1、 自考操作系統概論串講筆記第1章 引 論 考情分析本章主要內容：1.計算機系統的概念 2.操作系統的定義、作用和功能 3.操作系統的分類 4.管態、目態、特權指令、訪管指令的概念 5.操作系統與用戶的兩個接口重點：1.操作系統的功能、分類 2.處理器的工作狀態 3.程序狀態字 4.系統功能調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。 知識網絡圖 串講內容一、計算機系統1.計算機系統包括計算機硬件和計算機軟件兩大部分。2.（1）計算機系統的最內層是硬件。（2）計算機系統的最外層是使用計算機的人。人與計算機硬件之間的接口界面是計算機軟件。（3）計算機軟件可以分為系統軟件、

2、支撐軟件以及應用軟件三類。二、操作系統1.操作系統的定義：操作系統（OS）是管理計算機系統資源、控制程序執行、改善人機界面和為應用軟件提供支持的一種系統軟件、2.操作系統在計算機系統中的作用有如下幾個方面：（1）操作系統管理計算機系統的資源；（2）操作系統為用戶提供方便的使用接口；（3）操作系統具有擴充硬件的功能。3.（重點）從資源管理的觀點看，操作系統的功能可分為：處理器管理、存儲管理、文件管理和設備管理。三、操作系統的形成與基本類型（重點）1.批處理操作系統：（1）“單道批處理系統”：每次只允許一個作業執行。一批作業的程序和數據交給系統后，系統順序控制作業的執行，當一個作業執行結束后自動轉

3、入下一個作業的執行。（2）“多道批處理系統”：允許若干個作業同時裝入主存儲器，使一個中央處理器輪流地執行各個作業，各個作業可以同時使用各自所需的外圍設備。（3）多道批處理系統提高了計算機系統的資源使用率，但作業執行時用戶不能直接干預作業的執行。但作業執行中發現出錯，由操作系統通知用戶重新修改后再次裝入執行。2.分時操作系統（簡稱分時系統）（1）分時操作系統是多個用戶通過終端機器同時使用一臺主機，這些終端機器鏈接在主機上，用戶可以同時與主機進行交互操作而不干擾。它以時間片為單位輪流使用計算機中某一資源的系統。（2）分時操作系統的主要特點：同時性、獨立性、及時性、交互性。3.實時操作系統（1）計算

4、機系統接收到外部信號后及時進行處理，并且要在嚴格的時限內處理完接收的事件并且給出反饋信號的系統稱為實時系統。（2）實時操作系統的主要特點：快速響應，及時處理；高可靠性和安全性。（3）實時操作系統的及時性更強。4.（補充）：什么是前臺作業和后臺作業？答：在批處理兼分時的系統中，由分時系統控制的作業稱為前臺作業；由批處理系統控制點作業稱為后臺作業。四、操作系統的發展1. （了解）微機操作系統微機操作系統的主要功能是實現文件管理、輸入/輸出控制和命令的解釋。系統每次只允許一個用戶使用計算機，稱為“單用戶操作系統”。如CP/M，MS-DOS等。操作系統提供給用戶的接口是“命令語言”，用戶通過鍵盤或鼠標

5、輸入命令請求操作系統服務。2.網絡操作系統（NOS）把為計算機網絡配置的操作系統稱為網絡操作系統。網絡操作系統的主要功能是實現各臺計算機系統之間的通信以及網絡中各種資源共享。3.分布式操作系統分布式計算機系統是由多臺計算機組成的一種特殊的計算機網絡。分布式操作系統采用客戶/服務器模式（C/S）。分布式操作系統的主要特點：統一性、透明性。4.（補充）：網絡操作系統與分布式操作系統的異同：答：相同點：（1）都是安裝在計算機網絡上的操作系統；（2）都能實現資源共享和通信。 不同點：（1）是否有主次之分。網絡操作系統有，但分布式操作系統沒有。（2）是否共同完成一項任務。分布式操作系統是，但網絡操作系統

6、不是。5.嵌入式操作系統嵌入式操作系統是指運行在嵌入式（計算機）系統中對各種部件、裝置等資源進行統一協調、處理和控制的系統軟件。嵌入式操作系統的主要特點：微型化和實時性。6.當前流行的操作系統簡介（1）Windows：多用戶、多任務、圖形化、窗口式的操作系統。（2）UNIX：多用戶、多任務、分時操作系統。UNIX的主要特點：短小精悍；具有可裝卸的多層次文件系統；可移植性好；網絡通信功能強。UNIX是目前唯一可以安裝和運行在從微機、工作站、大型機到巨型機上的操作系統。（3）Linux：多用戶、多任務、通用操作系統。Linux的特點：支持TCP/IP網絡協議，并能與其他網絡集成，使異種機能方便地入

