清华操作系统：核心原理与实践探索

20XX/XX/XX清华操作系统：核心原理与实践探索汇报人:XXXCONTENTS目录01

操作系统概述02

进程管理03

内存管理04

文件系统05

设备管理06

清华操作系统课程特色与实践01操作系统概述操作系统的定义与核心功能操作系统的定义操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，为应用软件提供运行平台，为用户提供交互接口。它作为硬件与应用程序的中间层，协调资源使用，确保系统高效、安全运行。进程管理功能负责进程的创建、终止、调度及同步通信。通过进程状态转换（就绪、运行、阻塞等）和调度算法（如轮转调度、优先级调度），实现多任务并发执行，提高CPU利用率。内存管理功能对内存进行分配、回收与优化使用，采用分页、分段、虚拟内存等技术，如通过页面置换算法（LRU、FIFO）实现对内存空间的高效利用，确保程序安全访问内存资源。文件系统功能管理文件的存储、检索与保护，通过目录树结构（如UNIX文件层次）组织数据，采用权限设置（如Linux的chmod命令）控制文件访问，提供文件创建、删除、读写等操作接口。设备管理功能控制I/O设备的分配与操作，通过中断驱动、DMA等方式管理设备通信，采用缓冲技术和SPOOLing技术提升设备利用率，协调CPU与外设之间的速度差异。操作系统的发展历程无操作系统阶段（手工操作阶段）用户独占全机，CPU等待人工操作，人机速度矛盾突出，资源利用率低。批处理系统阶段早期批处理系统以UNIVACI的EXEC系统为代表，20世纪50年代出现，实现作业自动依次执行，提高了计算机使用效率，但每次仅运行一道程序。分时操作系统阶段60年代，MIT的CTSS和IBM的TSS/360等分时系统出现，允许多用户同时使用计算机，通过时间片轮转实现多任务处理，提升了交互性。个人计算机操作系统阶段80年代，随着个人计算机普及，MS-DOS和MacOS等操作系统开始流行，推动了个人计算革命，使计算机从机房走向个人桌面。现代多任务操作系统阶段90年代至今，Windows、Linux和macOS等多任务操作系统成为主流，支持多用户、多任务和网络功能，满足复杂计算需求。操作系统的主要类型

01批处理操作系统如早期的IBMOS/360，通过自动化处理一系列任务，提高计算机资源利用率，具有自动性、顺序性和单道性特征。

02分时操作系统如Unix，允许多个用户同时使用计算机，通过时间片轮转实现多任务处理，具有及时性、独立性、交互性和多路性。

03实时操作系统如VxWorks，广泛应用于嵌入式系统，确保任务在严格的时间限制内完成，分为硬实时（必须绝对严格响应）和软实时（可接受偶尔延迟）。

04分布式操作系统如Google的Spanner，管理多个物理位置的计算机资源，实现资源的共享和协同工作，能对分布式系统的各种资源进行动态分配。

05个人计算机操作系统如MS-DOS、MacOS、Windows、Linux等，随着个人计算机普及而流行，支持单用户多任务，为个人计算提供友好交互界面和应用平台。操作系统的内核特征并发特征

