自考操作系統(tǒng)概論筆記

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、 操作系統(tǒng)概論1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制系統(tǒng)、各種輸入輸出設(shè)備組成、軟件由系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應(yīng)用軟件組成；2、操作系統(tǒng)：是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的一種系統(tǒng)軟件；主要作用有：1、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源；2、為用戶提供方便的使用接口；3、擴(kuò)充硬件；² 操作系統(tǒng)按功能分為：處理器管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、設(shè)備管理；² 操作系統(tǒng)的類(lèi)型：批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；² 微機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)3、處理器的工作狀態(tài)：特權(quán)指令：不

2、允許用戶程序中直接執(zhí)行的指令稱特權(quán)指令；管態(tài)和目態(tài)：能執(zhí)行特權(quán)指令時(shí)稱管態(tài)，否則稱目態(tài)4、程序狀態(tài)字：用來(lái)控制指令執(zhí)行順序并且保留和指示與程序有關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)，分成程序基本狀態(tài)、中斷碼、中斷屏蔽位三個(gè)部分；操作系統(tǒng)與用戶程序的接口：系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)與用戶的接口：操作控制命令；二、 處理器管理1、 多道程序設(shè)計(jì)：是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器并啟動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的方法。² 多道程序技術(shù)運(yùn)行的特征：多道、宏觀上并行、微觀上串行。² 多道程序設(shè)計(jì)不僅提高了處理器的利用率，而且降低了完成計(jì)算所需的總時(shí)間、從而提高了單位時(shí)間內(nèi)的算題能力，也提高了吞吐量。2、 進(jìn)程的概念：把

3、一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行稱為一個(gè)進(jìn)程。² 為什么要引入進(jìn)程：1.提高資源的利用率；2.正確描述程序的執(zhí)行情況² 進(jìn)程的屬性：1.進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，它包含了數(shù)據(jù)和運(yùn)行在數(shù)據(jù)集上的程序 2.多個(gè)進(jìn)程可以含有相同的程序 3.多個(gè)進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行 4.進(jìn)程有三種基本狀態(tài)：等待態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)。 每個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中的任一時(shí)刻當(dāng)且僅當(dāng)處于上述三種基本狀態(tài)之一。（運(yùn)行態(tài)-等待態(tài)、等待態(tài)-就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)-就緒態(tài)、就緒態(tài)-運(yùn)行態(tài)）² 進(jìn)程的三個(gè)特性：動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、異步性。3、 進(jìn)程控制塊：是對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理和調(diào)度的信息集合。它包含四類(lèi)信息：標(biāo)識(shí)信息、說(shuō)明信息、現(xiàn)場(chǎng)信息、管理

4、信息。² 原語(yǔ)：操作系統(tǒng)中往往設(shè)計(jì)一些能完成特定功能且不可中斷的過(guò)程，稱為原語(yǔ)。原語(yǔ)分為兩類(lèi)：1.機(jī)器指令級(jí)：其特點(diǎn)是執(zhí)行期間不允許中斷，是一個(gè)不可分割的單位。2.功能級(jí)的：其特點(diǎn)是作為原語(yǔ)程序段不允許并發(fā)執(zhí)行。² 用于進(jìn)程控制的原語(yǔ)有：1. 創(chuàng)建原語(yǔ)：為一個(gè)程序分配一個(gè)工作區(qū)和建立一個(gè)進(jìn)程控制塊，并置該進(jìn)程為就緒態(tài)；2. 撤銷(xiāo)原語(yǔ)：一個(gè)進(jìn)程完成工作后，收回它的工作區(qū)和進(jìn)程控制塊；3. 阻塞原語(yǔ)：進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生等待事件時(shí)，把進(jìn)程改為等待態(tài)；4. 喚醒原語(yǔ)：當(dāng)進(jìn)程等待事件發(fā)生時(shí)，把進(jìn)程的狀態(tài)改為就緒態(tài)。4、 進(jìn)程隊(duì)列：把處于相同狀態(tài)的進(jìn)程鏈接在一起，稱進(jìn)程隊(duì)列，由于進(jìn)程控