7、網；它支持并行處理和實時處理，能充分發揮硬件性能；它支持多種文件系統，方便用戶使用，等等。五、處理器的工作狀態（重點）1.特權指令（1）把CPU執行的指令分成兩類：特權指令和非特權指令。（2）把不允許用戶程序中直接使用的指令稱為特權指令，其余的為非特權指令。例如，I/O指令、設置時鐘、設置控制寄存器、停機指令、設置中斷屏蔽、傳送PSW的指令等都是特權指令。（3）I/O指令只允許在操作系統中使用，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誤。2.管態和目態為避免用戶程序中錯誤地使用特權指令，計算機硬件結構中的中央處理器具有兩種工作狀態：目態和管態。系

8、統程序運行的狀態為管態（包括特權指令）。用戶程序運行的狀態為目態。3.怎樣限制用戶程序使用特權指令？答：如果中央處理器在目態工作，卻取到了一條特權指令，此時中央處理器將拒絕執行該指令，并形成一個“程序中使用了非法指令”的信號。硬件的中斷裝置識別到該信號后，將暫停用戶程序的執行，并轉交給操作系統去處理。操作系統通知用戶：“程序中有非法指令”，應進行修改。這樣可限制用戶使用特權指令。4.程序狀態字程序狀態字（PSW）是用來控制指令執行順序并且保留和指示與程序有關的系統狀態。程序狀態字包含三部分內容：（1）程序基本狀態（指令地址、條件碼、目態/管態、等待/計算）（2）中斷碼（3）中斷屏蔽位。六、操作

9、系統與用戶的接口1.操作系統提供了兩類接口：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：訪管指令不是特權指令，既可在管態下執行，又可在目態下執行，主要功能是自愿進管，引起訪管中斷。例如，INT，drop。3.（重點）什么是“系統調用”？為什么要提供“系統調用”？答：操作系統編制了許多不同功能的子程序，供用戶程序執行中調用。這些由操作系統提供的子程序稱為系統功能調用程序，簡稱系統調用。系統調用是操作系統為用戶程序提供的一種服務界面，或者說，是操作系統保證程序設計語言能正常工作的一種支持。在源程序一級，用戶用程序設計語言描述算題任務的邏輯要求，例如讀文件、寫文件、請求主存資源等。

10、這些要求的實現只有通過操作系統的系統調用才能完成，其中有些要求還必須執行硬件的特權指令（如I/O指令）才能達到目的。4.用戶程序執行時，若取了訪管指令，CPU將轉入了管態。當系統調用程序后，CPU回到了目態。5.操作系統提供了讓聯機用戶表示作業執行步驟的手段：操作控制命令、作業控制語言。第2章 處理器管理 考情分析本章主要內容：1.多道程序涉及的概念 2.進程的定義及其四大屬性 3.進程控制塊（PCB）和進程隊列的組織 4.中斷及中斷處理的概念 5.進程調度和作業調度及其計算 6.線程的相關概念重點：1.多道程序設計 2.進程、原語 3.進程調度和作業調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、簡答題、綜合應用題為主。 知識網絡圖 串講內容一、多道程序設計（重點）1.（了解）程序的順序執行和并行執行一個計算機問題，往往要依一定的順序執行，執行的順序是由編制的程序確定的。例如，某個數據處理問題，程序的編制方法如圖2-1所示。圖2-1 程序的順序執行這個程序執行時，不能使輸入機、處理器、打印機同時忙碌。現代計算機具有處理器與外圍設備并行工作的能力，我們可以把上述計算問題的升序分成三個可獨立執行的程序模塊：輸入程序、處理程序、打印程序。這樣，輸入機、處理機、打印機就可能經常同時在忙碌，實現并行工作。程序的并行執行，發揮了處理器與外圍設備并行工作的能力，使處理器的效

12、率有所提高。但是由于處理器的執行速度遠遠高于外圍設備的傳輸速度。為了進一步提高效率，可以考慮同時接收兩道以上的算題，這樣有可能當一道算題在等待外圍設備傳輸的同時讓另一道算題占用暫時空閑的處理器。2.（重點）多道程序設計讓多個計算題同時進入一個計算機系統的主存儲器并行執行，這種程序設計方法稱為多道程序設計，這樣的計算機系統稱為多道程序涉及系統。實現多道程序設計的物質基礎：通道技術和中斷系統。3.多道程序設計的優缺點。答：優點：能充分發揮處理器的使用效率，增加單位時間內的算題量。 缺點：（1）系統的效率和道數不成正比；（2）可能延長某些作業的周轉時間。二、進程的概念（重點）1.進程的定義程序的執行

