軟件技術(shù)操作系統(tǒng)

軟件技術(shù)操作系統(tǒng)1第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日3.3存儲管理討論3個問題：為什么要對存儲器進(jìn)行管理？存儲管理的內(nèi)容？怎樣實現(xiàn)存儲管理？

2第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日1.為什么要對存儲器進(jìn)行管理？存儲管理的目的：盡量方便用戶，提高主存空間利用率

理由1：存儲器分為主存和輔存（二級存儲），所有程序必須調(diào)入主存才能運行，而主存空間有限，所以必須對主存進(jìn)行管理。理由2：主存的空間分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)，系統(tǒng)區(qū)用來存放操作系統(tǒng)等信息，用戶區(qū)存放用戶的程序和數(shù)據(jù)，存儲管理是指對用戶區(qū)進(jìn)行管理。應(yīng)當(dāng)盡量方便用戶，提高主存空間利用率。3第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日主要有5項內(nèi)容：主存空間的分配和去配地址轉(zhuǎn)換（或地址映射）主存空間的擴充存儲的保護(hù)（或信息保護(hù)）主存空間的共享2.存儲管理的內(nèi)容？作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存或進(jìn)程動態(tài)申請主存空間時，OS該將哪塊空閑區(qū)分配出去？作業(yè)或進(jìn)程執(zhí)行完畢，OS又如何收回這些區(qū)域？邏輯地址如何轉(zhuǎn)換為物理地址？不轉(zhuǎn)換就不能正確運行程序。用戶程序太大，內(nèi)存裝不下怎么辦？——虛擬存儲技術(shù)，邏輯地址順序排，物理地址分段轉(zhuǎn)。內(nèi)存中各作業(yè)或進(jìn)程應(yīng)當(dāng)在各自規(guī)定區(qū)域內(nèi)操作，要保證互不干擾。多個作業(yè)用到公共程序或數(shù)據(jù)，可放入某空間讓大家都能調(diào)用，共享主存空間。（與第4項有矛盾）4第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日（1）什么是地址變換（或地址映射、地址重定位）？答：在程序進(jìn)入內(nèi)存的過程中，邏輯地址轉(zhuǎn)為物理地址的過程稱為程序重定位（可分為靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位）。

（2）為什么要引入浮動的邏輯地址？答： 引入浮動的邏輯地址是為了支持多道程序和方便用戶。因為程序員在編程時無法得知程序會放入內(nèi)存的哪些地址，也就是說，無法確定程序的真實地址，只能用符號來代替地址。（3）外存中的邏輯地址怎樣轉(zhuǎn)換為內(nèi)存中的物理地址？答： 先用編譯程序把地址符號變?yōu)檫壿嫷刂罚ò涯繕?biāo)地址的首址作為0的相對地址），再用硬件地址變換機構(gòu)將邏輯地址轉(zhuǎn)為物理地址。

討論幾個重要概念：

5第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日靜態(tài)重定位-——在程序裝入內(nèi)存時由連接裝入程序完成轉(zhuǎn)換，程序運行過程中不再改變（移動）。因為程序必須全部預(yù)先調(diào)入內(nèi)存，因此此方式無法實現(xiàn)虛擬存儲。動態(tài)重定位——在指令執(zhí)行過程中由硬件地址變換機構(gòu)對地址進(jìn)行定位，程序可以在內(nèi)、外存中調(diào)進(jìn)調(diào)出，也可以在主存內(nèi)部上下移動。

（4）什么是靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位？6第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日3.怎樣實現(xiàn)存儲管理？管理方法主要有3種：分區(qū)、分頁、分段（1）分區(qū)存儲管理特點：給每個作業(yè)劃分一個區(qū)（這是多道情況，DOS單用戶單任務(wù)不必分區(qū)），全部內(nèi)存（除駐留的OS外）連續(xù)分配給用戶即可。又分為“固定分區(qū)”和“可變分區(qū)”。 固定式分區(qū)——把內(nèi)存先分成大小不等的（空）區(qū)，再把作業(yè)一一往里套送；