指一段时间内多个程序运行，操作系统需对其进行管理和调度，以实现多任务处理。与并行不同，并行是指一个时间点上多个程序运行，要求多个CPU。共享特征

实现“同时”访问或互斥共享计算机资源，操作系统需协调多个程序对资源的使用，确保数据一致性和安全性。虚拟特征

利用多道程序设计技术，让每个用户都觉得有一个计算机专门为他服务，通过虚拟内存、虚拟处理器等技术抽象硬件资源。异步特征

程序的执行不是一步到底的，而是走走停停，向前推进的速度不可预知，但只要运行环境相同，操作系统要保证程序运行的结果也相同。02进程管理进程的基本概念与状态模型进程的定义与核心属性进程是程序在其自身地址空间的一次执行活动，包含程序代码、当前活动（如程序计数器、寄存器和变量）及系统资源，是操作系统资源分配和调度的基本单位。进程与线程的本质区别进程是独立的地址空间实体，线程是进程内的执行单元；线程共享进程资源，创建和切换开销远低于进程，是CPU调度的最小单位。经典五状态模型及转换机制进程生命周期包含新建、就绪、运行、阻塞、终止五种状态，通过调度（就绪→运行）、I/O请求（运行→阻塞）、事件完成（阻塞→就绪）等事件触发状态转换。状态转换典型场景示例Web服务器进程接收请求后创建子进程处理，子进程调用read()读取文件时进入阻塞态，磁盘I/O完成后由中断唤醒至就绪态等待调度。进程控制块与上下文切换01进程控制块（PCB）的核心结构PCB是进程管理的核心数据结构，包含标识信息（PID、PPID）、处理机状态（寄存器值、程序计数器）、调度信息（优先级、调度策略）、内存管理信息（页表指针、内存边界）及文件系统信息（打开文件描述符表）等关键字段。02上下文切换的触发条件与流程上下文切换由时钟中断、I/O请求或高优先级进程抢占触发，流程包括保存当前进程状态（寄存器、PC等）、更新内存管理单元（MMU）、加载新进程上下文并恢复执行。Linux系统中通过schedule()函数实现调度决策。03上下文切换的性能开销分析切换开销主要包括硬件状态保存（约500ns）、页表切换与TLB刷新（占切换耗时30%~50%）、内核堆栈切换等。多核系统中可通过绑定进程至CPU核心（CPUaffinity）减少跨核切换开销。04优化策略：用户级线程与内核级线程对比用户级线程（ULT）切换完全在用户空间完成，开销低（约几十ns）但无法利用多核；内核级线程（KLT）由内核调度，支持并行执行但切换开销高（约1~2μs）。现代OS多采用混合实现，如LinuxNPTL模型。进程调度算法

调度算法的评价准则进程调度算法的性能通常根据平均等待时间、平均周转时间和CPU利用率等指标衡量，需平衡公平性、响应时间与系统吞吐量。

先来先服务（FCFS）调度算法按进程到达顺序执行，实现简单且公平，但长进程可能导致短进程饥饿，适用于批处理系统。

短作业优先（SJF）调度算法优先选择执行时间最短的进程，能减少平均等待时间，但实现复杂且可能导致长进程饥饿，依赖对作业运行时间的准确预估。

时间片轮转（RR）调度算法将CPU时间划分为固定时间片，轮流分配给就绪进程，响应时间短且公平性好，是分时系统的核心调度策略，但存在上下文切换开销。

优先级调度算法根据进程优先级分配CPU，高优先级进程先执行，适用于实时系统，但需防止低优先级进程长期饥饿，可采用动态优先级调整机制优化。进程同步与互斥机制

01进程间的制约关系进程间存在直接制约（源于进程合作）和间接制约（源于共享临界资源）两种基本关系，需通过同步与互斥机制协调。

02临界资源与临界区临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源（如打印机），访问临界资源的代码段称为临界区，需保证互斥执行。

03信号量机制信号量是一种整数变量，通过P（等待）和V（信号）操作实现进程同步与互斥，可分为互斥信号量（初值1）和同步信号量（初值≥0）。

04用P、V操作实现进程的同步与互斥互斥时，临界区前后分别执行P(mutex)和V(mutex)；同步时，通过信号量协调进程执行顺序，如生产者-消费者问题中控制缓冲区空满状态。

05经典的同步与互斥问题包括生产者-消费者问题（缓冲区共享）、哲学家进餐问题（资源竞争死锁）、读者-写者问题（读写优先级）等，是检验同步机制有效性的典型案例。

06管程的概念管程是一种高级同步机制，将共享变量和对其操作的过程封装起来，仅允许一个进程在管程内执行，简化同步问题的编程实现。进程间通信方式共享存储器系统进程通过共享内存区域直接交换数据，是最高效的IPC方式。多个进程可直接读写共享内存区，需同步机制（如互斥锁）保证数据一致性。管道通信半双工通信机制，数据单向流动。无名管道用于父子进程间通信，命名管道可实现无亲缘关系进程间通信，通过read/write系统调用传输字节流。消息传递系统进程通过发送/接收消息交换数据，分为直接通信（如消息队列）和间接通信（如信箱）。消息队列允许一个或多个进程发送消息给指定进程，支持异步通信。信号量机制通过P（等待）和V（信号）操作控制共享资源访问，用于进程同步与互斥。信号量为整数变量，可实现对临界资源的有序访问，避免并发冲突。线程的概念与实现