5、制塊能標(biāo)示進(jìn)程的存在和動(dòng)態(tài)刻畫(huà)進(jìn)程的特性，因此，進(jìn)程隊(duì)列可以用進(jìn)程控制塊的鏈接來(lái)形成。（兩種鏈接方式：?jiǎn)蜗蚝碗p向）² 進(jìn)程的基本隊(duì)列：1.就緒隊(duì)列：由若干就緒進(jìn)程按一定次序鏈接起來(lái)的隊(duì)列； 2.等待隊(duì)列：把等待資源或等待某些事件的進(jìn)程排隊(duì)的隊(duì)列。² 出隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程從所在的隊(duì)列退出的操作稱為出隊(duì)；² 入隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程排入到一個(gè)指定的隊(duì)列稱為入隊(duì)；² 隊(duì)列管理：系統(tǒng)中負(fù)責(zé)進(jìn)程出隊(duì)和入隊(duì)的工作稱為隊(duì)列管理。5、 中斷與中斷處理：由于某些事件的出現(xiàn)，中止現(xiàn)行進(jìn)程的運(yùn)行，而由操作系統(tǒng)去處理出現(xiàn)的事件，待適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讓被中止的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程稱為中斷。而引起中斷的

6、事件稱為中斷源。對(duì)出現(xiàn)的事件進(jìn)行處理的程序稱為中斷處理程序。² 中斷事件的類(lèi)型：一、強(qiáng)迫性中斷事件：是由于外界的原因迫使正在運(yùn)行的進(jìn)程被打斷，不是正在運(yùn)行的進(jìn)程所期待的，稱為強(qiáng)迫性中斷事件。斷點(diǎn)可能發(fā)生在任何位置。包括以下事件：l 硬件故障中斷：它是由機(jī)器故障造成的。l 程序中斷：是由于程序執(zhí)行到某條機(jī)器指令時(shí)可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題而引起的中斷。l 外部中斷：這是由各種外部事件引起的中斷。l 輸入/輸出中斷：輸入輸出控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備完成了輸入輸出操作而引起的中斷，或在執(zhí)行輸入輸出操作時(shí)通道或外圍設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)誤而引起的中斷。二、自愿性中斷事件：表示正在運(yùn)行的進(jìn)程對(duì)操作系統(tǒng)有某種需求，是正

7、在運(yùn)行的進(jìn)程所期待的，稱為自愿性中斷事件。在小型和微型計(jì)算機(jī)中稱系統(tǒng)調(diào)用。自愿中斷的斷電是確定的。包括：l 訪管中斷：它是正在運(yùn)行的進(jìn)程為了請(qǐng)求調(diào)用操作系統(tǒng)的某個(gè)功能而執(zhí)行一條訪管指令而引起的中斷。² 中斷響應(yīng)：處理器沒(méi)執(zhí)行一條指令后，硬件的中斷裝置立即檢查有無(wú)中斷事件發(fā)生，若有，則暫停現(xiàn)行進(jìn)程的執(zhí)行，而讓操作系統(tǒng)的中斷處理程序占用處理器，這一過(guò)程稱中斷響應(yīng)。中斷響應(yīng)過(guò)程中，中斷裝置的三項(xiàng)工作：l 判斷是否有中斷事件發(fā)生；l 判別自愿性中斷，只要檢查操作碼是否為訪管指令即可；l 判別強(qiáng)迫性中斷，則要檢查中斷寄存器的內(nèi)容。若為0則無(wú)中斷，若非0則有中斷發(fā)生，若有中斷發(fā)生，保護(hù)斷點(diǎn)信息。

8、² 程序狀態(tài)字（PSW）：每一個(gè)程序都有一個(gè)程序狀態(tài)字來(lái)反映本程序的執(zhí)行狀態(tài)，如基本狀態(tài)、中斷碼和中斷屏蔽位等內(nèi)容。² 程序狀態(tài)字寄存器：系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)用來(lái)存放當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的PSW的寄存器。² 三種PSW：l 當(dāng)前PSW：放在程序狀態(tài)寄存器中斷的PSW是當(dāng)前正在占用處理器的進(jìn)程的PSW。l 新PSW：中斷處理程序的PSW。l 舊PSW：把保護(hù)好的被中斷進(jìn)程的PSW稱為舊PSW。l 當(dāng)出現(xiàn)中斷事件后，把被中斷進(jìn)程的PSW保存為舊PSW，即完成斷點(diǎn)信息保護(hù)。² 啟動(dòng)操作系統(tǒng)的中斷處理程序工作：中斷裝置通過(guò)“交換PSW”過(guò)程完成此項(xiàng)任務(wù)，即把出現(xiàn)的中斷事件放到當(dāng)