13、必須依賴于一個實體數據集。把一個程序在一個數據集上的一次執行稱為一個進程。程序是靜止的，進程是動態的。2.進程的組成進程由程序、數據集合和進程控制塊（PCB）組成。3.為什么要引入進程？答：（1）提高資源的利用率； （2）正確描述程序的執行情況。4.（重點）進程和程序有什么區別？答：（1）進程是動態的，程序是靜態的； （2）多個進程可以有相同的程序； （3）進程可以并發執行，但程序不可以，程序只能并行執行； （4）進程是有生命期的，而程序沒有生命期，可以做文檔資料，長期保存。5.進程的屬性 答：（1）進程是動態的，它包含了數據和運行在數據集上的程序 （2）多個進程可以含有相同的程序 （3）多個

14、進程可以并發執行 （4）進程有三種基本狀態：等待態、就緒態、運行態6. 進程的狀態轉換（重點） （1）運行態等待態（2）等待態就緒態（3）運行態就緒態（4）就緒態運行態進程剛被創建是，它的初始狀態為“就緒態”。當它能占用處理器時變成“運行態”。7.進程的特性（1）動態性（2）并發性（3）異步性。三、進程控制塊1.進程控制塊（PCB）包含四類信息（1）標識信息（2）說明信息（3）現場信息（4）管理信息。2.一個進程在執行過程中，為了請求某種服務，可以再要求創建其它進程。3.（重點）原語操作系統中往往設計一些能完成特定功能且不可中斷的過程。這些不可中斷的過程稱為原語。用于控制進程的原語有：創建原語

15、、撤銷原語、阻塞原語、喚醒原語。四、進程隊列（了解）1.進程的基本隊列等待隊列和就緒隊列。2.入隊、出隊及隊列管理的定義一個進程從所在的隊列中退出稱為出隊。一個進程排入到一個指定的隊列中稱為入隊。系統中負責進程入隊和出隊的工作稱為隊列管理。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，中止現行進程的運行，而由操作系統去處理出現的事件，待適當的時候讓被中止的進程繼續運行，這個過程稱為中斷。引起中斷的事件稱為中斷源。對出現的事件進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行的進程被打斷，因此稱為強迫性中斷，第五類中斷是正在運行的進程所期待的，它表示正在運行的進程對操作系統有某種需求，故稱為自愿性中斷。3.中斷響應的定義通常在處理器執行完一條指令后，硬件的中斷裝置立即檢查有無強迫性中斷事件發生。無論發生那類中斷事件，都由于硬件的中斷裝置暫停現行進程的運行，而讓操作系統的中斷處理程序占用處理器。這一過程稱為中斷響應。4.程序狀態字寄存器的定義在單處理器的計算機系統中，整個系統設置一個用來存放當前運行進程的PSW的寄存器，該寄存器稱為程序狀態字寄存器。5.硬件發現中斷事件應做哪些事情？答：中斷裝置應首先把出現的中斷事件存放到程序狀態字寄存器中的中斷

17、碼為止，然后把程序狀態字寄存器中的當前PSW作為舊PSW存放到預先約定好的主存固定單元中保護起來，再把已經確定好的操作系統處理程序的新PSW送到程序狀態字寄存器中，成為當前PSW。這一過程稱為交換PSW。中斷裝置通過交換PSW完成中斷響應，使被中斷進程讓出處理器，且使處理器按照中斷處理程序的新PSW控制執行。6.中斷處理中，中斷處理程序應做哪些事情？答：（1）保護好被中斷進程的現場信息。 （2）分析引起中斷的原因。 （3）對中斷事件進行具體處理。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）訪問中斷

18、事件的處理六、處理器調度（重點）1.輸入井、后備作業的定義在操作系統中，把磁盤上用來存放作業信息的專用區域稱為輸入井。把在輸入井中等待處理的作業稱為后備作業。2.作業調度的定義根據系統設計時確定的允許并行工作的道數和一定的規則（或稱算法）從輸入井的后備作業中選取若干作業，讓它們進入主存儲器，使它們有機會去獲得處理器執行的工作稱為作業調度。3.（重點）作業調度的必要條件系統現有的尚未分配的資源可以滿足被選作業的資源要求。4.進程調度的定義按照一定的規則從就緒進程中選取一個進程，讓它占用處理器。這項從就緒進程中選取一個進程，讓它占用處理器的工作稱為進程調度。5.進程調度從就緒態選進程，作業調度從后

