計算機操作系統

?第一章操作系統引論

?第二章作業界面管理

?第三章文件管理

?第四章存儲管理

?第五章設備管理

?第六章進程及處理機管理

?第七章操作系統結構和程序實現

第四章存儲管理

?第一節概述

?第二節分區分配存儲管理

?第三節請求頁式存儲管理

?第四節段式存儲管理

?第五節段頁式存儲管理

?邏輯地址與物理地址

?重定位(ReIocation)：將邏輯地址轉換

為物理地址

?虛存及其特點

?存儲管理的目的及功能

邏輯地址與物理地址

在具有地址變換機構的計算機中，

允許程序中編排的地址和信息實際存放

在內存中的地址有所不同。前者叫邏輯

（相對）地址，后者叫物理（絕對）地

址。

虛擬存儲管理

虛存是由操作系統調度，采用內

外存的交換技術，各道程序在必需

使用時調入內存，不用的調出內存,

這樣好象內存容量不受限制。

虛存的特點

?虛存容量不是無限的，極端情況受內存

和外存可利用的總容量限制

?虛存容量還受計算機總線地址結構限制

?速度和容量的“時空”矛盾，虛存量的

“擴大”是以犧牲CPU工作時間以及內外

存交換時間為代價的

存儲管理的目的及功能（1）

?目的：方便用戶，使用戶減少甚至擺脫對存儲

器使用的管理；提高內存資源的利用率，關鍵

是實現內存共享

?功能：

-內存的擴充技術：使用虛存或自動復

蓋技7tt提供比實際內存更大的空間

存儲管理的目的及功能（2）

?功能：

-內存保護技術：各道作業只在自巳所

屬區域中運行，不破壞別的作業以及

不被破壞

-內存區域的分配和管理：通過建表、

查表、改表和回收登錄內存使用情況,

系統或用戶申請內存時按選定分配算

法確定分區等★★

第四章存儲管理

第一節概述

第二節分區分配存儲管理

第三節請求頁式存儲管理

第四節段式存儲管理

第五節段頁式存儲管理

分區分配存儲管理

?內存“擴充”技術

El\

分配算法按分區不同

?固定分區分配

(Fixed-SizePartition)

?可變式動態分區分配

(Variable-Size/DynamicPartition)

?可重定位分區分配

(RelocatablePartition)

?多重分區分配

(MultiplePartition)

內存“擴充”技術

?交換(swap)：由操作系統做,

用戶不知道。

?復蓋(overlay)：由用戶控制,

操作系統提供覆蓋機制。

內存保護技術

保護系統工作區和用戶作業區,

特別是如何防止系統區被破壞O

-存儲保護鍵

-界限寄存器

第四章存儲管理

第一節概述

第二節分區分配存儲管理

第三節請求頁式存儲管理

第四節段式存儲管理

第五節段頁式存儲管理

請求頁式存儲管理

?實現原理

?頁表設計

?頁面淘汰算法

?頁式存儲管理的優點及缺點

頁式存儲管理實現原理

?基于程序在運行時不需要一

開始都裝入內存，更不應該

把最近較長一段時間內不用

的程序裝入內存。

頁表設計

?頁表內容舉例

淘汰位/修改位/保護位/中斷

位/引用位/缺用位等

?快表:因頁面較多，頁表在內存,

取一次數要訪問內存兩次。

「/

頁面淘汰算法(1)

?先進先出算法(FIFO)

(FirstInputFirstOutput)，又稱輪轉法

(RR)

?循環檢測法

?最近最少使用頁面先淘汰(LRU)

(LeastRecentlyUsed)

?最不經常使用的頁面先淘汰(LFU)

(LeastFrequentUsed)「/

頁面淘汰算法(2)

?最近沒有使用頁面先淘汰(NUR)

?最優淘汰算法(OPT)

(OptimalReplacementAlgorithm)

?隨機數淘汰頁面算法

(RandomReplacementAlgorithm)

頁式存儲管理的優點

?虛存量大，適合多道程序運行，用

戶不必擔心內存不夠的調度操作

?內存利用率高，不常用的頁面盡量

不留在內存

?不要求作業連續存放，有效地解決

了“碎片”問題。與分區式比，不

需移動作業；與多重分區比，無零W

星碎片產生?/

頁式存儲管理的缺點

?要處理頁面中斷、缺頁中斷處理

等，系統開銷較大

?有可能產生“抖動”

?地址變換機構復雜，為提高速度

采用硬件實現，增加了機器成本

★★

——*

第四章存儲管理

第一節概述

第二節分區分配存儲管理

第三節請求頁式存儲管理

第四節段式存儲管理

第五節段頁式存儲管理

段式存儲管理

?段?頁式彳子I諸管1埋的對比表

?段式存儲管理的優越性:段的共享與動態

分配，一般由硬件設備的多種支持，特

別是近代的優化編譯巳進入CPU內部設

計。段共享的先決條件是程序段可重入,

即前面一段沒有退出前，在不影響工作

前提下，后面一段又可重新裝入。而可

重入程序的特點是執行程序中指令不變

稱純代碼（純碼），而工作區和數據因由“

調用者自帶。上I

第四章存儲管理

第一節概述

第二節分區分配存儲管理

第三節請求頁式存儲管理

第四節段式存儲管理

第五節段頁式存儲管理

段，頁式存儲管理的對比表

段式頁式

由用戶設計，有邏輯意義分頁用戶不可見，由OS劃分

段面是信息的邏輯單位頁面是信息的物理單位

便于段的共享和動態鏈接頁一般不能共享

段長不等，可動態增長頁面大小相同，不能增長

段具有二維地址空間頁具有一維地址空間

管理形式相似，但概念不同

段頁式存儲管理特點

?每一段分若干頁,再按頁式管理,

頁間不要求連續;

