(diǎn)可變分區(qū)存儲(chǔ)管理是把作業(yè)要求裝入主存儲(chǔ)器時(shí)，根據(jù)作業(yè)需要的主存空間大小和當(dāng)時(shí)主存空間使用情況來(lái)決定是否為作業(yè)分配一個(gè)分區(qū)。分區(qū)的長(zhǎng)

36、度按作業(yè)的實(shí)際需求劃分；分區(qū)的個(gè)數(shù)由裝入的作業(yè)數(shù)決定。2.（重點(diǎn)）可變分區(qū)管理方式常用的主存分配算法有：（1）最先適應(yīng)分配算法：基本思想是空閑區(qū)在空閑區(qū)表中按地址遞增的次序排列。（2）最優(yōu)適應(yīng)分配算法：基本思想是空閑區(qū)在空閑區(qū)表中按其容量遞增的次序排列。（3）最壞適應(yīng)分配算法：基本思想是空閑區(qū)在空閑區(qū)表中按其容量遞減的次序排列。3.歸還區(qū)與空閑區(qū)合并的四種情況：（1）歸還區(qū)有上鄰空閑區(qū)；（2）歸還區(qū)有下鄰空閑區(qū)；（3）歸還區(qū)即有上鄰空閑區(qū)又有下鄰空閑區(qū)，空閑區(qū)-1；（4）歸還區(qū)即無(wú)上鄰空閑區(qū)又無(wú)下鄰空閑區(qū)，空閑區(qū)+1。4.地址轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)保護(hù)一般采用動(dòng)態(tài)重定位方式裝入作業(yè)。硬件設(shè)置有兩個(gè)專用的基

37、址寄存器和限長(zhǎng)寄存器，以及一些加法、比較線路等。當(dāng)作業(yè)可以占用處理器執(zhí)行時(shí)，進(jìn)程調(diào)度便把該作業(yè)所占分區(qū)的起始地址送入基址寄存器，所占分區(qū)的最大地址送入限長(zhǎng)寄存器。作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)取出一條指令后，把該指令中的邏輯地址與基址寄存器的內(nèi)容相加即得到絕對(duì)地址，該絕對(duì)地址若滿足：“基址寄存器內(nèi)容絕對(duì)地址限長(zhǎng)寄存器內(nèi)容”允許指令訪問(wèn)主存單元地址，否則，說(shuō)明絕對(duì)地址已超出區(qū)域。5.（重點(diǎn)）把作業(yè)從一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域移到另一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的工作稱為移動(dòng)。采用移動(dòng)技術(shù)有兩個(gè)目的：（1）集中分散的空閑區(qū)（2）便于作業(yè)動(dòng)態(tài)擴(kuò)充主存6.（重點(diǎn)）采用移動(dòng)技術(shù)時(shí)必須注意兩個(gè)問(wèn)題：（1）移動(dòng)會(huì)增加系統(tǒng)開銷（2）移動(dòng)是有條件的六、頁(yè)

38、式虛擬存儲(chǔ)管理（重點(diǎn)）1.頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理的主要特點(diǎn)（1）作業(yè)運(yùn)行前必須全部裝入主存（2）作業(yè)可裝入主存的不連續(xù)區(qū)域2.頁(yè)表是由操作系統(tǒng)創(chuàng)建的，對(duì)用戶不可見。每個(gè)作業(yè)都有一張頁(yè)表，頁(yè)表是在主存上的。主存空間有地址結(jié)構(gòu)決定。3.頁(yè)式存儲(chǔ)管理的基本原理頁(yè)式存儲(chǔ)管理是把主存儲(chǔ)器分成大小相等的去多區(qū)，每個(gè)區(qū)稱為一塊。于此對(duì)應(yīng)，編制程序的邏輯地址也分成頁(yè)，頁(yè)的大小與塊的大小相等。分頁(yè)式存儲(chǔ)器的邏輯地址由兩部分組成：頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址。其格式為：頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)地址地址結(jié)構(gòu)確定了主存儲(chǔ)器的分塊的大小，也就決定了頁(yè)面的大小?！纠?某作業(yè)頁(yè)號(hào)占6bit，頁(yè)內(nèi)地址占10bit，則該作業(yè)所需的存儲(chǔ)容量為64K，頁(yè)面大小為1