9、前PSW中斷碼位置，然后當(dāng)前PSW保存為舊PSW，再把操作系統(tǒng)中斷處理程序的新PSW送到程序狀態(tài)字寄存器中，稱為當(dāng)前的PSW。² 中斷處理：中斷處理程序?qū)χ袛嗍录奶幚矸謨刹剑旱谝徊绞潜Ｗo(hù)好被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)信息，即把中斷進(jìn)程的通用寄存器和控制寄存器內(nèi)容以及被中斷進(jìn)程的舊PSW保存起來(lái)，這些信息可以保存在被中斷進(jìn)程的進(jìn)程控制塊。第二步是根據(jù)舊PSW中指示的中斷事件進(jìn)行具體處理。² 各類(lèi)中斷事件的處理原則：多數(shù)情況下，中斷處理程序只需做一些現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、分析事件性質(zhì)等原則性的處理，而具體的處理可由適當(dāng)?shù)睦谐绦騺?lái)完成。6、 處理器調(diào)度：處理器的兩級(jí)調(diào)度：作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度。

10、8; 在操作系統(tǒng)中，把磁盤(pán)上用來(lái)存放作業(yè)信息的專業(yè)區(qū)域稱為輸入井，把在輸入井中等待處理的作業(yè)稱為后備作業(yè)。² 作業(yè)調(diào)度：從輸入井中選取后備作業(yè)裝入主存儲(chǔ)器的工作稱為作業(yè)調(diào)用。（必須遵循一個(gè)必要條件：即系統(tǒng)現(xiàn)有的尚未分配的資源可以滿足被選作業(yè)的資源要求）。² 進(jìn)程調(diào)度的職責(zé)：按選定的進(jìn)程調(diào)度算法從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程，讓它占用處理器。² 選擇進(jìn)程調(diào)度算法的幾個(gè)準(zhǔn)則：1.提高處理器的利用率；2.增大吞吐量；3.減少等待時(shí)間；4.縮短響應(yīng)時(shí)間。² 作業(yè)調(diào)度算法：設(shè)計(jì)算法是時(shí)考慮的原則：公平性、平衡資源使用、極大的流量。l 先來(lái)先服務(wù)（FCFS）方法：按照作業(yè)

11、進(jìn)入輸入井的先后次序來(lái)挑選作業(yè)，先進(jìn)入的作業(yè)優(yōu)先被挑選。優(yōu)點(diǎn)（具有一點(diǎn)的公平性，容易實(shí)現(xiàn)。）缺點(diǎn)（可能使計(jì)算時(shí)間短的作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間很長(zhǎng)，從而也增加了平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，降低了系統(tǒng)的吞吐能力。）l 短作業(yè)優(yōu)先算法（SJF）：對(duì)預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間短的作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先分派處理器。優(yōu)點(diǎn)（改善平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間，縮短作業(yè)的等待時(shí)間；提高系統(tǒng)的吞吐量）。缺點(diǎn)（對(duì)長(zhǎng)作業(yè)非常不利，可能長(zhǎng)時(shí)間得不到執(zhí)行；未能依據(jù)作業(yè)的緊迫程度來(lái)劃分執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)；難以準(zhǔn)確估計(jì)作業(yè)（進(jìn)程）的執(zhí)行時(shí)間，從而影響調(diào)度的性能。）l 最高響應(yīng)比優(yōu)化法：同時(shí)考慮每個(gè)作業(yè)的等待時(shí)間長(zhǎng)短和估計(jì)需要的執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)短，從中選出響應(yīng)比最高的作業(yè)投入執(zhí)行。

12、l 優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：為每一個(gè)作業(yè)確定一個(gè)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的作業(yè)優(yōu)先被選取，當(dāng)幾個(gè)作業(yè)有相同優(yōu)先級(jí)時(shí)，對(duì)這些具有相同優(yōu)先級(jí)的作業(yè)再按照先來(lái)先服務(wù)原則進(jìn)行調(diào)度。l 均衡調(diào)度算法：這種算法是根據(jù)作業(yè)對(duì)資源的要求進(jìn)行分類(lèi)，作業(yè)調(diào)度輪流從不同的作業(yè)中去挑選作業(yè)，盡可能地使得不同資源的作業(yè)同時(shí)執(zhí)行。² 進(jìn)程切換：一個(gè)進(jìn)程讓出處理器由另一個(gè)進(jìn)程占用處理器的過(guò)程稱。以下情況會(huì)引起進(jìn)程切換：1.一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成等待狀態(tài)； 2.一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成就緒狀態(tài)；3.一個(gè)進(jìn)程從等待狀態(tài)變成就緒狀態(tài)； 4.一個(gè)進(jìn)程完成工作后背撤銷(xiāo)。² 常用的進(jìn)程調(diào)度算法有以下幾種：1. 先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法：按

