计算机操作系统(六)

计算机操作系统

•第一章操作系统引论

・第二章作业界面管理

•第三章文件管理

・第四章存储管理

・第五章设备管理

•第六章进程及处理机管理

•第七章操作系统结构和程序实现

第四章存储管理

・第一节概述

・第二节分区分配存储管理

・第三节请求页式存储管理

•第四节段式存储管理

・第五节段页式存储管理

•逻辑地址与物理地址

•重定位(ReIocation)：将逻辑地址转换

为物理地址

•虚存及其特点

•存储管理的目的及功能

逻辑地址与物理地址

在具有地址变换机构的计算机中，

允许程序中编排的地址和信息实际存放

在内存中的地址有所不同。前者叫逻辑

（相对）地址，后者叫物理（绝对）地

址。

虚拟存储管理

虚存是由操作系统调度，采用内

外存的交换技术，各道程序在必需

使用时调入内存，不用的调出内存,

这样好象内存容量不受限制。

虚存的特点

•虚存容量不是无限的，极端情况受内存

和外存可利用的总容量限制

•虚存容量还受计算机总线地址结构限制

•速度和容量的“时空”矛盾，虚存量的

“扩大”是以牺牲CPU工作时间以及内外

存交换时间为代价的

存储管理的目的及功能（1）

•目的：方便用户，使用户减少甚至摆脱对存储

器使用的管理；提高内存资源的利用率，关键

是实现内存共享

・功能：

-内存的扩充技术：使用虚存或自动复

盖技7tt提供比实际内存更大的空间

存储管理的目的及功能（2）

・功能：

-内存保护技术：各道作业只在自巳所

属区域中运行，不破坏别的作业以及

不被破坏

-内存区域的分配和管理：通过建表、

查表、改表和回收登录内存使用情况,

系统或用户申请内存时按选定分配算

法确定分区等★★

第四章存储管理

第一节概述

第二节分区分配存储管理

第三节请求页式存储管理

第四节段式存储管理

第五节段页式存储管理

分区分配存储管理

•内存“扩充”技术

El\

分配算法按分区不同

•固定分区分配

(Fixed-SizePartition)

•可变式动态分区分配

(Variable-Size/DynamicPartition)

•可重定位分区分配

(RelocatablePartition)

•多重分区分配

(MultiplePartition)

内存“扩充”技术

•交换(swap)：由操作系统做,

用户不知道。

•复盖(overlay)：由用户控制,

操作系统提供覆盖机制。

内存保护技术

保护系统工作区和用户作业区,

特别是如何防止系统区被破坏O

-存储保护键

-界限寄存器

第四章存储管理

第一节概述

第二节分区分配存储管理

第三节请求页式存储管理

第四节段式存储管理

第五节段页式存储管理

请求页式存储管理

•实现原理

•页表设计

•页面淘汰算法

•页式存储管理的优点及缺点

页式存储管理实现原理

•基于程序在运行时不需要一

开始都装入内存，更不应该

把最近较长一段时间内不用

的程序装入内存。

页表设计

•页表内容举例

淘汰位/修改位/保护位/中断

位/引用位/缺用位等

•快表:因页面较多，页表在内存,

取一次数要访问内存两次。

「/

页面淘汰算法(1)

•先进先出算法(FIFO)

(FirstInputFirstOutput)，又称轮转法

(RR)

•循环检测法

•最近最少使用页面先淘汰(LRU)

(LeastRecentlyUsed)

•最不经常使用的页面先淘汰(LFU)

(LeastFrequentUsed)「/

页面淘汰算法(2)

•最近没有使用页面先淘汰(NUR)

・最优淘汰算法(OPT)

(OptimalReplacementAlgorithm)

•随机数淘汰页面算法

(RandomReplacementAlgorithm)

页式存储管理的优点

•虚存量大，适合多道程序运行，用

户不必担心内存不够的调度操作

•内存利用率高，不常用的页面尽量

不留在内存

•不要求作业连续存放，有效地解决

了“碎片”问题。与分区式比，不

需移动作业；与多重分区比，无零W

星碎片产生〜/

页式存储管理的缺点

•要处理页面中断、缺页中断处理

等，系统开销较大

•有可能产生“抖动”

•地址变换机构复杂，为提高速度

采用硬件实现，增加了机器成本

★★

——*

第四章存储管理

第一节概述

第二节分区分配存储管理

第三节请求页式存储管理

第四节段式存储管理

第五节段页式存储管理

段式存储管理

•段・页式彳子I诸管1埋的对比表

•段式存储管理的优越性:段的共享与动态

分配，一般由硬件设备的多种支持，特

别是近代的优化编译巳进入CPU内部设

计。段共享的先决条件是程序段可重入,

即前面一段没有退出前，在不影响工作

前提下，后面一段又可重新装入。而可

重入程序的特点是执行程序中指令不变

称纯代码（纯码），而工作区和数据因由“

调用者自带。上I

第四章存储管理

第一节概述

第二节分区分配存储管理

第三节请求页式存储管理

第四节段式存储管理

第五节段页式存储管理

段，页式存储管理的对比表

段式页式

由用户设计，有逻辑意义分页用户不可见，由OS划分

段面是信息的逻辑单位页面是信息的物理单位

便于段的共享和动态链接页一般不能共享

段长不等，可动态增长页面大小相同，不能增长

段具有二维地址空间页具有一维地址空间

管理形式相似，但概念不同

段页式存储管理特点

•每一段分若干页,再按页式管理,

页间不要求连续;

