2010年自考工学类“操作系统原理”复习资料.doc

2010年自考工学类“操作系统原理”复习资料学习操作系统，首先我们应该知道操作系统的概念。本章主要讲述了以下几个问题。一、什么是操作系统二、操作系统的形成三、操作系统的类型四、操作系统的功能一、什么是操作系统在回答这个问题之前，我们先来了解一下什么是计算机系统。计算机系统是按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。计算机系统由硬件系统和软件系统组成。软硬件系统的组成部分就是计算机系统的资源，当不同的用户使用计算机时都要占用系统资源并且有不同的控制需求。操作系统就是计算机系统的一种系统软件，由它统一管理计算机系统的资源和控制程序的执行。操作系统的设计目标一是使计算机系统使用方便。二是使得计算机系统能高效地工作。二、操作系统的形成早期没有操作系统原始汇编系统管理程序操作系统 可以看到，操作系统是随着计算机硬件的发展和应用需求的推动而形成的。三、操作系统的类型按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为以下几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是基本的操作系统(加亮)1、批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、顺序地被装入运行。批处理多道系统则允许多个作业同时装入主存储器，中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率。2、分时操作系统，这种系统中，一个计算机系统与许多终端设备连接，分时系统支持多个终端用户，同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提供了灵活性。分时系统的主要特点是同时性、独立性、及时性和交互性。3、实时操作系统能使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并在严格的规定时间内完成处理，且给出反馈信号。它是较少有人为干预的监督和控制系统。实时系统对可靠性和安全性要求极高，不强求系统资源的利用率。4、网络操作系统可以把若干计算机联合起来，实现各台计算机之间的通信及网络中各种资源的共享，像我们现在使用的Windows ，UNIX和Linux等操作系统都是网络操作系统。5、分布式操作系统的网络中各台计算机没有主次之分，在任意两台计算机间的可进行信息交换和资源共享。这一点上分布式操作系统和网络操作系统差别不大，他们的本质区别在于：分布式操作系统能使系统中若干计算机相互协作完成一个共同的任务。这使得各台计算机组成一个完整的，功能强大的计算机系统。四、操作系统的功能从资源管理的观点出发，操作系统功能可分为五大部分：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理。计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成，操作系统是软件系统的一个组成部分，它是直接在硬件系统的基础上工作的，所以在研究操作系统之前，先必须对计算机系统的结构有一个基本的了解，本章就是讲述计算机系统结构的基本知识。本章的考核 知识点 是： 1.计算机系统的层次结构 2.硬件环境 3.操作系统结构学习本章要求：了解计算机系统的结构，有关硬件的I/O中断和存储结构，硬件的保护措施;有关操作系统的结构，操作系统提供的使用接口。重点 是：硬件环境和操作系统的结构一、计算机系统的层次结构 ( 识记 )现代的通用计算机系统是由硬件和软件组成的一种层次式结构，最内层是硬件系统，最外层是使用计算机系统的人，人与硬件系统之间是软件系统本章考核知识点：1.多道程序设计 2.进程 3.进程状态 4.进程控制块 5.进程队列 6.可再入程序 7.中断及中断响应 8.中断优先级 9.进程调度自学要求：通过本章学习应该掌握多道程序设计是如何提高计算机系统效率的;进程与程序有什么区别;进程的基本状态以及状态变化;进程队列及进程调度策略;中断的作用。重点是：多道程序设计;进程的定义和属性;进程调度策略。一、 多道程序设计( 领会 )1、什么是多道程序设计。让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行，这种设计技术称“ 多道程序设计 ”，这种计算机系统称“多道程序设计系统” 或简称“多道系统”。存储保护 ：在多道程序设计的系统中，主存储器中同时存放了多个作业的程序。为避免相互干扰，必须提供必要的手段使得在主存储器中的各道程序只能访问自己的区域。这样，每道程序执行时，都不会破坏其他各道的程序和数据。特别是当某道程序发生错误的时，也不至于影响其它的程序。