實現(xiàn)法：建立“分區(qū)分配表”，設(shè)“已分配/未分配”狀態(tài)標(biāo)志技巧：將空閑區(qū)單獨列表再形成鏈表，便于系統(tǒng)快速查找與作業(yè)尺寸匹配的空間。有最佳適應(yīng)法和首次適應(yīng)法兩種匹配策略。7第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日可變式分區(qū)——按裝入的第一批作業(yè)大小來分區(qū)，保證初始無碎片。但系統(tǒng)運行一段時間后，隨著作業(yè)的進(jìn)出釋放，就會留下很多分區(qū)（且分區(qū)長度可變），要用兩張表才能描述（已分配的表和空閑分區(qū)表）。分區(qū)存儲管理的特點；優(yōu)點：簡單可靠

缺點：碎片多（雖然可以進(jìn)行碎片整理，但CPU耗時多）

8第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日（2）頁式存儲管理設(shè)計思想：為解決碎片問題，允許作業(yè)不連續(xù)存放，可以把主存空間等分為若干小塊，同時把外存作業(yè)尺寸也等分為若干“頁”，并讓塊和頁尺寸相等（例如1K、4K、32K等），分得越小，碎片越少。請注意：內(nèi)存＝Cache+主存

頁式存儲管理實現(xiàn)方案：——只要“不連續(xù)”，勢必要用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的“鏈表”和“索引”概念。可以用“頁表”將作業(yè)的“頁”與主存的“塊”關(guān)聯(lián)起來。9第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日若某作業(yè)邏輯地址從0312H～2AF0H，則可以將高4位當(dāng)作頁號，低12位為頁內(nèi)地址（即頁長為4KB），進(jìn)入主存后的具體安排見下面的頁表。問：作業(yè)中邏輯地址為1050H的單元對應(yīng)主存的哪個物理地址？例：解：由表可知，作業(yè)的第1頁（01H）對應(yīng)主存中第11塊（0BH），所以邏輯地址1050H對應(yīng)物理地址B050H更普遍的公式：絕對地址＝塊號×塊長＋頁內(nèi)相對地址邏輯頁號主存塊號09111214（例如將高6位分為頁號、低10位作為頁內(nèi)地址的的情況）10第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日若將作業(yè)預(yù)先一次性全部裝入主存，則稱為靜態(tài)頁式管理頁式存儲管理還可分為兩種方法：靜態(tài)頁式管理和虛擬頁式管理。若允許部分頁面先調(diào)入主存執(zhí)行，然后根據(jù)需要再陸續(xù)調(diào)入其他頁面，則稱為虛擬頁式管理，即內(nèi)存外存統(tǒng)一管理。若主存空間不夠大怎么辦？那就不裝！一定要保證作業(yè)總頁數(shù)≤主存空閑塊總數(shù)需要解決2個問題：怎知作業(yè)頁在不在主存？不在主存時怎樣處理？此時頁表至少要增添兩項屬性！11第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日討論：①此表何時建立？——作業(yè)調(diào)入內(nèi)存時就邊調(diào)入邊建立了。②程序頁在不在主存，看缺頁中斷標(biāo)志標(biāo)志（0在1不在）；進(jìn)入之后改標(biāo)志為0；退出之后改為1；③不在主存時，發(fā)出缺頁中斷申請，找到主存一空閑塊之后，趕緊從磁盤調(diào)入，接著改變標(biāo)志；④萬一主存沒有空閑區(qū)怎么辦？要淘汰一些頁面，騰出空間調(diào)入新頁。邏輯頁號主存塊號中斷標(biāo)志磁盤位置090（在主存中）a11110a22