39、K，共有64頁(yè)。4.（重點(diǎn)）頁(yè)式主存空間的分配與回收頁(yè)式存儲(chǔ)管理把主存儲(chǔ)器的可分配區(qū)域按頁(yè)面大小分成若干塊，主存空間按塊為單位進(jìn)行分配?？捎靡粡堉鞔娣峙浔韥?lái)記錄已分配的塊和尚未分配的塊以及當(dāng)前剩余的空閑塊數(shù)。由于塊的大小是固定的，所以可以用一張“位示圖”來(lái)構(gòu)成主存分配表。（1）塊號(hào)=字號(hào)×字長(zhǎng)+位號(hào)（2）字號(hào)=i/字長(zhǎng)（3）位號(hào)=i mod字長(zhǎng)其中i是塊號(hào)，表示取i被字長(zhǎng)除后的整數(shù)部分，而mod表示取其余數(shù)部分?！纠浚悍猪?yè)式存儲(chǔ)管理可用一張“位示圖”構(gòu)成主存分配表，現(xiàn)設(shè)主存有8192塊，則可用字長(zhǎng)為32位的256個(gè)字作為位示圖，試問(wèn)4999塊對(duì)應(yīng)的字號(hào)和位號(hào)是多少？123字的29位

40、對(duì)應(yīng)的是哪塊？解：字號(hào)=i/字長(zhǎng)=4999/32=156 位號(hào)=i mod字長(zhǎng)=4999 mod 32=7塊號(hào)=字號(hào)×字長(zhǎng)+位號(hào)=129×32+29=41575.頁(yè)表和地址轉(zhuǎn)換頁(yè)表是指出邏輯地址中頁(yè)號(hào)與主存中塊號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。頁(yè)式存儲(chǔ)管理也是采用動(dòng)態(tài)重定位的方式裝入作業(yè)。地址轉(zhuǎn)換的一般公式為：絕對(duì)地址=塊號(hào)×塊長(zhǎng)+頁(yè)內(nèi)地址分頁(yè)式地址轉(zhuǎn)換6.快表的定義利用高速緩沖寄存器存放頁(yè)表的一部分，把存放在高速緩沖寄存器中的部分頁(yè)表稱為快表。7.虛擬存儲(chǔ)器當(dāng)主存空間小于作業(yè)需求量時(shí)，作業(yè)也能執(zhí)行，這就使得主存空間能被充分地利用，進(jìn)而用戶編織程序時(shí)可以不必考慮主存儲(chǔ)器的實(shí)際容量，允

41、許用戶的邏輯地址空間大于主存儲(chǔ)器，稱為虛擬存儲(chǔ)器。虛擬存儲(chǔ)器的容量由計(jì)算機(jī)的地址結(jié)構(gòu)和輔助存儲(chǔ)器的容量決定，與實(shí)際主存儲(chǔ)器的內(nèi)容無(wú)關(guān)。所以，虛擬存儲(chǔ)器實(shí)際上是為擴(kuò)大主存容量而采用的一種管理技巧。實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器的三大物質(zhì)基礎(chǔ)：（1）大量的輔助存儲(chǔ)器（2）一定容量的主存（3）要有地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。8.擴(kuò)充后的頁(yè)面包含哪些信息？答：頁(yè)號(hào)，標(biāo)志，主存塊號(hào)和磁盤上的位置。9.抖動(dòng)的定義剛被調(diào)出的頁(yè)又立即要用，因而又要把它調(diào)入；而調(diào)入不久又被調(diào)出；調(diào)出不久又再次被調(diào)入。如此反復(fù)，使調(diào)度非常頻繁，以至于使大部分時(shí)間都花費(fèi)在來(lái)回調(diào)度上，這種現(xiàn)象稱為抖動(dòng)，又稱顛簸。10.（重點(diǎn)）常用的頁(yè)面調(diào)度算法有：（1） 先進(jìn)先