程序浮动 ：在多道程序设计系统中，对程序有一些特殊要求，也就是说，程序可以随机地从主存的一个区域移动到另一个区域，程序被移动后仍丝毫不影响它的执行，这种技术称为“程序浮动”。在多道程序设计的系统中，有三点基本要求：用“存储保护”的方法保证各道程序互不侵犯;用“程序浮动”技术让程序能灵活地改变存放区域且能正确执行;必须对资源按一定的策略分配和调度。2、 多道程序设计 利用了系统与外围设备的并行工作能力，从而提高工作效率。具体表现为：提高了处理器的利用率;充分利用外围设备资源：计算机系统配置多种外围设备，采用多道程序设计并行工作时，可以将使用不同设备的程序搭配在一起同时装入主存储器，使得系统中各外围设备经常处于忙碌状态，系统资源被充分利用;发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力;从总体上说，采用多道程序设计技术后，可以有效地提高系统中资源的利用率，增加单位时间内的算题量，从而提高了吞吐率。3、 多道程序设计 对算题量和算题时间的影响。 采用多道程序设计能改变系统资源的使用情况，提高系统效率。但是应注意以下两个问题：可能延长程序的执行时间;并行工作道数与系统效率不成正比。从表面上看，增加并行工作道数就可提高系统效率，但实际上并行工作道数与系统效率是不成正比，因为并行的道数要根据系统配置的资源和用户对资源的要求而定：(1)主存储器的大小限制了可同时装入的程序数量;(2)外围设备的数量也是一个制约条件;(3)多个程序同时要求使用同一资源的情况也会经常发生。总之，多道程序设计能提高系统资源的使用效率，增加单位时间的算题量;但是对每个计算问题来说，从算题开始到全部完成所需要的时间可能延长，另外在确定并行工作道数时应综合系统的资源配置和用户对资源的要求。二、 进程( 领会 )1、 进程 的定义：把一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个“进程”。2、 进程是由 程序 、 数据集 和 进程控制块 三部分组成。我们举一个例子，比如在有一个用户程序notepad.exe(记事本)，当它存放在磁盘上时，就是一个程序，在windows操作系统下运行它时，就会在内存中建立一个记事本程序的进程，而我们在记事本中编辑的当前文字就是这个进程的数据集，操作系统会为当前的进程设置一个进程控制块。如果我们再打开一个记事本程序的窗口，就会建立另一个进程，此时运行的是同一个程序，但存在两个进程，第二个窗口中的编辑内容就是第二个进程的数据集。3、 进程 与 程序 的区别及关系。程序是静止的，进程是动态的。进程包括程序和程序处理的对象(数据集)，进程能得到程序处理的结果。进程和程序并非一一对应的，一个程序运行在不同的数据集上就构成了不同的进程。通常把进程分为“系统进程”和“用户进程”两大类，把完成操作系统功能的进程称为系统进程，而完成用户功能的进程则称为用户进程。三、 进程状态( 领会 )1、 进程的 三种基本状态 .通常，根据进程执行过程中不同时刻的状态，可归纳为三种基本状态：。 等待态 ：等待某个事件的完成;。 就绪态 ：等待系统分配处理器以便运行;。 运行态 ：占有处理器正在运行。2、进程的状态变化进程在执行中状态会不断地改变，每个进程在任何时刻总是处于上述三种基本状态的某一种基本状态，进程状态之间转换关系如下图所示：运行态等待态 往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。等待态就绪态 则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。运行态就绪态 不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。就绪态运行态 系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态。进程 有 四个基本属性 ：。多态性 从诞生、运行，直至消灭。多个不同的进程可以包括相同的程序。三种基本状态 它们之间可进行转换。并发性 并发执行的进程轮流占用处理器四、进程控制块( 领会 )1、 进程控制块 的基本内容。 通常进程控制块包含四类信息：。标志信息 含唯一的进程名。说明信息 有进程状态、等待原因、进程程序存放位置和进程数据存放位置。现场信息 包括通用、控制和程序状态字寄存器的内容。管理信息 存放程序优先数和队列指针2、 进程控制块 的作用进程控制块(Process Control Block，简称PCB)，是操作系统为进程分配的用于标志进程，记录各进程执行情况的。进程控制块是进程存在的标志，它记录了进程从创建到消亡动态变化的状况，进程队列实际也是进程控制块的链接。操作系统利用进程控制块对进程进行控制和管理。进程控制块的作用有：(1)记录进程的有关信息，以便操作系统的进程调度程序对进程进行调度。