19、備態（收容態）選作業。6.作業調度與進程調度的區別作業調度是按一定的作業調度算法從輸入井的后備態中選擇資源可以滿足的作業裝入主存，使其有機會占用CPU執行，而一個作業能否占用CPU，何時占用CPU則由進程調度決定的，進程調度則按一定的進程調度算法從就緒隊列中選擇一個進程為其分配CPU去運行，作業調度從輸入井中選中作業并拖它裝入主存中，為其創建一個進程，多個不同的進程初始態都為就緒態，然后由進程調度選擇當前可占用CPU的進程，進程運行中由于某種原因狀態發生變化，當它讓出處理器時，進程調度又再選另一個作業的進程去執行。7.（重點）在涉及調度算法時，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；8.一個理想的調度算法應該是既提高系統效率，又能使進入系統的作業及時得到計算結果。9.作業i周轉時間=作業i得到計算結果的時間-作業i進入輸入井的時間對n個作業來說，它們的平均周轉時間T為：T=（）÷n周轉時間和平均時間與選用的調度算法有關。10.（重點）常用的作業調度算法（1）先來先服務算法它是按照作業進入輸入井的先后次序來挑選作業，先進入作業的優先被挑選。一個先進入的作業，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占用且尚未歸還，那么，這個作業將被推遲執行，而去選擇在它之后進入的資源能滿足的作業先執行。一旦有作業執行結束歸還資源后，作業調度再次選擇作業

21、時，仍要按進入輸入井的次序去挑選，剛剛被推遲的作業有可能被優先選中。先來先服務算法具有一定的公平性，容易實現。但增加了平均周轉時間，降低了系統的吞吐能力。（2）計算時間短的作業優先算法采用這種算法時，要求用戶對自己的作業需要計算的時間預先作一個估計，在作業控制說明書中加以說明。作業調度時依據在輸入井中的作業提出的計算時間為標準，優先選擇計算時間短且資源能得到滿足的作業。這種算法能降低作業的平均周轉時間，從而提高系統的吞吐能力，但可能使大作業等待時間過長。（3）響應比高者優先算法響應比最高者優先連算法綜合考慮等待時間和計算時間，把響應比定義為：響應比=等待時間/計算時間一個計算時間短的作業容易得

22、到較高的響應比，作業能被優先選中。一個大作業在等待了相當長的時間后，也或得了較高的響應比。（4）優先數調度算法（5）均衡調度算法（注意）：作業調度的必要條件和開始調度時間。【例1】：有一個多道程序設計系統，設供用戶使用的主存空間為100K。現有一作業序列如下：作業號進入輸入井時間需計算時間主存量要求ABCDE10.1時10.3時10.5時10.6時10.7時42分鐘30分鐘24分鐘24分鐘12分鐘15K60K50K10K20K該系統采用多道程序設計技術，請分別寫出采用“先來先服務調度算法”和“計算時間短優先算法”選中的作業的平均周轉時間。答：先來先服務算法：作業號裝入輸入井時間開始執行的時間執

23、行結束的時間周轉時間ABCDE10.1時10.3時11.3時10.6時11.3時10.1時10.8時11.7時11.3時12.1時10.8時11.3時12.1時11.7時12.3時0.7小時1.0小時1.6小時1.1小時1.6小時5個作業的平均周轉時間為：（0.7+1.0+1.6+1.1+1.6）÷5=1.2（小時）計算時間短的作業優先算法：作業號裝入輸入井時間開始執行的時間執行結束的時間周轉時間ABCDE10.1時10.3時11.3時10.6時11.3時10.1時10.8時11.9時11.3時11.7時10.8時11.3時12.3時11.7時11.9時0.7小時1.0小時1.8小時

24、1.1小時1.2小時5個作業的平均周轉時間為： （0.7+1.0+1.8+1.1+1.2）÷5=1.16（小時）【例2】：某單道程序設計系統中有3個作業A、B、C，它們到達輸入井的時間及需要的計算時間如下表：作業名到達輸入井時間需計算時間ABC8:509:009:301.5小時0.4小時1.0小時當這3個作業全部到達輸入井后，系統以響應比高者優先調度算法選擇作業，忽略調度所用的時間，則作業被選中的次序應是怎樣的呢？答：由于進行作業調度的時間是在作業全部到達輸入井之后，即在9:30開始進行調度，此時作業A、B、C分別等待了40分鐘、30分鐘和0分鐘，因而它們的響應比為：A作業的響應比=

25、40/90=4/9B作業的響應比=30/24=5/4C作業的響應比=0/60=0可見，作業B的響應比最高，當然優先選擇作業B裝入主存儲器執行。作業B執行結束后，又要進行調度，由于等待時間發生了變化，故應重新計算響應比。此時的計算結果如下：A作業的響應比=64/90=32/45C作業的響應比=24/60=2/5顯然作業A的響應比高于作業C的響應比，因而先選擇在作業A執行，最后再讓作業C進入主存儲器執行。11.進程切換的定義及原因我們把一個進程讓出處理器由另一個進程占用處理器的過程稱為進程切換。下列情況均會引起進程的切換（原因）：（1）一個進程從運行狀態變成等待狀態。（2）一個進程從運行狀態變成就