42、出調(diào)度算法（FIFO）（2） 最近最久未使用調(diào)度算法（LRU）（3） 最近最不經(jīng)常使用調(diào)度算法（LFU）（注意）：關(guān)于頁(yè)面調(diào)度算法的3個(gè)條件、5個(gè)求解問(wèn)題3個(gè)條件：（1）作業(yè)開始的幾頁(yè)是否在主存。（2）作業(yè)第幾頁(yè)在主存。（3）上面兩點(diǎn)都沒(méi)有。5個(gè)求解問(wèn)題：（1）寫出正確的頁(yè)面調(diào)度次序。（2）求缺頁(yè)次數(shù)F。（3）求缺頁(yè)中斷率f=缺頁(yè)中斷數(shù)F/被訪問(wèn)頁(yè)面總數(shù)A。（4）寫出被淘汰的頁(yè)面次序。（5）寫出最后駐留在主存的頁(yè)面次序?！纠浚阂来我L問(wèn)的頁(yè)號(hào)為：7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，現(xiàn)只有三個(gè)主存塊可供使用，把開始的三頁(yè)先裝入主存。執(zhí)行時(shí)分別按FIFO和LRF算法進(jìn)行頁(yè)

43、面調(diào)度，求正確的頁(yè)面調(diào)度次序，求缺頁(yè)次數(shù)，求缺頁(yè)中斷率，寫出被淘汰的頁(yè)面次序，寫出最后駐留在主存的頁(yè)面次序。解：（1）FIFO算法：正確的頁(yè)面調(diào)度次序如下表所示：被訪問(wèn)的頁(yè)面7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 主存塊數(shù)M=3 7 2 2 2 2 4 4 4 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0 0 0 3 3 3 3 3 2缺頁(yè)中斷次數(shù)F + + + + + + + + +缺頁(yè)中斷次數(shù)F=9缺頁(yè)中斷率f=9/12被淘汰的頁(yè)面次序：7，0，1，2，3，0，4，2，3最后駐留在主存的頁(yè)面次序：0，1，2（2）LRU算法：

44、正確的頁(yè)面調(diào)度次序如下表所示：被訪問(wèn)的頁(yè)面7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 主存塊數(shù)M=31 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 20 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 17 0 1 2 2 3 0 4 2 2 0 3 3缺頁(yè)中斷次數(shù)F + + + + + + + 缺頁(yè)中斷次數(shù)F=7缺頁(yè)中斷率f=7/12被淘汰的頁(yè)面次序：7，1，2，3，0，4，0最后駐留在主存的頁(yè)面次序：3，1，2七、多級(jí)頁(yè)表（了解）我們以32位邏輯地址為例來(lái)闡述二級(jí)頁(yè)表的原理。把32位邏輯地址分成三部分，其中低12位是頁(yè)內(nèi)地址，高20位的頁(yè)號(hào)分成兩部分，每一部分各占10位。其格式

45、如下： 0 9 10 19 20 31頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)地址 頁(yè)號(hào) 頁(yè)號(hào)頁(yè)號(hào)指出頁(yè)面組的編號(hào)（一級(jí)頁(yè)表），頁(yè)號(hào)指出每個(gè)頁(yè)面組內(nèi)的頁(yè)面編號(hào)（二級(jí)頁(yè)表）。各種管理方式下的地址轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)保護(hù)（總結(jié)）管理方式重定位方式地址轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)保護(hù)操作系統(tǒng)執(zhí)行硬件執(zhí)行單用戶連續(xù)靜態(tài)定位絕對(duì)地址=邏輯地址+界限地址界限地址絕對(duì)地址主存最大地址固定分區(qū)靜態(tài)定位絕對(duì)地址=邏輯地址+分區(qū)始址分區(qū)始址絕對(duì)地址分區(qū)始址+分區(qū)長(zhǎng)度可變分區(qū)動(dòng)態(tài)定位分區(qū)始址ð基址寄存器分區(qū)末址ð限長(zhǎng)寄存器絕對(duì)地址=邏輯地址+基址寄存器值基址寄存器值絕對(duì)地址限長(zhǎng)寄存器值頁(yè)式動(dòng)態(tài)定位建立頁(yè)表表中設(shè)置訪問(wèn)標(biāo)志絕對(duì)地址=塊號(hào)×塊長(zhǎng)+頁(yè)內(nèi)

46、地址核對(duì)訪問(wèn)權(quán)第4章 文件管理 考情分析本章主要內(nèi)容：1.文件、文件系統(tǒng)的定義及功能 2.文件的存儲(chǔ)介質(zhì) 3.文件的組織結(jié)構(gòu)、記錄的成組與分解 4.文件存儲(chǔ)空間管理的方法 5.文件的目錄結(jié)構(gòu) 6.文件的保護(hù)、保密及其文件的基本操作重點(diǎn)：1.邏輯文件、物理文件 2.記錄的成組與分解 3.文件目錄結(jié)構(gòu)以及畫二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)圖本章考試分值約為20分。出題形式多以單選題、填空題、簡(jiǎn)答題、綜合應(yīng)用題為主。 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖 串講內(nèi)容一、概 述1.文件管理的定義為了減輕用戶的負(fù)擔(dān)和保證系統(tǒng)的安全，操作系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了對(duì)信息進(jìn)行管理的部分，稱為文件管理或文件系統(tǒng)。2.（了解）文件和文件系統(tǒng)我們把邏輯上具有完整意義的信息集