线程的定义与核心特征线程是进程内部的执行单元，是CPU调度的最小单位，共享进程的地址空间与系统资源，仅拥有独立的堆栈和寄存器上下文。

线程与进程的关键区别进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位；线程上下文切换开销远低于进程，且线程间通信无需特殊IPC机制。

用户级线程与内核级线程用户级线程(ULT)由用户库管理，内核无感知，切换快但无法利用多核；内核级线程(KLT)由操作系统调度，支持多核但切换开销较高。

线程实现的混合模型轻量级进程(LWP)是内核级线程与用户级线程的桥梁，一个进程可关联多个LWP，实现多线程并行执行与低开销管理的平衡。死锁的产生与处理

死锁的定义与产生原因死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将无法继续执行。其产生的根本原因是系统资源不足和进程推进顺序不当。

死锁产生的四个必要条件死锁的发生必须同时满足四个条件：互斥条件（资源只能被一个进程占用）、请求与保持条件（进程已占有部分资源并等待其他资源）、不可剥夺条件（资源不能被强制剥夺）、循环等待条件（进程间形成资源循环等待链）。

死锁的预防策略通过破坏死锁产生的四个必要条件之一来预防死锁，例如采用资源静态分配策略破坏请求与保持条件，或规定进程按序申请资源以破坏循环等待条件。

死锁的避免算法在资源分配过程中动态判断是否可能发生死锁，仅在安全状态下分配资源。典型算法如银行家算法，通过模拟资源分配来确保系统始终处于安全序列。

死锁的检测与解除允许系统发生死锁，通过死锁检测算法（如资源分配图化简法）定期检测，若发现死锁则采用撤销进程或剥夺资源等方式解除，如终止代价最小的进程或抢占某些进程的资源。03内存管理内存管理的目标与功能

内存管理的核心目标内存管理旨在实现内存空间的抽象、保护、共享与虚拟化，让程序拥有独立逻辑地址空间，确保各进程安全隔离，同时允许共享代码和数据，并通过技术手段提供比实际物理内存更大的地址空间。

内存抽象与地址转换通过将物理地址空间抽象为逻辑地址空间，借助内存管理单元（MMU）实现逻辑地址到物理地址的映射，使程序无需关注实际物理内存布局，简化编程并提高内存使用灵活性。

内存分配与回收机制负责为进程分配连续或非连续的内存空间，如连续分配的固定分区、可变分区方式，以及非连续分配的分页、分段技术，并在进程结束或释放内存时进行回收，提高内存利用率。

内存保护与共享控制通过设置逻辑地址的基地址和界限进行地址安全检查，防止进程越界访问；同时支持代码和数据的共享，如共享库代码、进程间共享内存，减少内存冗余，提升系统性能。连续内存分配方式

单一连续分配管理方式内存被划分为系统区和用户区，系统区存放操作系统，用户区为一道用户程序提供连续的内存空间。实现简单，但资源利用率低，适用于单用户、单任务操作系统。

固定分区存储管理方式将内存用户空间划分为若干个固定大小的连续区域，每个分区可装入一道作业。分区大小可相等或不等，能支持多道程序并发，但分区大小固定易产生内部碎片，导致内存利用率不高。

可变分区存储管理方式根据用户程序的实际需要，动态地划分内存空间，使分区大小正好适应作业的需求。克服了固定分区的内部碎片问题，但会产生外部碎片，需要采用相应的内存分配算法（如首次适应、最佳适应、最坏适应算法）进行管理。

可重定位分区分配通过移动内存中已分配分区的位置，使多个分散的空闲分区拼接成一个连续的大空闲区，即进行碎片整理（压缩），以满足大作业的内存需求。该方式可有效解决外部碎片问题，但移动分区会增加系统开销。覆盖与交换技术覆盖技术的目标与原理覆盖技术是早期内存管理技术，目标是在较小内存中运行较大程序，如在640K内存的DOS系统中运行上兆程序。其原理是将程序划分为功能相对独立的模块，让不能同时执行的模块分时共享同一块内存空间，通过常驻内存的管理代码控制模块的装入与导出。覆盖技术的关键组成与局限覆盖技术包含常驻内存的管理模块和可覆盖的外存模块，不常用功能模块存于外存，需用时装入。其局限在于需程序员手动划分模块并确定覆盖关系，增加编程复杂度，且以时间换空间，存在I/O开销。交换技术的定义与操作交换技术（Swapping）通过将暂时不能运行的进程整个地址空间换出到外存（swapout），在需要时再换入内存（swapin），以解决内存不足问题。换入换出的内容为整个进程地址空间，需动态地址映射支持重定位。交换技术的挑战与应用场景交换技术面临交换时机确定、交换区大小（需容纳所有用户进程内存映像）和重定位等挑战。适用于多道程序环境下内存紧张时，如早期UNIX系统使用交换技术实现进程在内存与外存间的切换，提升内存利用率。分页存储管理