这些信息包括标志信息、说明信息、现场信息和管理信息等;(2)标志进程的存在，进程控制块是进程存在的唯一标志五、进程队列( 领会 )1、 进程队列 的链接。在多道程序设计的系统中往往会同时创建多个 进程 .在单处理器的情况下，每次只能让一个进程运行，其他的进程处于就绪状态或等待状态。为了便于管理，经常把处于相同状态的进程链接在一起，称“进程队列”，由于 进程控制块 能标志进程的存在和动态刻画进程的特性，因此， 进程队列 可以用 进程控制块 的连接来形成。链接的方式有两种：单向链接和双向链接。2、 进程基本队列就绪队列 ：由若干就绪进程按一定次序链接起来的队列。等待队列 ：把等待资源或等待某些事件的进程排列的队列3、进程的入队和出队。出队和入队 ：当发生的某个事件使一个进程的状态发生变化时，这个进程就要退出所在的某个队列而排入到另一个队列中去。出队 ：一个进程从所在的队列退出的操作称为出队入队 ：一个进程排入到一个指定的队列的操作称为入队。系统中负责进程入队和出队的工作称为队列管理。无论单向链接还是双向链接，解决入，出队问题，都是首先找到该队列的队首指针，沿链找出要入队的进程以及它要插入的位置，或找出要出队的进程，然后修改本进程指针(入队情况)和相邻进程的有关指针值即可。六、可再入程序( 识记 )(1) 什么是 可再入程序 . 一个能被 多个用户同时调用 的程序称做“ 可再入 ”的程序。(2) 可再入程序的性质。可再入程序必须是纯代码，在执行时自身不改变;一个可再入程序要求调用者提供工作区，以保证程序以同样方式为各用户服务。编译程序 和 操作系统程序 通常都是“可再入”程序，能同时被不同用户调用而构成不同的进程。七、中断及中断响应( 领会 )1、 中断 的定义。一个进程占有处理器运行时，由于自身或者外界的原因(出现了事件)使运行被打断，让操作系统处理所出现的事件，到适当的时候再让被打断的进程继续运行，这个过程称为“中断”。2、 中断 的类型。从中断事件的性质出发，中断可以分为两大类：。 强迫性中断事件 包括硬件故障中断，程序性中断，外部中断和输入输出中断等。 自愿性中断事件 是由正在运行的进程执行一条访管指令用以请求系统调用而引起的中断，这种中断也称为“访管中断”。自愿中断 的断点是确定的，而 强迫性中断 的断点可能发生在任何位置。3、中断的响应和处理。中断响应 (硬件即中断装置操作)处理器每执行一条指令后，硬件的中断位置立即检查有无中断事件发生，若有中断事件发生，则暂停现行进程的执行，而让操作系统的中断处理程序占用处理器，这一过程称为“中断响应”。中断响应过程中，中断装置要做以下三项工作：是否有中断事件发生判别自愿性中断，只要检查操作码是否为访管指令。判别强迫性中断，则要检查中断寄存器内容。若为0，则无中断;若非0，则表示有中断事件发生。若有中断发生，保护断点信息每个程序都有一个程序状态字(PSW)来反映本状态的执行状态，如基本状态、中断码和中断屏蔽位等内容。处理器设有一个“程序状态字寄存器”用来存放当前运行程序的PSW.程序状态字可分为当前PSW、旧PSW和新PSW.当出现中断事件后，把被中断进程的PSW保存为旧PSW，即完成断点信息保护。启动操作系统的中断处理程序工作中断装置通过“交换PSW”过程完成此项任务，即把出现的中断事件存放到当前PSW中断码位置，然后把该当前PSW保存为旧PSW，再把操作系统中断处理程序的新PSW送到程序状态字寄存器中，成为当前的PSW.中断处理 ( 软件即操作系统操作 )操作系统的中断处理程序对中断事件进行处理时，大致要做三方面的工作：保护被中断进程的现场信息把中断时的通用寄存器，控制寄存器内容及旧PSW保存到被中断进程的进程控制块中。分析中断原因根据旧PSW的中断码可知发生该中断的具体原因。处理发生的中断事件一般只做一些简单处理，在多数情况下把具体的处理交给其他程序模块去做。八、 中断优先级和中断屏蔽( 识记 )1、 中断优先级 是硬件设计时确定的。中断装置按预定的顺序来响应同时出现的中断事件，这个预定的顺序称为“中断优先级”。中断优先级是按中断事件的重要性和紧迫程度来确定的 ，是由硬件设计时固定下来的。一般情况下，优先级的高低顺序依次为： 硬件故障中断 、 自愿中断 、 程序性中断 ， 外部中断和输入输出中断 .2、中断的嵌套处理3、中断屏蔽的作用。中断优先级只是规定了中断装置响应同时出现的中断的次序，当中断装置响应了某个中断后中断处理程序在进行处理时，中断装置也可能去响应另一个中断事件。因此会出现优先级低的中断事件的处理打断优先级高的中断事件的处理，使得中断事件的处理顺序与响应顺序不一致，而且会形成多重嵌套处理，使多现场保护、程序返回等工作变的复杂。中断屏蔽技术就是为了解决上述问题而提出的在一个中断处理没有结束之前不响应其他中断事件，或者只响应比当前级别高的中断事件。于是，当中断装置检查到有中断事件后，便去查看PSW中中断屏蔽标志，如果没有屏蔽就响应该中断;否则，暂时不响应该中断，待屏蔽标志消除后再响应。