13、進(jìn)程先進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后次序選擇可以占用處理器的進(jìn)程。2. 最高優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：進(jìn)程調(diào)度總是讓當(dāng)時(shí)具有最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程先使用處理器。（對(duì)于高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程占用處理器的兩種對(duì)待方式：非搶占式和可搶占式）3. 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法：時(shí)間片是指允許進(jìn)程一次占用處理器的最長(zhǎng)時(shí)間。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法讓就緒進(jìn)程按就緒的先后次序排成隊(duì)列，每次總選擇該隊(duì)列中第一個(gè)進(jìn)程占用處理器，但規(guī)定只能使用一個(gè)時(shí)間片，如該進(jìn)程尚未完成，則排入隊(duì)尾，等待下一個(gè)供它使用的時(shí)間片。（該算法經(jīng)常用于分時(shí)操作系統(tǒng)中）7、 線程的概念：又稱輕型進(jìn)程，線程是程序執(zhí)行流的最小單元。一個(gè)線程由線程ID，當(dāng)前指令指針，寄存器集合和堆棧組成。線程有就

14、緒、阻塞和運(yùn)行三鐘基本狀態(tài)。² 引入線程的原因：進(jìn)程可以提高CPU的利用率，進(jìn)程之間的切換是非常耗費(fèi)資源和時(shí)間的，為了能更進(jìn)一步的提高操作系統(tǒng)的并發(fā)性，從而引進(jìn)了線程。² 線程的屬性：1. 同一進(jìn)程中的各線程駐留在分配給進(jìn)程的主存地址空間中，且共享該進(jìn)程的所有資源。2. 一個(gè)線程被創(chuàng)建后便開(kāi)始了他的生命周期,直到執(zhí)行結(jié)束而終止。線程在生命周期內(nèi)會(huì)經(jīng)歷等待態(tài)、就緒態(tài)和運(yùn)行態(tài)。3. 線程是處理器的獨(dú)立調(diào)度單位，多個(gè)線程可以并發(fā)執(zhí)行。4. 不同線程可以執(zhí)行相同的處理程序，即一個(gè)服務(wù)程序被不同的用戶調(diào)用時(shí)，操作系統(tǒng)為他們創(chuàng)建不同的線程。² 進(jìn)程與線程的根本區(qū)別是把進(jìn)程作為

15、資源分配單位，而線程是調(diào)度和執(zhí)行單位。每一個(gè)進(jìn)程都有自己的主存空間，但同一進(jìn)程中的各線程共享該進(jìn)程的主存空間，進(jìn)程中所有線程對(duì)進(jìn)程的整個(gè)主存空間都有存取權(quán)限。三、 存儲(chǔ)管理1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器可分為：寄存器、主存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器（包括磁帶、軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán)等）三個(gè)層次。² 寄存器：計(jì)算機(jī)中價(jià)格最昂貴的存儲(chǔ)器，它的存取速度快，但容量小。常用的有：指令寄存器-用于存放當(dāng)前從主存儲(chǔ)器中讀出的指令； 通用寄存器-用于存放當(dāng)前參加運(yùn)算的操作數(shù)、操作結(jié)果等； 控制寄存器-用于存放控制信息以保證程序的正確執(zhí)行和系統(tǒng)的安全。² 主存儲(chǔ)器：唯一能夠由CPU直接訪

16、問(wèn)的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)容量較大，存儲(chǔ)速度也較快。主存用于存放用戶當(dāng)前需要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，以及操作系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理的信息。² 高速緩沖存儲(chǔ)器：速度快于主存，造價(jià)高于主存，存儲(chǔ)容量不大。用于存放經(jīng)常被訪問(wèn)的單元，以提高主存的速度。² 輔助存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)容量大，可用來(lái)長(zhǎng)期存儲(chǔ)信息，但處理器不能直接讀/寫(xiě)輔助存儲(chǔ)器，故速度較慢。用于存放當(dāng)前暫不參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)以及一些需要永久性保存的信息。2. 重定位：把邏輯地址轉(zhuǎn)換稱絕對(duì)地址的工作稱為重定位或者地址轉(zhuǎn)換。² 絕對(duì)地址：主存儲(chǔ)器以字節(jié)為編址單位，容量為n的主存儲(chǔ)器中，每個(gè)單元有唯一的編號(hào)，從0到n-1，這個(gè)唯一的編號(hào)就是主