•用分段方法分配管理作业，用分页

方法分配管理内存;

•兼有段式和页式管理的优点,系统复

杂和开销增大，一般在大型机器上

才使用★.*

计算机操作系统

第一章操作系统引论

第二章作业界面管理

第三章文件管理

第四章存储管理

第五章设备管理

第六章进程及处理机管理

第七章操作系统结构和程序实现

第五章设备管理

［概述

［外部设备的安装

［I/O设备分配算法

•设备管理的任务与功能

•发展历史

•外部设备分类

•设备I/O方式

设备管理的任务

•按用户需求提出的要求接入外部设

备，系统按一定算法分配和管理控

制，而用户不必关心设备的实际地

址和控制指令.

•尽量提高输入输出设备的利用率，

例如，发挥主机与外设以及外设与

外设之间的真正并行工作能力.★”

设备管理的功能

•分配设备

•控制和实现真正的输入输出操作

•对输入输出缓冲区进行管理

•在一些较大系统中实现虚拟设备

技术

发展历史

•第一代用键盘和打印机

•第二代用鼠标和调制解调器

（俗称“猫”）

•第三代用手写笔和扫描仪等

外部设备分类

■按系统和用户分：系统、用户

•按输入输出传送方式分（UNIX或Linux操

作系统）：字符型设备、块设备

•按资源特点分：独享设备、共享设备、

虚拟设备

•按设备硬件物理特性分：顺序存取设备、

直接存取设备

•按设备使用分:物理设备、逻辑设副；*

伪设备

设备I/O方式⑴

•询问（Query）：实时系统中必需采用,

在一般简单系统中也广泛采用，但系统

开销较大，每次进行输入输出工作，都

需要由主机CPU干预；

•通道（Channel）：有硬通道和软通道

之分，硬通道，例如，典型的DMA

（DirectMemoryAccess）工作方式；

软通道是软件设计中使用的各种“标*

识”、“缓冲”等;

设备I/O方式(2)

•中断(interrupt)：有硬中断和软

中断之分，中断按级别分类排队工

作；可按字符、字、块的传递产生

中断；实时控制常用实时钟中断，

起自动控制作用；中断工作主要由

中断请求、中断响应和中断服务处

理组成。”熏，的产生使管理〜

作更能“自动化”.

第五章设备管理

第一节概述

第二节外部设备的安装

第三节I/O设备分配算法

第四节设备管理技术

第五节设备处理程序编制内容

「/

外部设备的安装

•系统配置

•用户外接设备（操作系统的重新生成）

・用户外接设备（系统硬件接口和软件的

充分利用）

•外部设备的即插即用

•设备驱动程序的编制

•CPU与外部信息的交换

第五章设备管理

第一节概述

第二节外部设备的安装

第三节I/O设备分配算法

第四节设备管理技术

第五节设备处理程序编制内容

「/

I/O设备分配算法

•先来先服务（FCFS,FirstCome

FirstService）：每一设备有一队列

管理

・按优先级（Priority）：一般是系统高

于用户，超级用户（系统管理员）

高于一般用户。例如，RTOS操作系

统中，系统优先级高于用户。UNIX

操作系统中超级用户优先级高于

■恸户十

第五章设备管理

第一节概述

第二节外部设备的安装

第三节I/O设备分配算法

第四节设备管理技术

第五节设备处理程序编制内容

「/

设备管理技术

•磁盘管理技术

•W4i£2&

•虚拟设备的技术

I/O设置缓存理由

•解决信息的到达率和离去率不一致的矛盾

•缓存起中转站的作用

•使得一次输入的信息能多次使用

•在通道或控制器内设置局部寄存器作为缓

冲存储器，可暂存I/O信息，以减少中断

CPU的次数。这种情形可进一步推广，使

得一次读入的信息可多次重复使用

虚拟设备的技术(SPOOLing)

•SPOOLing,全名是Simultaneous

PeripheralOperationsOn-Line,

即外围设备联机并行操作，它是关

于慢速字符设备如何与计算机主机

交换信息的一种技术，通常也叫做

“假脱机技术”。是一种预输入、

缓输出和转储的管理技术.

SPOOLing系统的特点

•提高了I/O速度

•将独享设备改造为共享设备（典

型例子是打印机的“共享”）

•实现了虚拟设备功能

第五章设备管理

第一节概述

第二节外部设备的安装

第三节I/O设备分配算法

第四节设备管理技术

第五节设备处理程序编制内容

「/

设备处理程序编制内容

•设备驱动程序包含五部分

•设备驱动程序的功能

•设备驱动程序的特点

•设备处理方式

设备驱动程序包含五部分

•设备标题(Deviceheader)

•数据存储和局部过程(Data

Storage&LocalProcedure)

•策略过程(StrategyProcedure)

•中断过程(InterruptProcedure)

•命令处理子程序