自愿中断是不能屏蔽的。九、 进程调度( 领会 )1、进程调度的职责。按选定的进程调度算法从就绪队列中选择一个进程，让它占用处理器。2、选择进程调度算法的几个准则：。提高处理器利用率。增大吞吐量。减少等待时间。缩短响应时间3、进程调度的常用算法： 先来先服务 、 优先数法 、 轮转法 、 分级调度 .先来先服务调度算法 该算法按进程进入就绪队列的先后次序选择可以占用处理器的进程。优先数调度算法 对每个进程确定一个优先数，该算法总是让优先数最高的进程先使用处理器。对具有相同优先数的进程，再采用先来先服务的次序分配处理器。系统常以任务的紧迫性和系统效率等因素确定进程的优先数。进程的优先数可以固定的，也可随进程执行过程动态变化。 一个高优先数的进程占用处理器后，系统处理该进程时有两种方法，一是“非抢占式”，另一种是“可抢占式”。前者是此进程占用处理器后一直运行到结束，除非本身主动让出处理器，后者则是严格保证任何时刻总是让优先数最高的进程在处理器上运行。时间片轮转调度法 把规定进程一次使用处理器的最长时间称为“时间片”。时间片轮转调度算法让就绪进程按就绪的先后次序排成队列，每次总选择该队列中第一个进程占用处理器，但规定只能使用一个时间片，如该进程尚未完成，则排入队尾，等待下一个供它使用的时间片。各个进程就这样轮转运行。时间片轮转算法经常用于分时操作系统中。分级调度算法 由系统设置多个就绪队列，每个就绪队列中的进程按时间片轮转法占用处理器，这就是分级调度算法。4、 进程的切换 进程调度将从就绪队列中另选一个进程占用处理器，使一个进程让出处理器，由另一个进程占用处理器的过程称“进程切换”。若有一个进程从运行态变成等待态，或完成工作后就撤消，则必定会发生进程切换。若一个进程从运行态或等待态变成就绪态，则不一定发生进程切换。重点 是：分析与时间有关的错误;用PV操作实现进程的同步与互斥;用信箱实现进程通信。一、进程的顺序性与并发性有人说，在程序中不是有跳转语句和重复语句，怎么就是顺序执行?注意，这里是指进程在处理器中的执行，因为处理器每次只能执行一个操作，因此每条指令必须按顺序进入CPU执行，假使有一条指令是跳转的，那么执行本指令后，会取出跳转目的地址的指令进入CPU运行，这个顺序是程序规定的。所以对CPU而言，进程总是按顺序执行。进程是一个程序在一个数据集合上的一次执行，同一个程序和同一个数据集的运行结果必然是相同的。这就是可再现性。同时执行并不是真的同时，因为任一时刻CPU中只能有一个进程运行。1、进程的 顺序性 ：任何进程在顺序的处理器上的执行是严格按照顺序进行的，这就是进程的顺序性。当一个进程独占处理器顺序执行时，具有两个特性： 一、封闭性 二、可再现性 .2、进程的 同时执行 ：在多道程序设计系统中，一个进程的工作没有全部完成之前，另一个进程就可以开始工作，它们的执行在时间上重迭的，我们把它们称为是“可同时执行的”。3、进程的 并发性 ：若系统中存在一组可同时执行的进程，则说该组进程具有并发性，并把可同时执行的进程称为“并发进程” .4、并发进程间的关系：并发进程相互之间可能是 无关的 ，也可能是 交往的 .如果一个进程的执行不影响其他进程的执行，且与其他进程的进展情况无关，即它们是各自独立的，则这些并发进程相互之间是无关的。如果一个进程的执行依赖其他进程的执行，则这些并发进程之间是有交往的。二、与时间有关的错误( 应用 )1、并发进程的执行速度取决于自身和进程调度策略。一个进程运行时会被中断，且断点是不固定的，一个进程被中断后，哪个进程可以运行，被中断的进程什么时候占用处理器，是与进程调度策略有关的。因此进程的执行速度不能由自己决定。2、并发进程交替使用共享资源时会出现与时间有关的错误。 由于共享资源的原因，加上进程并发执行的随机性，一个进程对另一个进程的影响是不可预测的。造成不正确的因素与进程占用处理器的时间、执行的速度以及外界的影响有关。因此被称为与时间有关的错误。3、分析并发进程中与时间有关的错误，请理解教材上的例子。三。相关临界区(1、 临界区 的定义：并发进程中与共享变量有关的程序段称为“临界区”2、什么是 相关临界区 ： 相关临界区是指 并发进程 中涉及到 相同变量 的那些 程序段 .3、对相关临界区的管理要求。1) 一次最多让一个 进程在临界区执行，当有进程在临界区时其他想进入临界区执行的进程必须等待。2)任何一个进入临界区执行的进程必须在 有限的时间内退出 临界区，即任何一个进程都不应该无限地逗留在自己的临界区。3)不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区，即有进程退出时应 让一个等待进入临界区的进程进入 它的临界区。