26、緒狀態。（3）一個進程從等待狀態變成就緒狀態。（4）一個進程完成工作后被撤銷。12.（重點）常用的進程調度算法（1）先來先服務調度算法按照進程進入就緒隊列的先后次序可占用處理器的進程。一旦一個進程占有了處理器，它就一致運行下去，直到該進程完成工作而結束或者因等待某事件而不能運行時才讓出處理器。（2）最高優先級調度算法進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）。在實時系統中，可把處理緊急情況的報警進程定為最高優先級的進程，一旦有緊急事件發生時，這個報警進程就可搶占處理器進行緊急處理和發出報警信號。優先數大的優先級高，出Unix之外。（3）

27、時間片輪轉調度算法時間片是指允許進程一次占用處理器的最長時間。時間片輪轉調度算法把就緒進程按就緒的先后次序排成隊列，調度時總是選擇就緒隊列中的第一個進程，讓它占用處理器，但規定它一次連續占用處理器的實踐不能超過預定的時間片。在分時操作系統中，經常采用時間片輪轉調度算法。【例】：假設有5個進程，只有一個在執行，有5個進程在等待，有4個進程在就緒。七、線程的概念1.線程的定義線程又稱輕量級進程，是進程中可獨立執行的子任務。一個進程中可以有一個或多個線程，每個線程都應有一個唯一的標識符和一張線程描述表。線程描述表記錄線程執行時的現場信息及狀態等。2.線程的基本屬性：（1）同一個進程中的各線程駐留在分

28、配給進程的主存地址空間中，且共享該進程的所有資源。（2）一個線程被創建后便開始了它的生命周期，直至執行結束而終止。線程在生命期內會經歷等待態、就緒態和運行態等各種狀態變化。（3）線程是處理器的獨立調度單位，多個線程可以并發執行。（4）不同的線程可以執行相同的程序，即同一個服務程序若被不同用戶調用時操作系統就為它們創建不同的線程。3.線程與進程的根本區別線程與進程的根本區別是把進程作業資源分配單位，而線程是調度和執行單位；每一個進程都有自己的主存空間，但同一進程中的各線程共享該進程的主存空間，進程中的所有線程對進程的整個主存空間都有存取權限。第3章 存儲管理 考情分析本章主要內容：1.計算機系統

29、中的存儲器 2.邏輯地址和絕對地址 3.重定位 4.單用戶連續存儲管理 5.固定分區管理 6.可變分區存儲管理及常用的分配算法 7.頁式虛擬存儲管理、虛擬存儲器、頁面調度重點：1.可變分區方式的主存分配算法以及移位技術2.頁式主存空間的分配與回收 3.頁面調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、簡答題、綜合應用題為主。 串講內容一、計算機系統中的存儲器1.存儲器的分類若把CPU中的寄存器看作是一種特殊的存儲器，則可把存儲器分為：寄存器、主存儲器和高速緩沖存儲器、輔助存儲器三個層次。2.寄存器寄存器是計算機中價格最昂貴飛存儲器，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.主存儲器主存儲器容量較大，存儲速度也較快。存儲單元以字節為單位進行編址，若干字節組成一個字，處理器能按地址讀/寫一個字節或一個字。主存用于存放用戶當前需要執行的程序和數據，以及操作系統進行控制和管理的信息。高速緩沖寄存器的速度快于主存，但造價比主存高，因而存儲容量不大。用于存放經常被訪問的單元，以提高主存的速度。4.輔助存儲器輔助存儲器的存儲容量大，可用來長期存儲信息，但處理器不能直接讀/寫輔助存儲器，因此速度較慢。二、重定位1.絕對地址和邏輯地址主存儲器的存儲單元以字節為單位，把容量為n的主存空間的地址編號稱為主存儲器的絕對地址，與絕對地址對應的主存

31、空間稱物理地址空間。為了方便用戶，每個用戶都可以認為自己作業的程序和數據存放在一組從“0”開始的連續空間中。把用戶程序中使用的地址稱為邏輯地址,與邏輯地址對應的存儲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換成絕對地址的工作稱為重定位或地址轉換。重定位的方式可以有靜態定位和動態定位兩種。3.靜態重定位由于地址轉換工作是在作業執行前集中一次完成的，所以在作業執行過程中就無需再進行地址轉換工作。這種定位方式稱為靜態重定位。靜態重定位不需要硬件支持。4.動態重定位在作業執行過程中，由硬件的地址轉換機構動態地進行地址轉換，在執行指令時只要把邏輯地址與基址寄存器中的值相加就可得到絕對地址。

32、這種定位方式在執行過程中進行的，所以稱為動態重定位。動態重定位需硬件支持，即基址寄存器。動態重定位支持程序浮動。三、單用戶連續存儲管理（適合單道程序設計）1.單用戶連續存儲管理基本原理在這種管理方式下，操作系統占了一部分主存空間，其余剩下的主存空間都分配給一個作業使用，即在任何時刻主存儲器中最多只有一個作業，故適合于單道運行的計算機系統。2.地址變換方式如下：（1）設置一個界限寄存器（BR），其內容是主存中用戶區的首地址，只當操作系統功能擴充或修改時，改變了所占區域的長度，才更改界限寄存器的內容。（2）絕對地址=邏輯地址+BR的值（界限地址）（3）采用靜態重定位3.處理器在執行指令時要檢查其絕