?用分段方法分配管理作業，用分頁

方法分配管理內存;

?兼有段式和頁式管理的優點,系統復

雜和開銷增大，一般在大型機器上

才使用★.*

計算機操作系統

第一章操作系統引論

第二章作業界面管理

第三章文件管理

第四章存儲管理

第五章設備管理

第六章進程及處理機管理

第七章操作系統結構和程序實現

第五章設備管理

［概述

［外部設備的安裝

［I/O設備分配算法

?設備管理的任務與功能

?發展歷史

?外部設備分類

?設備I/O方式

設備管理的任務

?按用戶需求提出的要求接入外部設

備，系統按一定算法分配和管理控

制，而用戶不必關心設備的實際地

址和控制指令.

?盡量提高輸入輸出設備的利用率，

例如，發揮主機與外設以及外設與

外設之間的真正并行工作能力.★”

設備管理的功能

?分配設備

?控制和實現真正的輸入輸出操作

?對輸入輸出緩沖區進行管理

?在一些較大系統中實現虛擬設備

技術

發展歷史

?第一代用鍵盤和打印機

?第二代用鼠標和調制解調器

（俗稱“貓”）

?第三代用手寫筆和掃描儀等

外部設備分類

■按系統和用戶分：系統、用戶

?按輸入輸出傳送方式分（UNIX或Linux操

作系統）：字符型設備、塊設備

?按資源特點分：獨享設備、共享設備、

虛擬設備

?按設備硬件物理特性分：順序存取設備、

直接存取設備

?按設備使用分:物理設備、邏輯設副；*

偽設備

設備I/O方式⑴

?詢問（Query）：實時系統中必需采用,

在一般簡單系統中也廣泛采用，但系統

開銷較大，每次進行輸入輸出工作，都

需要由主機CPU干預；

?通道（Channel）：有硬通道和軟通道

之分，硬通道，例如，典型的DMA

（DirectMemoryAccess）工作方式；

軟通道是軟件設計中使用的各種“標*

識”、“緩沖”等;

設備I/O方式(2)

?中斷(interrupt)：有硬中斷和軟

中斷之分，中斷按級別分類排隊工

作；可按字符、字、塊的傳遞產生

中斷；實時控制常用實時鐘中斷，

起自動控制作用；中斷工作主要由

中斷請求、中斷響應和中斷服務處

理組成。”熏，的產生使管理?

作更能“自動化”.

第五章設備管理

第一節概述

第二節外部設備的安裝

第三節I/O設備分配算法

第四節設備管理技術

第五節設備處理程序編制內容

「/

外部設備的安裝

?系統配置

?用戶外接設備（操作系統的重新生成）

?用戶外接設備（系統硬件接口和軟件的

充分利用）

?外部設備的即插即用

?設備驅動程序的編制

?CPU與外部信息的交換

第五章設備管理

第一節概述

第二節外部設備的安裝

第三節I/O設備分配算法

第四節設備管理技術

第五節設備處理程序編制內容

「/

I/O設備分配算法

?先來先服務（FCFS,FirstCome

FirstService）：每一設備有一隊列

管理

?按優先級（Priority）：一般是系統高

于用戶，超級用戶（系統管理員）

高于一般用戶。例如，RTOS操作系

統中，系統優先級高于用戶。UNIX

操作系統中超級用戶優先級高于

■慟戶十

第五章設備管理

第一節概述

第二節外部設備的安裝

第三節I/O設備分配算法

第四節設備管理技術

第五節設備處理程序編制內容

「/

設備管理技術

?磁盤管理技術

?W4i￡2&

?虛擬設備的技術

I/O設置緩存理由

?解決信息的到達率和離去率不一致的矛盾

?緩存起中轉站的作用

?使得一次輸入的信息能多次使用

?在通道或控制器內設置局部寄存器作為緩

沖存儲器，可暫存I/O信息，以減少中斷

CPU的次數。這種情形可進一步推廣，使

得一次讀入的信息可多次重復使用

虛擬設備的技術(SPOOLing)

?SPOOLing,全名是Simultaneous

PeripheralOperationsOn-Line,

即外圍設備聯機并行操作，它是關

于慢速字符設備如何與計算機主機

交換信息的一種技術，通常也叫做

“假脫機技術”。是一種預輸入、

緩輸出和轉儲的管理技術.

SPOOLing系統的特點

?提高了I/O速度

?將獨享設備改造為共享設備（典

型例子是打印機的“共享”）

?實現了虛擬設備功能

第五章設備管理

第一節概述

第二節外部設備的安裝

第三節I/O設備分配算法

第四節設備管理技術

第五節設備處理程序編制內容

「/

設備處理程序編制內容

?設備驅動程序包含五部分

?設備驅動程序的功能

?設備驅動程序的特點

?設備處理方式

設備驅動程序包含五部分

?設備標題(Deviceheader)

?數據存儲和局部過程(Data

Storage&LocalProcedure)

?策略過程(StrategyProcedure)

?中斷過程(InterruptProcedure)

?命令處理子程序