分页存储管理的基本原理分页存储管理将物理内存划分为固定大小的帧，逻辑地址空间划分为相同大小的页，页是连续的虚拟内存，帧是非连续的物理内存，通过页表建立页与帧的映射关系。

分页地址组成与转换逻辑地址由页号和页内偏移量组成，物理地址由帧号和帧内偏移量组成，且帧内偏移量等于页内偏移量。地址转换时，根据逻辑地址计算页号，在页表找到对应的页帧号，加上偏移量得到物理地址。

分页机制的性能问题分页机制存在访问一个内存单元需要2次内存访问（一次获取页表项，一次访问数据）以及页表可能非常大（页表长度等于2^页号位数）的时间和空间性能问题。

分页性能问题的解决方法采用TLB（缓存），使用associatememory实现快速访问，TLB命中可快速获取物理页号；采用二级/多级页表，将大页表拆分，节省空间；采用反向页表，其大小只与物理地址有关，比传统页表小。分段存储管理分段的基本原理分段存储管理将用户程序的地址空间按逻辑意义划分为若干个大小不等的段，每个段是一个相对独立的逻辑单位。每个段都有自己的段名，且有一个段号。分段的地址结构逻辑地址由段号和段内偏移量两部分组成。段号表示该段在段表中的索引，段内偏移量表示该段内的相对地址。段表与地址转换系统为每个进程建立一张段表，段表中记录了每段的段号、段的起始地址和段的长度（limit）。地址转换时，根据段号查找段表，得到该段的起始地址和段长，检查段内偏移量是否越界，若未越界，则将段起始地址与段内偏移量相加得到物理地址。分段的存储保护在地址转换过程中，通过检查段内偏移量是否超过段长来实现存储保护，若超过则产生地址越界中断，防止程序访问不属于自己的内存区域。分段的共享与保护分段系统便于实现段的共享，多个进程可以共享同一个段，只需在各自的段表中设置指向该段物理地址的表项即可。同时，还可以对段进行访问权限的保护，如只读、读写、执行等。分段与分页的比较分段与分页都是非连续存储管理方式。分页的页面是按物理空间划分的，大小固定；分段的段是按逻辑意义划分的，大小不固定。分页的目的是提高内存利用率，分段的目的是满足用户需求，便于程序的模块化设计、共享和保护。段页式存储管理

段页式存储管理的基本原理段页式存储管理结合分段和分页的优点，将用户程序按逻辑结构分段，每个段再划分为固定大小的页。内存被划分成与页大小相等的物理块，以页为单位进行内存分配与管理。

地址结构与转换流程逻辑地址由段号、段内页号和页内偏移量三部分组成。地址转换时，先利用段号查找段表得到该段的页表起始地址，再根据段内页号查页表获取物理块号，最后结合页内偏移量得到物理地址。

段页式存储管理的优缺点优点是兼具分段的逻辑独立性和分页的内存高效利用，支持段的共享与保护；缺点是地址转换过程需访问段表和页表，增加了内存访问次数，且管理数据结构（段表、页表）占用更多内存资源。