17、存儲(chǔ)器的絕對(duì)地址，與絕對(duì)地址對(duì)應(yīng)的主存空間稱為物理地址空間。² 邏輯地址：在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)為了方便用戶，就允許每個(gè)用戶都認(rèn)為自己的作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)存放在地址是0開(kāi)始的連續(xù)空間中。這樣用戶程序中使用的地址就是邏輯地址，與其對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間稱為邏輯地址空間。² 靜態(tài)重定位：在裝入一個(gè)作業(yè)時(shí)，把作業(yè)中的指令地址和數(shù)據(jù)地址全部轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址，由于地址轉(zhuǎn)換工作是在作業(yè)執(zhí)行前集中一次完成的，所以在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中就無(wú)需再進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換工作，這種定位方式稱為靜態(tài)重定位。² 動(dòng)態(tài)重定位：在裝入一個(gè)作業(yè)時(shí)，不進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，而是直接把作業(yè)裝到分配的主區(qū)域中。在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中

18、，每當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)都由硬件的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。這種方式的地址轉(zhuǎn)換是在作業(yè)執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)完成的。² 動(dòng)態(tài)重定位由軟件（操作系統(tǒng)）和硬件（地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)）相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)重定位的系統(tǒng)支持“程序浮動(dòng)”，而靜態(tài)重定位則不能。3. 單用戶連續(xù)存儲(chǔ)管理：是一種最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)管理方式。在這種管理方式下，操作系統(tǒng)占了一部分主存空間，其余剩下的主存空間都分配給一個(gè)作用使用，即任何時(shí)刻主存儲(chǔ)器中最多只有一個(gè)作業(yè)。² 地址轉(zhuǎn)換方法如下：1.設(shè)置一個(gè)界限寄存器（BR），其內(nèi)容是主存中用戶區(qū)的首地址，只當(dāng)操作系統(tǒng)功能擴(kuò)充或修改時(shí)，改變了所占區(qū)域的長(zhǎng)度，才更改界限寄存器的內(nèi)容。 2.絕對(duì)地址=

19、邏輯地址+BR的值（界限地址） 3.采用靜態(tài)重定位。² 處理器在執(zhí)行指令時(shí)要檢查其絕對(duì)地址是否>=界限地址a，且<=最大地址c。若絕對(duì)地址在規(guī)定的范圍內(nèi)，則可執(zhí)行，否則產(chǎn)生一個(gè)“地址越界”中斷事件，由操作系統(tǒng)進(jìn)行處理，以達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù)的目的。4. 固定分區(qū)存儲(chǔ)管理：把主存儲(chǔ)器中可分配的用戶區(qū)域預(yù)先劃分成若干個(gè)連續(xù)區(qū)，每一個(gè)連續(xù)區(qū)稱為一個(gè)分區(qū)，一旦劃分好后，這些分區(qū)的大小和個(gè)數(shù)就固定不變。² 固定分區(qū)管理利用一張“主存分配表”說(shuō)明各分區(qū)情況。表中指出各分區(qū)的起始地址和長(zhǎng)度，并為每一個(gè)分區(qū)設(shè)置標(biāo)志位。當(dāng)標(biāo)志位為0時(shí)表示空閑，非0時(shí)表示已被占用。5. 可變分區(qū)存儲(chǔ)管理6

20、. 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理四、 文件管理1.概述：文件管理（文件系統(tǒng)）：指操作系統(tǒng)中設(shè)計(jì)對(duì)信息進(jìn)行管理的部分；² 文件：邏輯上具有完整意義的信息集合，每個(gè)文件都要用一個(gè)名字作標(biāo)識(shí)；² 文件系統(tǒng)的功能：1、實(shí)現(xiàn)從邏輯文件到物理文件之間的轉(zhuǎn)換；2、有效地分配文件存儲(chǔ)空間；3、建立文件目錄；4、提供合適的存取方式以適應(yīng)各種不同的應(yīng)用；5、確保文件安全性；6、提供一組文件操作。² 文件分類(lèi)：按用途分系統(tǒng)文件、庫(kù)文件和用戶文件；按保護(hù)級(jí)別分：只讀文件、讀寫(xiě)文件、執(zhí)行文件和不保護(hù)文件；2、文件的存儲(chǔ)介質(zhì)：可用來(lái)記錄信息的磁帶、硬磁盤(pán)組、軟件磁盤(pán)片、光盤(pán)、卡片等稱為存儲(chǔ)介質(zhì)；存儲(chǔ)介質(zhì)