33、對地址是否界限地址，且最大地址C。若絕對絕對地址在規定的范圍內，則可執行，否則產生一個“地址越界”中斷事件，由操作系統進行處理，以達到存儲保護的目的。四、固定分區存儲管理（適合多道程序設計）1.分區的定義固定分區存儲管理是把主存儲器中可分配的用戶區域預先劃分成若干個連續區，每一個連續區稱為一個分區。2.固定分區存儲管理的特點（1）分區大小固定（2）分區數目固定。3.主存空間的分配與回收存儲管理設置“分區分配表”來說明各分區的分配和使用情況。表中指出各分區的起始地址和長度，并為每個分區設置一個標志位。標志位為“0”表示分區空間，非“0”表示分區已被占用。當有作業要裝入分區，存儲管理分配主存區域時

34、，根據作業地址空間的長度與標志為“0”的分區的長度比較，當有分區長度能容納該作業時，則把作業裝入該分區，且把作業名填到占用標志位上。否則，該作業暫時不能裝入。作業運行結束后，根據作業名查分區分配表，把該分區的占用標志置成“0”以示空閑。4.地址轉換和存儲保護因作業存放區域不會改變，可采用靜態重定位方式把作業裝入所在的分區號，且把該分區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。處理器執行該作業的指令時必須核對：“下限地址絕對地址上限地址”如此等式不成立，產生“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）根據經常出現的作業的大小和數量來劃分分區，盡可能

35、使各個分區被充分利用。（2）劃分分區時按分區的大小順序排列，低地址部分是較小的分區，高地址部分是較大的分區。（3）按作業對主存空間的需求量排成多個作業隊列，每個作業隊列中的各作業依次裝入一個一個固定的分區中，每次裝一個作業；不同作業隊列中的作業分別依次裝入不同的分區中；不同的分區中可同時裝入作業；某作業隊列為空時；該作業隊列對應的分區也不用來裝入其它作業隊列中的作業，空閑的分區等到對應作業隊列有作業時再被使用。五、可變分區存儲管理1.可變分區存儲管理的基本思想和特點可變分區存儲管理是把作業要求裝入主存儲器時，根據作業需要的主存空間大小和當時主存空間使用情況來決定是否為作業分配一個分區。分區的長

36、度按作業的實際需求劃分；分區的個數由裝入的作業數決定。2.（重點）可變分區管理方式常用的主存分配算法有：（1）最先適應分配算法：基本思想是空閑區在空閑區表中按地址遞增的次序排列。（2）最優適應分配算法：基本思想是空閑區在空閑區表中按其容量遞增的次序排列。（3）最壞適應分配算法：基本思想是空閑區在空閑區表中按其容量遞減的次序排列。3.歸還區與空閑區合并的四種情況：（1）歸還區有上鄰空閑區；（2）歸還區有下鄰空閑區；（3）歸還區即有上鄰空閑區又有下鄰空閑區，空閑區-1；（4）歸還區即無上鄰空閑區又無下鄰空閑區，空閑區+1。4.地址轉換和存儲保護一般采用動態重定位方式裝入作業。硬件設置有兩個專用的基

37、址寄存器和限長寄存器，以及一些加法、比較線路等。當作業可以占用處理器執行時，進程調度便把該作業所占分區的起始地址送入基址寄存器，所占分區的最大地址送入限長寄存器。作業執行過程中，當取出一條指令后，把該指令中的邏輯地址與基址寄存器的內容相加即得到絕對地址，該絕對地址若滿足：“基址寄存器內容絕對地址限長寄存器內容”允許指令訪問主存單元地址，否則，說明絕對地址已超出區域。5.（重點）把作業從一個存儲區域移到另一個存儲區域的工作稱為移動。采用移動技術有兩個目的：（1）集中分散的空閑區（2）便于作業動態擴充主存6.（重點）采用移動技術時必須注意兩個問題：（1）移動會增加系統開銷（2）移動是有條件的六、頁

38、式虛擬存儲管理（重點）1.頁式虛擬存儲管理的主要特點（1）作業運行前必須全部裝入主存（2）作業可裝入主存的不連續區域2.頁表是由操作系統創建的，對用戶不可見。每個作業都有一張頁表，頁表是在主存上的。主存空間有地址結構決定。3.頁式存儲管理的基本原理頁式存儲管理是把主存儲器分成大小相等的去多區，每個區稱為一塊。于此對應，編制程序的邏輯地址也分成頁，頁的大小與塊的大小相等。分頁式存儲器的邏輯地址由兩部分組成：頁號和頁內地址。其格式為：頁號頁內地址地址結構確定了主存儲器的分塊的大小，也就決定了頁面的大小。【例】:某作業頁號占6bit，頁內地址占10bit，則該作業所需的存儲容量為64K，頁面大小為1