段页式与其他存储管理方式比较与分段相比，解决了内存碎片问题；与分页相比，提供了更好的逻辑组织和共享保护机制。适用于需要复杂内存管理的现代操作系统，如UNIX、Windows等均采用类似混合管理策略。虚拟内存技术虚拟内存的定义与核心思想虚拟内存是一种内存管理技术，它允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间，通过将部分程序数据存储在磁盘上，实现内存的“虚拟化”扩展。其核心思想基于程序局部性原理，即程序在执行过程中，往往只需要访问部分数据和指令。虚拟内存的实现方式虚拟内存主要通过请求分页、请求分段和段页式等方式实现。请求分页是最常用的方式，将逻辑地址空间划分为固定大小的页，物理内存划分为相同大小的帧，仅将当前需要的页装入内存，未命中时通过缺页中断调入。缺页中断处理流程当程序访问的页不在物理内存时，会触发缺页中断。处理流程包括：检查内存是否有空闲帧，若无则选择页面置换算法淘汰页面，若淘汰页被修改则写回磁盘，调入所需页面并更新页表，最后重新执行被中断指令。页面置换算法常见的页面置换算法有：最佳置换算法（OPT，理想化但不可实现）、先进先出算法（FIFO，易产生Belady现象）、最近最久未使用算法（LRU，基于局部性原理）、时钟算法（Clock，LRU近似算法，降低实现复杂度）。虚拟内存的性能影响因素虚拟内存的性能主要受页面置换算法、缺页率、内存访问时间与磁盘I/O速度差距的影响。过高的缺页率会导致“抖动”（Thrashing），即系统频繁进行页面置换，CPU利用率急剧下降，需通过工作集模型等机制优化。页面置换算法最优页面置换算法（OPT）

选择未来最长时间内不再被访问的页面进行置换，可理论上达到最低缺页率，但因需预知未来访问序列，实际系统中难以实现，主要用于算法性能评估基准。先进先出算法（FIFO）

按页面调入内存的先后顺序选择淘汰页面，实现简单但可能产生Belady现象（分配内存块增加时缺页率反而上升），适用于早期批处理系统等对性能要求不高的场景。最近最久未使用算法（LRU）

根据页面最近使用记录，淘汰最久未被访问的页面，符合程序局部性原理，缺页率低于FIFO，但需硬件支持记录页面访问时序，实现成本较高，常见于现代操作系统如Linux的改进版本。时钟页面置换算法（Clock）

通过设置访问位（usebit）实现近似LRU，将页面组织成环形链表，当需置换时扫描链表，将访问位为0的页面淘汰，访问位为1则重置为0并继续扫描，平衡了性能与实现复杂度，广泛应用于实际系统。最不常用算法（LFU）

统计页面被访问的频率，淘汰访问次数最少的页面，能反映页面长期使用情况，但需维护频率计数，对突发访问模式适应性较差，适用于访问模式相对稳定的应用场景。04文件系统文件与文件系统的概念

文件的定义与属性文件是计算机系统中具有名称的存储在外部存储介质上的数据集合，具有名称、大小、类型、创建时间、修改时间、访问权限等属性，是操作系统管理数据的基本单位。

文件系统的功能文件系统是操作系统中负责管理和存储文件信息的软件模块，主要功能包括文件的创建、删除、读取、写入，文件目录管理，文件存储空间分配与回收，以及提供文件共享和保护机制，确保文件数据的安全与可靠访问。

文件的分类文件可按多种方式分类，按用途可分为系统文件、用户文件和库文件；按数据形式可分为文本文件和二进制文件；按存取权限可分为只读文件、读写文件和可执行文件等，不同分类有助于文件的有效管理和使用。

文件的逻辑结构与物理结构文件的逻辑结构是用户所感知的文件组织形式，包括流式文件（无结构）和记录式文件（有结构）；物理结构是文件在存储介质上的实际存储方式，常见的有连续结构、链接结构和索引结构，物理结构直接影响文件的存取效率。文件的逻辑结构与物理结构

文件的逻辑结构文件的逻辑结构是从用户角度出发所观察到的文件组织形式，分为无结构的流式文件和有结构的记录式文件。流式文件将数据视为连续的字节流，如文本文件；记录式文件由具有特定格式的记录组成，如数据库文件。

文件的物理结构文件的物理结构是文件在存储设备上的实际存储方式，直接影响文件的存取效率。常见类型包括连续分配（文件存储在连续物理块中）、链接分配（文件通过指针链接物理块，分隐式和显式链接）和索引分配（通过索引表指向物理块，支持随机访问）。