21、上可連續(xù)存儲(chǔ)信息的一個(gè)區(qū)域稱為塊，或稱為 ；3、文件的組織：² 文件的邏輯結(jié)構(gòu)：邏輯文件：一是流式文件；二是記錄式文件；² 文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：物理文件：存放在存儲(chǔ)介質(zhì)上的文件稱為物理文件；記錄式文件的三種結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、鏈接結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)；文件的存取方式：順序存取、隨機(jī)存??；² 記錄的成組和分解：把若干個(gè)記錄合并成一組存入一塊的工作稱為記錄的成組；從一組邏輯記錄中把一個(gè)邏輯記錄分離出來(lái)的工作稱為記錄的分解；4、儲(chǔ)空間的分解：² 位示圖法：一個(gè)簡(jiǎn)單的管理辦法是在主存儲(chǔ)器的系統(tǒng)區(qū)中取若干個(gè)字組成的存儲(chǔ)區(qū)構(gòu)造成一張位示圖來(lái)指示磁盤(pán)存儲(chǔ)空間的使用情況。²

22、 空閑塊鏈接法：分為單塊鏈接、成組鏈接；5、文件目錄：一組目錄、二組目錄、樹(shù)形目錄6、件的安全性：² 文件的保護(hù)：1、防止天災(zāi)人禍造成的破壞；2、防止系統(tǒng)故障造成的破壞；3、防止用戶共享文件時(shí)造成的破壞；4、防止計(jì)算機(jī)病毒的侵害；² 文件的保密：是指防止他人竊取文件。為文件設(shè)置口令是實(shí)現(xiàn)文件保密的一種可行方法。對(duì)極少數(shù)極為重要的保密文件，可把文件信息翻譯成密碼形式保存。7、文件系統(tǒng)提供給用戶的最基本的文件操作有：建立、打開(kāi)、讀、寫(xiě)、關(guān)閉、刪除等操作。五、 設(shè)備管理1、設(shè)備管理的功能：1、實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的分配與回收；2、實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的啟動(dòng)；3、實(shí)現(xiàn)對(duì)磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度；4、處理外

23、圍設(shè)備的中斷事件；5、實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。2、外圍設(shè)備的分類(lèi)：外圍設(shè)備可分成兩大類(lèi)：一類(lèi)是只能讓一個(gè)作業(yè)獨(dú)占使用的設(shè)備，通常把在作業(yè)執(zhí)行期間只允許一個(gè)作業(yè)獨(dú)占使用的設(shè)備稱為獨(dú)占設(shè)備；另一類(lèi)是可以由幾個(gè)作業(yè)同時(shí)使用的設(shè)備，通常稱這種可以讓幾個(gè)作業(yè)同時(shí)使用的設(shè)備為可共享設(shè)備，同時(shí)使用的含義是指一個(gè)作業(yè)尚未撤離，另一個(gè)作業(yè)即可使用，但每一時(shí)刻仍只有一個(gè)作業(yè)能啟動(dòng)設(shè)備，允許他們交替地啟動(dòng)。3、獨(dú)占設(shè)備的分配：² 設(shè)備的絕對(duì)號(hào)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行登記，且為每一臺(tái)設(shè)備確定一個(gè)編號(hào)，以便區(qū)分和識(shí)別，這個(gè)確定的編號(hào)稱為設(shè)備的絕對(duì)號(hào)；² 設(shè)備的相對(duì)號(hào)：由用戶對(duì)自己需要使用的若干臺(tái)同類(lèi)設(shè)備給