39、K，共有64頁。4.（重點）頁式主存空間的分配與回收頁式存儲管理把主存儲器的可分配區域按頁面大小分成若干塊，主存空間按塊為單位進行分配。可用一張主存分配表來記錄已分配的塊和尚未分配的塊以及當前剩余的空閑塊數。由于塊的大小是固定的，所以可以用一張“位示圖”來構成主存分配表。（1）塊號=字號×字長+位號（2）字號=i/字長（3）位號=i mod字長其中i是塊號，表示取i被字長除后的整數部分，而mod表示取其余數部分。【例】：分頁式存儲管理可用一張“位示圖”構成主存分配表，現設主存有8192塊，則可用字長為32位的256個字作為位示圖，試問4999塊對應的字號和位號是多少？123字的29位

40、對應的是哪塊？解：字號=i/字長=4999/32=156 位號=i mod字長=4999 mod 32=7塊號=字號×字長+位號=129×32+29=41575.頁表和地址轉換頁表是指出邏輯地址中頁號與主存中塊號的對應關系。頁式存儲管理也是采用動態重定位的方式裝入作業。地址轉換的一般公式為：絕對地址=塊號×塊長+頁內地址分頁式地址轉換6.快表的定義利用高速緩沖寄存器存放頁表的一部分，把存放在高速緩沖寄存器中的部分頁表稱為快表。7.虛擬存儲器當主存空間小于作業需求量時，作業也能執行，這就使得主存空間能被充分地利用，進而用戶編織程序時可以不必考慮主存儲器的實際容量，允

41、許用戶的邏輯地址空間大于主存儲器，稱為虛擬存儲器。虛擬存儲器的容量由計算機的地址結構和輔助存儲器的容量決定，與實際主存儲器的內容無關。所以，虛擬存儲器實際上是為擴大主存容量而采用的一種管理技巧。實現虛擬存儲器的三大物質基礎：（1）大量的輔助存儲器（2）一定容量的主存（3）要有地址轉換機構。8.擴充后的頁面包含哪些信息？答：頁號，標志，主存塊號和磁盤上的位置。9.抖動的定義剛被調出的頁又立即要用，因而又要把它調入；而調入不久又被調出；調出不久又再次被調入。如此反復，使調度非常頻繁，以至于使大部分時間都花費在來回調度上，這種現象稱為抖動，又稱顛簸。10.（重點）常用的頁面調度算法有：（1） 先進先

42、出調度算法（FIFO）（2） 最近最久未使用調度算法（LRU）（3） 最近最不經常使用調度算法（LFU）（注意）：關于頁面調度算法的3個條件、5個求解問題3個條件：（1）作業開始的幾頁是否在主存。（2）作業第幾頁在主存。（3）上面兩點都沒有。5個求解問題：（1）寫出正確的頁面調度次序。（2）求缺頁次數F。（3）求缺頁中斷率f=缺頁中斷數F/被訪問頁面總數A。（4）寫出被淘汰的頁面次序。（5）寫出最后駐留在主存的頁面次序。【例】：依次要訪問的頁號為：7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，現只有三個主存塊可供使用，把開始的三頁先裝入主存。執行時分別按FIFO和LRF算法進行頁

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

44、正確的頁面調度次序如下表所示：被訪問的頁面7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 主存塊數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缺頁中斷次數F + + + + + + + 缺頁中斷次數F=7缺頁中斷率f=7/12被淘汰的頁面次序：7，1，2，3，0，4，0最后駐留在主存的頁面次序：3，1，2七、多級頁表（了解）我們以32位邏輯地址為例來闡述二級頁表的原理。把32位邏輯地址分成三部分，其中低12位是頁內地址，高20位的頁號分成兩部分，每一部分各占10位。其格式

45、如下： 0 9 10 19 20 31頁號頁內地址 頁號 頁號頁號指出頁面組的編號（一級頁表），頁號指出每個頁面組內的頁面編號（二級頁表）。各種管理方式下的地址轉換和存儲保護（總結）管理方式重定位方式地址轉換存儲保護操作系統執行硬件執行單用戶連續靜態定位絕對地址=邏輯地址+界限地址界限地址絕對地址主存最大地址固定分區靜態定位絕對地址=邏輯地址+分區始址分區始址絕對地址分區始址+分區長度可變分區動態定位分區始址ð基址寄存器分區末址ð限長寄存器絕對地址=邏輯地址+基址寄存器值基址寄存器值絕對地址限長寄存器值頁式動態定位建立頁表表中設置訪問標志絕對地址=塊號×塊長+頁內