四、进程的互斥( 综合应用 )1、 进程互斥 的含义：进程的互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个进程去使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用资源者释放了该资源。 PV操作是两个过程，由他们两个来控制一个信号S，假设S是红灯的个数。每个进程进入临界区前都要先执行P操作。退出临界区时执行V操作。用下面的比喻很容易理解：临界区门前有棵树(S)用来挂红灯进程想进CPU的门先得上树取盏灯(调用一次P操作)取下一个去敲门(S=S-1)如果树上没灯取(S0)树说欠你一盏灯(S为负时)没辙只好外边排队等( W ait (S)得灯进程续运行运行完了要出门(调用一次V操作)马上还回一盏灯(S=S+1)若有进程在催债(S0)放个进去事完成( R elease (S)2、实现进程互斥的工具PV操作。PV操作 是由两个操作，即P操作和V操作组成。P操作和V操作是两个在信号量上进行操作的过程。假定用S表示信号量则把这两个过程记作P(S)和V(S)，它们的定义如下： Procedue P(Var S： Semaphore); begin S：=S-1; if S0 then W(S) end; P Procedue V(Var S： Semaphore); begin S：=S+1; if S=0 then R(S) end; V为了确保PV操作自身的正确执行，因此P(S)和V(S)操作中不可中断，这种 不可被中断的过程称为“原语 ”。3、用PV操作管理相关临界区的一般形式一个信号量与一组涉及共享变量的相关临界区联系起来，信号量的初值定为“1”任何一个进程要进入临界区前先调用P操作，执行临界区的操作后，退出临界区时调用V操作。由于信号量的初值为“1”，P操作起到了限制一次只有一个进程进入临界区的作用，其余进程欲进入临界区必须符合对临界区管理的第一个要求，即一次最多让一个进程在临界区执行。进程退出后执行V操作，若有进程在等待则释放一个进程，这样就达到了对临界区管理的第二个和第三个要求(即不能无限逗留也不能无限等待)。4、分析进程互斥问题并用PV操作实现进程互斥。本章考核知识点：1、输入输出操作；2、独占设备与共享设备；3、独占设备的设备；4、磁盘的驱动程序；5、外围设备的启动；6、虚拟设备（SPOOL系统）自学要求：要求了解设备管理与文件管理的合作，文件管理实现文件存取的准备工作，而文件的物理存取由设备管理实现。理解怎样实现独占设备的分配和磁盘的驱动调度；怎样实现虚拟设备。一、输入输出操作（要求达到“识记”层次）1、什么是输入输出操作：主存储器与外围设备之间的信息传送操作称为输入输出操作。2、对于存储型设备，输入输出操作的信息传输单位为“块”。对输入输出型设备，输入输出操作的信息传输单位为“字符”。二、独占设备和共享设备（识记）独占设备好比是你家的抽水马桶，当你坐上去的时候，大家就是想用也得等你完事了站起来才可以用上。共享设备呢，就像是我家的水龙头，我在洗手的时候，可以把手移开让我妈来打盆水。然后我又继续洗手。1、独占设备是指每次只能供一个作业执行期间单独使用的设备。如输入机、磁带机、打印机等。2、共享设备是指允许几个作业执行期间可同时使用的设备。3、共享设备的“同时使用”的含义是指多个作业可以交替启动共享设备，当一个用业正在使用设备时其他作业暂不能使用，即每一时刻仍只有一个作业占用，但当一个作业正在使用设备时其他作业就可使用。三、独占设备的分配（领会）1、独占设备的绝对号与相对号这和绝对地址/相对地址的概念类似。绝对号就是将每一台设备确定一个编号（相当于一个绝对地址）。相对号就是为了用户程序的方便而设的，在用户请求使用时，采用“设备类-相对号”来提出使用设备要求。由系统建立绝对号与“设备类-相对号”之间的关系，就能正确启用设备了。2、设备的指定方式绝对号就好象给每个人取一个不同的名字。上司的工作计划中有一条：十点钟叫张三去买菜。如果张三有空，就得张三去买。设备类-相对号呢，就好比是一个部门，部门中有一些工作人员，上司的工作计划就只写成：十点叫买菜部找个人去买罗卜。这时就由“系统”来看看买菜部是否有人空闲，只要本部有人闲着能干活的，不管张三李四都可以去干。这样，对于上司来说，不用去记谁谁的名字，只要指定某部门，要多少人就是了，他的用人策略和具体的哪个人无关。这就是“设备独立性”1）指定绝对号：这种方式由作业直接指定绝对号对应的设备。系统只能把这个设备分配给他，如果该设备正由其他作业使用则申请不能得到满足。2）指定设备类、相对号：这种方式在申请设备时不指定具体哪台设备，只说明要某类设备多少台，这样可以由系统灵活分配。3）设备独立性：采用“设备类、相对号”方式使用设备时，用户编程就不必指定特定设备，在程序中由“设备类、相对号”定义逻辑设备。程序执行时由系统根据用户指定的逻辑设备转换成与其对应的具体物理设备。所以，用户编程时使用的设备与实际使用哪台设备无关，这就是“设备独立性”4）如何实现独占性设备分配：对于独占性设备，系统采用“静态分配”的策略，就是当一个作业所需使用的独占设备能得到满足时，该作业才能被装入主存储器执行。