24、出的編號(hào)稱為設(shè)備的相對(duì)號(hào)；² 設(shè)備的獨(dú)立性：用戶編制程序時(shí)使用的設(shè)備與實(shí)際占用的設(shè)備無(wú)關(guān)，設(shè)備的這種特性稱為設(shè)備的獨(dú)立性。具有設(shè)備獨(dú)立性的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在分配設(shè)備時(shí)適應(yīng)性好，靈活性強(qiáng)。這是因?yàn)椋?、系統(tǒng)只要從指定的那一類(lèi)設(shè)備中找出“好的且尚未分配的”設(shè)備來(lái)進(jìn)行分配；2、萬(wàn)一用戶使用的設(shè)備出了故障，系統(tǒng)就可以從同類(lèi)設(shè)備中找出另一臺(tái)“好的且尚未分配的”設(shè)備來(lái)替換；4、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)的調(diào)度：² 執(zhí)行一次信息傳輸操作所花的時(shí)間有三部分：尋找時(shí)間、延遲時(shí)間、傳送時(shí)間² 驅(qū)動(dòng)調(diào)度：決定等待訪問(wèn)者執(zhí)行次序的工作稱為驅(qū)動(dòng)調(diào)度，采用的調(diào)度策略稱為驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法。對(duì)磁盤(pán)來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)調(diào)度包括“移臂

25、調(diào)度”和“旋轉(zhuǎn)調(diào)度”兩部分。一般總是先進(jìn)行移臂調(diào)度，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度。移臂調(diào)度的目標(biāo)是盡可能地減少尋找時(shí)間，旋轉(zhuǎn)調(diào)度的目標(biāo)是盡可能地減少延盡時(shí)間。² 移臂調(diào)度：先來(lái)先服務(wù)、最短尋找時(shí)間優(yōu)先、電梯調(diào)度；l 最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法與電梯調(diào)度算法的區(qū)別：最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法不考慮臂的移動(dòng)方向，總是優(yōu)先選擇離前位置最近的那個(gè)柱面的訪問(wèn)者，這種選擇可能導(dǎo)致移動(dòng)臂來(lái)回改變移動(dòng)方向；電梯調(diào)度算法是沿著臂移動(dòng)方向去選擇，僅當(dāng)沿臂移動(dòng)方向無(wú)等待訪問(wèn)者進(jìn)才改變臂的移動(dòng)方向。² 旋轉(zhuǎn)調(diào)度：進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度需區(qū)分的幾種情況若干請(qǐng)求要訪問(wèn)同一磁頭下的不同扇區(qū)、不同磁頭下的不同編號(hào)扇區(qū)、不同磁頭下的相同編號(hào)的

26、扇區(qū)；² 信息的優(yōu)化分布：信息在磁道上的排列方式也會(huì)影響旋轉(zhuǎn)調(diào)度的時(shí)間；5、設(shè)備的啟動(dòng)和I/O中斷處理² 輸入輸出操作：指主存儲(chǔ)器與外圍設(shè)備之間的信息傳送操作；² 輸入輸出處理器：通道能單獨(dú)地完成輸入輸出操作，所以稱通道為輸入輸出處理機(jī)。² IBM系統(tǒng)的通道命令：命令碼（1字節(jié)）、數(shù)據(jù)主存地址（3字節(jié)）、標(biāo)志碼（1字節(jié)）、傳送字節(jié)個(gè)數(shù)（3字節(jié)）；² 命令碼分三類(lèi)：數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)、通道轉(zhuǎn)移類(lèi)、設(shè)備控制類(lèi)；² 外圍設(shè)備的啟動(dòng)：準(zhǔn)備階段、中央處理器執(zhí)行“啟動(dòng)I/O指令階段、通道向中央處理器匯報(bào)命令執(zhí)行情況階段。² 設(shè)備處理一致性：不考

27、慮設(shè)備的具體物理特性（實(shí)際上設(shè)備的物理特性隱含在通道程序中）的處理方法稱為設(shè)備處理一致性；² I/O中斷處理事件：操作正常結(jié)束、操作異常結(jié)束；6、緩沖技術(shù)：操作系統(tǒng)把利用緩沖區(qū)來(lái)緩解處理器與外圍設(shè)備之間工作速度不匹配的矛盾而采用的技術(shù)稱為緩沖技術(shù)。² 單緩沖：是一種最簡(jiǎn)單的緩沖技術(shù)，操作系統(tǒng)在主存儲(chǔ)器的系統(tǒng)區(qū)中只設(shè)立一個(gè)緩沖區(qū)；雙緩沖：雙緩沖技術(shù)是利用兩個(gè)緩沖區(qū)來(lái)完成輸入輸出操作的工作。² 緩沖池：操作系統(tǒng)可以在主存中設(shè)置一組緩沖區(qū)，這一組緩沖區(qū)稱為緩沖池。緩沖池中的各緩沖區(qū)是系統(tǒng)的公共資源，可供各進(jìn)程共享，并由操作系統(tǒng)統(tǒng)一分配和管理。² 系統(tǒng)初始化時(shí)緩