47、合稱為文件。每個(gè)文件都要用一個(gè)名字（稱為文件名）作標(biāo)識(shí)。文件系統(tǒng)來(lái)管理文件的存儲(chǔ)、檢索、更新、共享和保護(hù)。3.文件系統(tǒng)的功能（1）實(shí)現(xiàn)從邏輯文件到物理文件之間的轉(zhuǎn)換（2）有效地分配文件的存儲(chǔ)空間（3）建立文件目錄（4）提供合適的存取方式以適應(yīng)各種不同的應(yīng)用（5）確保文件的安全性（6）提供一組文件操作4.文件的分類（1） 按用途可分成：系統(tǒng)文件、庫(kù)文件和用戶文件（2） 按保護(hù)級(jí)別可分成：只讀文件、讀寫文件、執(zhí)行文件和不保護(hù)文件（3） 按信息流向可分成：輸入文件、輸出文件和輸入輸出文件（4） 按存放時(shí)限可分成：臨時(shí)文件、永久文件和檔案文件（5） 按設(shè)備類型可分成：磁帶文件、磁盤文件等（6） 按組織

48、方式可分成：邏輯文件、物理文件二、文件的存儲(chǔ)介質(zhì)1.文件的存儲(chǔ)介質(zhì)、存儲(chǔ)設(shè)備的定義 可用來(lái)記錄信息的磁帶、硬磁盤組、軟磁盤片、光盤、卡片等稱為存儲(chǔ)介質(zhì)。把信息記錄到存儲(chǔ)介質(zhì)上或從存儲(chǔ)介質(zhì)上讀出信息必須啟動(dòng)相應(yīng)的磁帶機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、卡片機(jī)等存儲(chǔ)設(shè)備。2.文件中幾個(gè)術(shù)語(yǔ)的定義存儲(chǔ)介質(zhì)的物理單位定義為卷。存儲(chǔ)介質(zhì)上可連續(xù)存儲(chǔ)信息的一個(gè)區(qū)域稱為塊，或稱為物理記錄。把所有的讀寫磁頭按從上到下的次序進(jìn)行編號(hào)，稱為磁頭號(hào)。當(dāng)移動(dòng)臂移到某一位置時(shí)。所有的讀寫詞頭都在同柱面上，把盤面上磁道的編號(hào)作為柱面號(hào)。每個(gè)盤面被劃分成若干相等的扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)中的各個(gè)磁道都是可存放相等字節(jié)數(shù)的一個(gè)塊，沿與磁盤旋轉(zhuǎn)相反的方向給

49、各扇區(qū)編號(hào)，稱為扇區(qū)號(hào)。三、文件的組織（重點(diǎn)）1.（重點(diǎn)）文件的邏輯結(jié)構(gòu)用戶組織的文件稱為邏輯文件。通常，邏輯文件簡(jiǎn)稱為文件。邏輯文件可以有兩種形式：流式文件、記錄式文件。流式文件是指對(duì)文件內(nèi)的信息不再劃分單位，是由依次的一串信息組成。記錄式文件是指用戶把信息按邏輯上獨(dú)立的含義劃分信息單位，每個(gè)單位稱為一個(gè)邏輯記錄，簡(jiǎn)稱為記錄。邏輯記錄可依次編號(hào)，其序號(hào)稱為邏輯記錄號(hào)，簡(jiǎn)稱為記錄號(hào)。2.記錄的主鍵和次鍵用來(lái)惟一標(biāo)識(shí)某個(gè)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)稱為記錄的主鍵。能標(biāo)識(shí)具有某一特性的所有記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)稱為記錄的次鍵。3.文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)存放在存儲(chǔ)介質(zhì)上的文件成為物理文件。記錄式文件在磁盤上的順序結(jié)構(gòu)、鏈接結(jié)構(gòu)和索引