在操作系统中，设置“设备分配表”来记录计算机系统所配置的独占设备类型、台数和分配情况等。设备分配表由“设备类表”和“设备表”两部分组成。通过查表和修改表的操作完成设备分配工作。四、磁盘的驱动调度（领会）1、磁盘的结构（动画）2、访问磁盘的操作时间（动画）3、磁盘的驱动调度：在多道程序设计系统中，同时有多个访问者请求磁盘操作，此时系统采用一定的调度策略来决定各等待访问者的执行次序，所以系统决定等待磁盘访问者的执行次序的工作就是磁盘的“驱动调度”4、对磁盘进行驱动调度的目的：尽可能的降低多个访问者执行输入输出操作的总时间，增加单位时间内的输入输出操作次数，有利于系统效率的提高。5、磁盘调度分为移臂调度和旋转调度。根据访问者指定的柱面位置来决定执行次序的调度称“移臂调度”；当移动臂定位后，如有多个访问者等待访问该柱面时，根据延迟时间来决定执行次序的调度称为“旋转调度”。6、移臂调度算法包括以下四种：1）先来先服务算法；2）最短寻找时间优先调度算法；3）电梯调度算法；4）单向扫描调度算法。以上几种算法要能够区分，如给你一个访问序列和访问条件，应能根据各种算法做出调度后的访问序列。7、信息的优化分布：知道信息在磁盘上排列不一定是按顺序最优，对于一些能预知处理要求的信息采用优化分页可以缩短输入输出操作时间，提高系统效率。五、外围设备的启动（识记）要想提高效率就要大胆放权，让下属对事负责而不是对人负责。CPU是很忙的，如果所有的事情都自己做，做得再好也不一定好，如果有人能帮他处理一些事情，他就可以腾出时间来做更多的事。通道就是中层干部，发挥他们的作用就能提高效率。1、通道（channel）：计算机系统中能够独立完成输入输出操作的硬件装置，也称为“输入输出处理机”。CPU并不直接操作外围设备，他连接通道（I/O处理机），通道连接设备控制器，设备控制器连接设备。CPU只需把“I/O”设备启动，并给出相关的操作要求。然后就由通道来处理输入输出事宜，做完后报告CPU.2、通道命令和通道程序：通道命令（CCW）规定设备的一种操作，通常由命令码、数据主存地址、传送字节个数及标志码等部分组成。操作系统用一组通道命令来执行一次输入输出应做的工作，这一组通道命令就组成了一个“通道程序”。命令码分成三类：数据传输类、通道命令转移类和设备控制类。数据主存地址对于不同的命令有不同的作用，比如命令码为写的操作，主存地址指定的区域存放输出到外围设备的信息。标志码：为非0时表示通道程序未结束。为0时表示通道程序结束。传送字节个数，表示本命令应传输的字节个数。3、通道地址字（CAW）和通道状态字（CSW）用来存放通道程序首地址的主存固定单元称为“通道地址字”。通道状态字：用于记录通道和设备执行情况的主存单元。通常包括通道命令地址、设备状态、通道状态和剩余字节个数等几个字段。4、I/O中断：是指中央处理器和通道协调工作的一种手段。通道借助I/O中断请求CPU进行干预，CPU根据产生的I/O中断事件了解输入输出操作的执行情况，I/O中断事件是由于通道程序的执行或其他外界原因引起的，对通道操作而言，当操作正常结束或异常结束（如设备故障、设备特殊情况引起异常结束）形成I/O中断，由CPU根据相应情况分别处理。六、虚拟设备SPOOL系统（领会）1、实现虚拟设备的目的：用一种物理设备模拟另一类物理设备，使各作业在执行期间只使用虚拟的设备而不直接使用物理的独占设备。这种技术可使独占的设备变成可共享的设备，使得设备的利用率和系统效率都能得到提高。2、实现虚拟设备的硬件条件：大容量磁盘；中断装置和通道；中央处理器与通道并行工作的能力。（另外，实现虚拟设备的软件条件是要求操作系统采用多道程序设计技术。）3、虚拟设备的实现原理：对于多道程序，输入时将一批作业的信息通过输入设备预先传送到磁盘上。输出时将作业产生的结果也全部暂时存在磁盘上而不直接输出，直到一个作业得到全部结果而执行结束时再行输出。（就是用磁盘来模拟输入机和打印机的工作，把它们的工作内容先保存起来，然后一并执行）4、SPOOL系统的组成和实现：井：为实现虚拟设备在磁盘上划出的专用存储空间，用于存放作业的初始信息和执行结果。SPOOL系统由三部分程序组成：预输入程序。通过该程序把作业流中每个作业的初始信息传送到“输入井”保存起来以以备作业执行时使用。井管理程序：通过该程序来保证作业正确及时地从“井”中读取或写入信息。它使得每个用户感觉到自己都在使用独立的输入输出设备。缓输出程序。它负责查看“输出井”中是否有待输出的结果信息，若有则启动打印机把作业结果输出。为什么可以提高效率？简单地说就是这么几件事：并行工作、代替操作、同时进行。一个技术创新可以提高多少效率啊。5、实现虚拟设备为什么可以提高系统效率：SPOOL系统借助硬件的中断装置和通道技术使得中央处理器与各种外围设备以及各外围设备之间均可并行工作。