逻辑结构与物理结构的关系逻辑结构面向用户操作，注重易用性和数据组织逻辑；物理结构面向存储设备，注重存储效率和存取性能。操作系统负责将逻辑地址转换为物理地址，实现两者的映射与管理，如将流式文件逻辑地址映射到磁盘物理块地址。目录管理文件目录的基本概念文件目录是用于检索和管理文件的关键数据结构，包含文件的基本信息（如文件名、物理地址、类型、权限等），是文件系统的核心组成部分。目录文件的组织目录文件是一种特殊的文件，其数据内容为目录项，每个目录项对应一个文件或子目录，实现文件与目录的层次化管理。目录的结构常见的目录结构包括单级目录、两级目录和多级目录（树形目录）。现代操作系统普遍采用树形目录结构，如UNIX的文件层次结构，支持文件的分类存储和便捷检索。目录的检索目录检索是根据文件名查找对应目录项的过程，常用方法包括线性检索（顺序查找）和哈希检索。树形目录结构中需从根目录出发，按路径逐层查找。文件目录操作基本目录操作包括创建目录、删除目录、改变当前目录、显示目录内容等，通过系统调用（如mkdir、rmdir、cd、ls）实现用户对目录的管理。文件存储空间管理

空闲表法将外存中连续空闲区域的起始地址和大小记录在空闲表中，分配时查找合适空闲块，回收时合并相邻空闲区域。

空闲链表法通过链表将空闲块连接，分为空闲盘块链和空闲盘区链。前者以盘块为单位，后者以连续盘区为单位，便于不同大小文件分配。

位示图法用二进制位表示盘块使用状态，1表示已分配，0表示空闲。通过位运算快速查找和修改盘块状态，适用于各种存储设备。

成组链接法结合空闲表和空闲链表优点，将空闲块分成若干组，每组块数和下一组地址存于本组第一块，提高大存储空间管理效率。文件共享与安全

文件共享的实现方式文件共享可通过静态共享（如硬链接）和动态共享（如符号链接）实现，允许多个用户或进程访问同一文件资源，提高资源利用率。

文件访问控制机制操作系统通过权限设置（如Linux的chmod命令）控制用户对文件的访问，包括读、写、执行等权限，确保数据安全与隔离。

数据一致性控制技术采用锁机制、事务处理等技术保证多用户并发访问文件时的数据一致性，防止因同时读写导致的数据错误或冲突。

文件系统安全防护策略通过加密存储、备份与恢复、病毒防护等措施保护文件系统安全，抵御未授权访问、数据泄露和恶意攻击等威胁。05设备管理设备管理概述

设备管理的目标与功能设备管理的主要目标是提高设备利用率、方便用户使用、保证数据传输的高效与可靠。核心功能包括设备分配、I/O控制、缓冲管理和设备独立性支持。

设备的分类按工作特性可分为存储设备（如磁盘、SSD）、I/O设备（如键盘、显示器）；按共享属性分为独占设备（如打印机）、共享设备（如磁盘）和虚拟设备（通过SPOOLing技术实现）。

I/O系统的组成结构I/O系统由I/O设备、设备控制器、I/O通道和相关软件组成。设备控制器负责接收和执行CPU指令，通道技术实现了CPU与设备的并行操作，提高系统效率。

设备管理的主要技术包括中断驱动方式、直接内存访问（DMA）、缓冲技术和SPOOLing技术。中断驱动方式减少CPU等待时间，DMA实现高速外设与内存直接数据传输，缓冲技术缓解速度不匹配问题。I/O控制方式

程序I/O方式早期I/O控制方式，CPU通过循环查询外设状态，等待数据传输完成。特点是CPU利用率低，适用于简单低速设备。

中断驱动I/O控制方式外设完成数据准备后主动向CPU发送中断请求，CPU响应中断并处理数据传输。相比程序I/O方式，显著提高CPU利用率。

直接内存访问（DMA）方式通过DMA控制器直接在内存和外设间传输数据，无需CPU干预，仅在传输开始和结束时需CPU少量处理，适用于高速批量数据传输。

I/O通道控制方式通过专用的I/O通道处理器执行通道程序，实现多设备、成组数据的传输控制，进一步减轻CPU负担，提升系统并行处理能力。设备分配

设备分配的目标与原则设备分配的目标是高效利用设备资源并保证系统安全性，需遵循独占性（如打印机）、共享性（如磁盘）、虚拟性（如SPOOLing技术）原则，同时避免死锁和冲突。设备分配的数据结构主要数据结构包括设备控制表（DCT）记录设备状态与控制器连接，控制器控制表（COCT）管理控制器，通道控制表（CHCT）协调通道，系统设备表（SDT）汇总系统设备信息。设备分配策略分配策略分为静态分配（进程创建时分配所需设备，运行期间不释放）