50、結(jié)構(gòu)三種。把一個(gè)文件在邏輯上連續(xù)的信息存放到磁盤上依次相鄰的塊中，便形成順序結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：訪問(wèn)第i個(gè)記錄之后接著總是訪問(wèn)第i+1個(gè)記錄。優(yōu)點(diǎn)：存取信息的速度快。缺點(diǎn)：不利于文件的擴(kuò)展和存儲(chǔ)空間利用率不高。鏈接結(jié)構(gòu)是將文件的邏輯記錄順序與磁盤上的存儲(chǔ)空間順序獨(dú)立開來(lái)，即邏輯記錄是順序的，但文件占用的存儲(chǔ)空間塊可以任意選擇，不必連續(xù)。特點(diǎn)：每個(gè)物理塊的最后一個(gè)單元中不能存放文件的信息，而是用來(lái)存放物理塊之間的鏈接指針。優(yōu)點(diǎn)：允許用戶擴(kuò)充文件，便于文件的增、刪記錄。只適合與對(duì)記錄按先后順序進(jìn)行存取的文件。索引結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)非連續(xù)存儲(chǔ)的另一種方式。索引結(jié)構(gòu)為每一個(gè)文件建立一張索引表，指出文件中每個(gè)記錄的存放

51、地址。優(yōu)點(diǎn)：便于文件的增、刪記錄。缺點(diǎn)：當(dāng)文件的記錄很多時(shí)，索引表就很龐大。4.文件的存取方式文件在存儲(chǔ)介質(zhì)上的組織方式與存儲(chǔ)設(shè)備的物理特性，用戶如何使用文件有關(guān)。存取方式分為：順序存取和隨機(jī)存取。順序存取是指按文件的邏輯順序或記錄順序依次進(jìn)行讀/寫的存取方式。隨機(jī)存取是指不一定要按文件的邏輯順序或記錄順序讀/寫文件中信息，而是可以按任意的次序隨機(jī)地讀/寫文件中信息的存取方式。把一個(gè)文件分成若干個(gè)邏輯記錄的文件稱為記錄式文件，而把不分記錄的文件稱為流式文件。5.存取方式與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的關(guān)系介質(zhì)類型存取方式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)順序存取隨機(jī)存取磁盤順序文件、鏈接文件、索引文件索引文件磁帶順序文件6.（重點(diǎn)）記錄的

52、成組與分解把若干個(gè)記錄合并成一組存入一塊工作稱為記錄的成組。從一組邏輯記錄中把一個(gè)邏輯記錄分離出來(lái)的工作稱為記錄的分解。磁帶利用率=%【例1】:某用戶文件有20個(gè)記錄,每個(gè)記錄長(zhǎng)度為200個(gè)字符,若把文件存放到磁帶上,磁帶的記錄密度800字符/英寸,塊間隙為0.5英寸。試回答：（1）不采用記錄成組時(shí)磁帶空間的利用率為多少？ （2）采用記錄成組且塊因子為4時(shí)，磁帶空間的利用率為多少？ （3）要使磁帶利用率不小于50%，塊因子至少為多少？解：（1）100%=33.33% （2）100%=66.67% （3）設(shè)塊因子至少為 50% 解得：2【例2】:假設(shè)某文件的順序結(jié)構(gòu)存放在磁盤上,該文件有10個(gè)記

53、錄組成,每個(gè)記錄長(zhǎng)為512字節(jié),文件存放在磁盤上的起始?jí)K號(hào)為28,每個(gè)物理塊長(zhǎng)為1K。試回答：（1）利用記錄成組方式時(shí)，塊因子為多少時(shí)才算合適？ （2）存放該文件至少占用多少個(gè)磁盤塊？ （3）該文件的第6個(gè)邏輯記錄所在的磁盤塊號(hào)是多少？（4）若把第6條記錄讀到用戶區(qū)的1500單元的開始區(qū)域，寫出完成該要求的過(guò)程。答：（1）1024÷512=2個(gè) 塊因子為2個(gè)才合適 （2）10÷2=5個(gè) 存放該文件至少占用5個(gè)磁盤塊 （3）281 2293 4305 6 第6個(gè)邏輯記錄所在的磁盤塊為30 （4）第一步，開辟主存緩沖區(qū)，且為1K； 第二步，找到第6條邏輯記錄所在的塊，第30塊，發(fā)送到主存緩沖區(qū)； 第三步，進(jìn)行記錄的分解，將第6