操作系统采用多道程序设计技术，合理分配处理器，实现联机的外围设备同时操作。作业执行时从磁盘上读写信息来代替从输入机和打印机的读写操作，不仅使多个作业可以同时执行，而且加快了作业的执行速度，提高了单位时间内处理作业的能力。在作业执行的同时还可利用输入机继续预输入作业信息和利用打印机输出结果，于是，整个系统可以是第一批作业的执行结果在打印输出，第二批作业正在处理，第三批作业信息正在预输入到磁盘的“输入井”中。这种联机同时操作极大地提高了独占设备的利用率，也使计算机系统的各种资源被充分利用。本章考核知识点：1、重定位 2、固定分区存储管理 3、可变分区存储管理 4、页式存储管理 5、段式存储管理 6、虚拟存储器自学要求 ：明确存储管理的职能是对主存储器中的用户区域进行管理;理解在不同的管理方式下如何实现存储保护、地址转换、以及主存空间的分配和回收;比较各种管理方式的特点;掌握虚拟存储器的实现原理和方法。重点是：各种管理方式的特点;可变分区方式的主存分配算法以及移动技术;分页式虚拟存储管理的实现以及页面调度算法;分段式虚拟存储管理的实现。操作系统的存储管理如同一个大地主，管着一个大庄园，当有农户需要租用田地时，地主就给分配一块地让他种(用户区分配)。等到地里长出了果实(结果出来后，地主还得来收回这块地(去配)。为了管好这片田地，地主还要管好庄园的门，凡是要进去种地的，都得由地主根据他的需要让他到位置确定实际的田地上去干活。(把逻辑地址转换成物理地址)庄园里还有一些大家共同可以使用的地方，比如地主的花园，工具房等，大家可以进去，也可以使用，但是不许改变任何现有的东东，还有，每个农户只能在自己的地里刨食吃，如果有人胆敢到别人地里或地主的花园里摘花偷食，可要当心他们养的狼狗跳出来哦。(共享和保护)当然，再大的地也是不够多的，地主为了多赚些钱，当所有的地都租出去的时候，他想办法把有些种田人暂时不种的那块地里的东东连地皮一起挖出来放到仓库里先堆着。把地腾出来租给别人种(这一招可够绝的，不过地主说啦，这就是“虚拟存储”。)你说这个地主是好是坏?概述：本章讨论的是主存储器空间的管理。主存储空间分成系统区和用户区两部分。存储管理的功能包括：主存空间的分配和去配、实现地址转换、主存空间的区享和保护和主存空间扩充。一、重定位( 领会 )1、区分逻辑地址与绝对地址。绝对地址 ：主存储器以字节为编址单位，容量为n的主存储器中，每个单元有唯一的编号，从0到n-1，这个唯一的编号就是主存储器的 物理地址 .比如我们现在用的128MB内存条中就有12810241024=134217728 字节，所以它的内存绝对地址就是从0到134217727.注意啦，庄园的大地主就是这么给自己的地做上标记的。逻辑地址 ：在多道程序设计的系统中，操作系统为了方便用户，就允许每个用户都认为自己的作业的程序和数据存放在地址是0开始的连续空间中。这样用户程序中使用的地址就是 逻辑地址 .种田人不管地主庄园有多少块地，标了什么号，只要记住自己需要多少地，给自己种的地打上标记就是了。地主想，只要你们能干活，不需要知道了我的底细了吧(家财不可外扬哦)。2 、重定位(地址转换的方式)为了保证作业的正确执行，必须根据分配给作业的主存区域对作业中指令和数据的存放进行重定位，这种 把逻辑地址转换成绝对地址 的工作称为“ 重定位 ”或“地址转换”。重定位的方式有“ 静态重定位 ”和“ 动态重定位 ”两种。庄园主道：静态重定位比较简单，想当初张三来这儿， 说要租一百块地，青菜种在第1块地，萝卜种2块地里，土豆得重在第3块地里然后得在第28块地里养鸭，完了要把28块地里的鸭粪拉到第49块地的鱼塘里喂鱼 我就说，行啦行啦，你进去，庄园的左边101到200号那100块地就分给你吧，以后你要找哪块地养鸭养鱼的，就得按我给你编的号来找。每个地址都已经加上100了，不会找错吧。别说我没讲清楚哦。至于动态重定位，庄主笑道：这个我也能做到，这么实现的：李四来租地时，我也不问他，直接把他带到空闲的一片地方。派人记着这那片地的第一个地址。比如说是100号吧。李四这个笨小子干着干着会叫起来说：“老板，现在我要到32号地里抓鱼!”旁边人一听，马上告诉他“哎呀，你现在已经分了地啦，起始地块是100号，那你就得到132号地去才对!”就这样，李四每一次要找地方时，都叫别人给他重新算一下。这样他才不会找错位置。这样也有一个好处，就是如果有人出价更好，我可以让他搬到别处去干活，反正都是叫别人给他重新算位置，所以他就不用记住搬地方后的物理地址啦。(1)静态重定位在装入一个作业时，把作业中的指令地址和数据地址全部转换成绝对地址。这种转换工作是在 作业开始前集中完成 的，在作业执行过程中无需再进行地址转换。所以称为“静态重定位”。(2)动态重定位在装入一个作业时，不进行地址转换，而是直接把作业装到分配的主区域中。在作业执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构转换成绝对地址。