46、地址核對訪問權第4章 文件管理 考情分析本章主要內容：1.文件、文件系統的定義及功能 2.文件的存儲介質 3.文件的組織結構、記錄的成組與分解 4.文件存儲空間管理的方法 5.文件的目錄結構 6.文件的保護、保密及其文件的基本操作重點：1.邏輯文件、物理文件 2.記錄的成組與分解 3.文件目錄結構以及畫二級目錄結構圖本章考試分值約為20分。出題形式多以單選題、填空題、簡答題、綜合應用題為主。 知識網絡圖 串講內容一、概 述1.文件管理的定義為了減輕用戶的負擔和保證系統的安全，操作系統中設計了對信息進行管理的部分，稱為文件管理或文件系統。2.（了解）文件和文件系統我們把邏輯上具有完整意義的信息集

47、合稱為文件。每個文件都要用一個名字（稱為文件名）作標識。文件系統來管理文件的存儲、檢索、更新、共享和保護。3.文件系統的功能（1）實現從邏輯文件到物理文件之間的轉換（2）有效地分配文件的存儲空間（3）建立文件目錄（4）提供合適的存取方式以適應各種不同的應用（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：系統文件、庫文件和用戶文件（2） 按保護級別可分成：只讀文件、讀寫文件、執行文件和不保護文件（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） 按存放時限可分成：臨時文件、永久文件和檔案文件（5） 按設備類型可分成：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、文件的存儲介質1.文件的存儲介質、存儲設備的定義 可用來記錄信息的磁帶、硬磁盤組、軟磁盤片、光盤、卡片等稱為存儲介質。把信息記錄到存儲介質上或從存儲介質上讀出信息必須啟動相應的磁帶機、磁盤驅動器、卡片機等存儲設備。2.文件中幾個術語的定義存儲介質的物理單位定義為卷。存儲介質上可連續存儲信息的一個區域稱為塊，或稱為物理記錄。把所有的讀寫磁頭按從上到下的次序進行編號，稱為磁頭號。當移動臂移到某一位置時。所有的讀寫詞頭都在同柱面上，把盤面上磁道的編號作為柱面號。每個盤面被劃分成若干相等的扇區，每個扇區中的各個磁道都是可存放相等字節數的一個塊，沿與磁盤旋轉相反的方向給

49、各扇區編號，稱為扇區號。三、文件的組織（重點）1.（重點）文件的邏輯結構用戶組織的文件稱為邏輯文件。通常，邏輯文件簡稱為文件。邏輯文件可以有兩種形式：流式文件、記錄式文件。流式文件是指對文件內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立的含義劃分信息單位，每個單位稱為一個邏輯記錄，簡稱為記錄。邏輯記錄可依次編號，其序號稱為邏輯記錄號，簡稱為記錄號。2.記錄的主鍵和次鍵用來惟一標識某個記錄的數據項稱為記錄的主鍵。能標識具有某一特性的所有記錄的數據項稱為記錄的次鍵。3.文件的存儲結構存放在存儲介質上的文件成為物理文件。記錄式文件在磁盤上的順序結構、鏈接結構和索引

50、結構三種。把一個文件在邏輯上連續的信息存放到磁盤上依次相鄰的塊中，便形成順序結構。特點：訪問第i個記錄之后接著總是訪問第i+1個記錄。優點：存取信息的速度快。缺點：不利于文件的擴展和存儲空間利用率不高。鏈接結構是將文件的邏輯記錄順序與磁盤上的存儲空間順序獨立開來，即邏輯記錄是順序的，但文件占用的存儲空間塊可以任意選擇，不必連續。特點：每個物理塊的最后一個單元中不能存放文件的信息，而是用來存放物理塊之間的鏈接指針。優點：允許用戶擴充文件，便于文件的增、刪記錄。只適合與對記錄按先后順序進行存取的文件。索引結構是實現非連續存儲的另一種方式。索引結構為每一個文件建立一張索引表，指出文件中每個記錄的存放

51、地址。優點：便于文件的增、刪記錄。缺點：當文件的記錄很多時，索引表就很龐大。4.文件的存取方式文件在存儲介質上的組織方式與存儲設備的物理特性，用戶如何使用文件有關。存取方式分為：順序存取和隨機存取。順序存取是指按文件的邏輯順序或記錄順序依次進行讀/寫的存取方式。隨機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地讀/寫文件中信息的存取方式。把一個文件分成若干個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.存取方式與存儲結構的關系介質類型存取方式存儲結構順序存取隨機存取磁盤順序文件、鏈接文件、索引文件索引文件磁帶順序文件6.（重點）記錄的

52、成組與分解把若干個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邏輯記錄分離出來的工作稱為記錄的分解。磁帶利用率=%【例1】:某用戶文件有20個記錄,每個記錄長度為200個字符,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，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）設塊因子至少為 50% 解得：2【例2】:假設某文件的順序結構存放在磁盤上,該文件有10個記

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