28、沖池中的各緩沖區(qū)都是未被使用的，稱為空緩沖區(qū)。7、虛擬設(shè)備：² 脫機(jī)外圍設(shè)備操作：完成輸入輸出任務(wù)的外圍計(jì)算機(jī)無(wú)需進(jìn)行計(jì)算，只是把信息從一種存儲(chǔ)介質(zhì)傳送到另一種存儲(chǔ)介質(zhì)上，這種操作是獨(dú)立于主計(jì)算機(jī)的，不是在主計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行的，稱之為脫機(jī)外圍設(shè)備操作。脫機(jī)外圍設(shè)備操作存在的問(wèn)題：1、使用多臺(tái)計(jì)算機(jī)、成本高。2、操作操作員的手工操作，在主計(jì)算機(jī)和外圍計(jì)算機(jī)之間來(lái)回搬動(dòng)磁盤(pán)，既費(fèi)時(shí)間又增加了出錯(cuò)的可能。3、增加了作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間，脫機(jī)外圍設(shè)備操作必須將一批作業(yè)傳送到磁盤(pán)之后，才能把磁盤(pán)移動(dòng)到主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上。² 聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作：又稱為斯普林操作，是指預(yù)輸入程序把作業(yè)流中的作業(yè)

29、信息傳送到輸入井保存，作業(yè)被選中執(zhí)行時(shí)不必再啟動(dòng)輸入機(jī)，而只要從磁盤(pán)上的輸入井區(qū)域中讀取信息。作業(yè)執(zhí)行中產(chǎn)生的結(jié)果也可暫時(shí)先存入在輸出井中，待作業(yè)執(zhí)行結(jié)束后由緩輸出程序把作業(yè)結(jié)果打印輸出，由于預(yù)輸入程序和緩輸出程序的執(zhí)行是在計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行的。² 井管理程序：操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)從輸入井讀信息和把作業(yè)執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)到輸出井的程序稱為² 虛擬設(shè)備：把由操作系統(tǒng)模擬的獨(dú)占設(shè)備稱為² 斯普林系統(tǒng)：操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作功能的部分稱為斯普林系統(tǒng)由三分部組成：預(yù)輸入程序、井管理程序、緩輸出程序，這三部分相互協(xié)調(diào)，為用戶提供虛擬設(shè)備。六、 并發(fā)進(jìn)程1、進(jìn)程的并發(fā)性

30、8; 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占處理器順序執(zhí)行時(shí)具有的兩個(gè)特性：封閉性、可再現(xiàn)性² 并發(fā)性：在一個(gè)進(jìn)程的工作沒(méi)有全部完成之前，另一個(gè)進(jìn)程就可以開(kāi)始工作，我們說(shuō)這些進(jìn)程是可同時(shí)執(zhí)行的，稱，并且把可同時(shí)執(zhí)行的進(jìn)程稱為并發(fā)進(jìn)程；進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行會(huì)破壞“封閉性”和“可再現(xiàn)性”；2、與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤：P1113、臨界區(qū)與PV操作² 臨界區(qū)：并發(fā)進(jìn)程中與共享變量有關(guān)的程序段稱為臨界區(qū)；² 相關(guān)臨界區(qū)：指并發(fā)進(jìn)程中涉及到相同變量的那些臨界區(qū)；對(duì)于若干個(gè)并發(fā)進(jìn)程共享某一變量的相關(guān)臨界區(qū)的管理有三個(gè)要求：1、一次最多一個(gè)進(jìn)程能夠進(jìn)入臨界區(qū)；2、不能讓一個(gè)進(jìn)程無(wú)限制地在臨界區(qū)執(zhí)行；3、不能強(qiáng)迫一個(gè)進(jìn)程無(wú)限制地等待進(jìn)入它的臨界區(qū)。² PV操作：由P操作和V操作組成，不可中斷的過(guò)程稱為原語(yǔ)；1、P操作：將信號(hào)量S減去1，若結(jié)果小于0，則把調(diào)用P（S）的進(jìn)程置成等待信號(hào)量S的狀態(tài)；2、V操作：將信號(hào)量S加1，若結(jié)果不大于0，則釋放一個(gè)等待信號(hào)量S的進(jìn)程。4、進(jìn)程的互斥與同步² 進(jìn)程的互斥：指當(dāng)有若干個(gè)進(jìn)程都要使用某一共享資源時(shí)，任何時(shí)刻最多只允許一個(gè)進(jìn)程去