这种方式的地址转换是在 作业执行时动态完成 的，所以称为动态重定位。动态重定位由软件(操作系统)和硬件(地址转换机构)相互配合来实现。动态重定位的系统支持“程序浮动”，而静态重定位则不能。二、固定分区存储管理( 领会 )分区存储管理是把存储器中的用户区作为一个连续区或分成若干连续区进行管理。早先使用一个分区的存储管理，后发展成多分区的存储管理。多个分区的管理可采用固定分区方式和可变分区方式。1、固定分区存储管理的原理固定分区 的意思就是指主存空间划分成若干连续区后，这些分区的 大小和个数 就 固定 不变。固定分区管理利用一张“ 主存分配表 ”说明各分区的情况。装入和结束作业均通过这个分区表来记录分区使用的变化情况。2、如何实现存储保护固定分区管理 可采用 静态重定位 的方式装入作业。装入程序把作业中的逻辑地址转换为绝对地址。并检查绝对地址是否在指定(装入)的分区内，如果是，就装入这个作业。否则就不能装入。如果装入主存分区的作业占用处理器时(注意，是运行时)，进程调度程序(不是装入程序了)必须把作业所在分区的上下限地址存入“下限寄存器”和“上限寄存器”中，这样可以在指令执行中判断其所用到的绝对地址是否越界，达到存储保护的目的。3、怎样 提高主存空间的利用率 这里有几种办法：(1)分区按大小顺序排列，这样可以使作业总是先使用满足要求的最小分区。(2)根据经常出现的作业大小和频率划分分区。(3)按作业的对主存空间的需求量排成多个队列，规定队列与分区的对应关系。也就是说多大的作业只能放在多大的分区里，就算有更大的分区空着，也不许他进入。三、可变分区的管理( 领会 )可变就是指分区的 大小和位置不是固定 的，而是根据作业要求的主存量来分配分区的大小。1、主存的分配和去配(回收)在系统初始化时，主存除了操作系统所占部分外，整个用户区是一个大的空闲区，可以按作业需要的空间大小顺序分配空闲区直到不够时为止。当作业结束时，它的占用分区被收回。这个空闲区又可以根据新作业的大小重新用于分配，所以主存中的已占分区和空闲区的数目和大小都是在变化的。可以用两张表“已分配区表”和“空闲区表”来记录和管理。2、常用的分配算法最先适应分配算法 ：简单地说，就是在分区表中顺序查找，找到够大的空闲区就分配。但是这样的分配算法可能形成许多不连续的空闲区，造成许多“碎片”，使主存空间利用率降低。最优适应分配算法 ：这种算法总是挑选一个能满足作业要求的最小空闲区。但是这种算法可能形成一些极小的空闲区，以致无法使用，这也会影响主存利用率。最坏适应分配算法 ：这种算法和上面的正好相反，它总是挑一个最大的空闲区分给作业使用，使剩下的空间不至于太小。3、地址转换与存储保护采用 可变分区方式管理 时，一般均采用 动态重定位 方式装入作业。也就是每读一条指令，都要变换一次地址。变换要靠硬件支持，主要是 两个寄存器 ： 基址 寄存器和 限长 寄存器，限长寄存器存放作业所占分区的长度，基址寄存器则存放作业所占分区的起始地址，这两个值确定了一个分区的位置和大小。转换时根据逻辑地址与限长值比较，如果不有超过这个值，表示访问地址合法，再加上基址寄存器中的值就得到了绝对地址了，否则形成“地址越界”中断。达到存储保护的目的。对于共享程序，则硬件提供两组限长寄存器和基址寄存器。访问时对访问区享区和作业区的地址分别进行转换。4、移动技术的应用移动技术 要“移动”的东东就是主存空间中的作业。把某个作业移到另一处主存空间去(在磁盘整理中我们应用的也是类似的移动技术)，这样的最大好处就是可以合并一些空闲区。但是移动技术的应用也要注意以下问题。移动会增加系统开销。所以要尽量减少移动。移动是有条件的，如果作业在执行过程中正等待与外围设备传输信息，就不能移动。因此在移动时首先要判定该作业是否与外设交换信息。四、页式存储管理( 领会 )1、如何分页和分块页式存储管理中有两个名词：“ 页 ”和“ 块 ”，其中的“块”是针对硬件来说的，就是把存储器分成若干相等大小的区，每个区就称为一个块。对应的，在程序中，逻辑地址进行“分页”，其大小和每个块相一致。事实上，页面的大小是由块的大小自然决定的。对于程序来说，其逻辑地址还是和原来一样采用连续的地址。只是 按照块的位数取其前面数位做为页号 .分配空间时，根据作业长度可以确定它的页面数，根据这个页面数在主存中分配相应的块数，只要是空闲块就可以放入，即使不是相邻的。并把分配情况记在“页表”中，根据页表可以找到相对应的页号与块号，就得出绝对地址了。2、采用页式管理，使主存空间充分利用，页不必为了得到连续空间而进行移动。 可以提高系统效率。3、页表的构造与作用每个被装入主存的作业都有一张 页表 ，指出该作业逻辑地址中的页号与所占用的主存块号之间的对应关系。页表的长度由作页拥有的页面数决定，行号对应为页号，行中记录的是主存中的块号。页表是硬件进行地址转换的依据，每执行一条指令时按逻辑地址中的页号查找页表并转换成绝对地