1a33

1a4原例：12第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日頁面淘汰策略主要有3種：l

先進(jìn)先出算法（FIFO）

——頁號進(jìn)入時生成隊列，淘汰隊首；l

最近最久未使用算法（LRU，LeastRecentlyUsed）

——近期未使用，記錄上次引用后的駐留時間l

最近最少使用算法（LFU，LeastFrequentlyUsed）

——近期未訪問，設(shè)置訪問計數(shù)器可能出現(xiàn)的異常：剛淘汰的頁面又被調(diào)入，頻繁進(jìn)出將產(chǎn)生“抖動”13第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日（3）段式存儲管理問題：若一段程序分在兩頁上怎么辦？方案：將作業(yè)按邏輯內(nèi)容長短分段調(diào)入，防止分在兩頁上。誰來分段？由程序員或編譯系統(tǒng)來分段。具體實現(xiàn)：建立段表。14第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日討論：①若程序分成N段卻無法一次放入內(nèi)存怎么辦？

——用段式虛擬存儲方式分批調(diào)入，方法同頁式。②若一段太大，內(nèi)存無法提供連續(xù)空間怎么辦？

——段頁式存儲管理，段內(nèi)再分頁，多建一個索引表到內(nèi)存。存取內(nèi)存中的一條指令至少要訪問幾次內(nèi)存？——至少要訪問三次內(nèi)存。前提是指令的邏輯地址已知，即段號和頁號已知。先根據(jù)控制寄存器訪問段表，得到與該段對應(yīng)的頁表首址；訪問頁表，得到其頁號對應(yīng)的內(nèi)存塊號；以塊號與頁內(nèi)地址拼接得到該指令的絕對物理地址。15第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日3.4文件管理

討論3個問題：為什么要對文件進(jìn)行管理？文件管理的內(nèi)容？怎樣實現(xiàn)文件管理？

文件的定義：是邏輯上具有完整意義的信息集合。16第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日1.

為什么要對文件進(jìn)行管理？為了給用戶提供“按名存儲”功能。 操作系統(tǒng)會自動將文件名轉(zhuǎn)換成存儲器的物理位置，這種管理是一個信息管理機構(gòu)，簡稱為OS中的文件管理或文件系統(tǒng)。（用DOS.SYS管理）

文件系統(tǒng)為用戶提供了5大功能：文件組織存儲空間管理目錄管理文件操作及共享保護(hù)和保密17第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日1.

實現(xiàn)文件從名字空間與外存地址空間的轉(zhuǎn)換，便于識別和查找——稱為文件組織2.

管理文件的存儲空間，便于存放和刪除——稱為存儲空間管理3.

建立文件目錄，方便檢索和保證安全——稱為目錄管理4.

實現(xiàn)對文件的控制操作和存取操作，如建立、刪除、打開、關(guān)閉（內(nèi)外存配合）——稱為文件操作5.

聯(lián)網(wǎng)時的資源共享可節(jié)省空間，但又要保密——稱為共享、保護(hù)和保密2.文件管理的內(nèi)容？18第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日3.怎樣實現(xiàn)文件管理？兩大問題：（一）文件放在哪里？按什么格式存放？（二）用什么方法管理文件？（一）文件放在哪里？按什么格式存放？文件通常存放在存儲介質(zhì)上，如內(nèi)存或外存，磁盤、光盤、磁帶、磁鼓等等。請注意存儲介質(zhì)與存儲設(shè)備的區(qū)別。例如光盤和光驅(qū)、磁盤和軟驅(qū)不同，硬盤和硬盤驅(qū)動器合為一體。19第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日討論1：文件及存儲介質(zhì)的大小如何衡量？用存儲容量衡量。除字節(jié)單位外，主要以塊（32～4096）為單位交換信息。DOS及UNIX系統(tǒng)均以512字節(jié)（0.5KB）為一塊。內(nèi)存與外存的數(shù)據(jù)交換通常是按一塊或數(shù)塊進(jìn)行的。討論2：卷、柱面、磁道、簇、扇區(qū)（塊）的關(guān)系？

卷>柱面>磁道>簇≥扇區(qū)（塊）卷(volume)是指一盤磁帶、一張軟盤或一個硬盤；硬盤是多盤面，每個盤面叫一個柱面(clyinder)；每個盤面有很多磁道（同心圓,track）；每個磁道有若干簇（clust）或扇區(qū)（塊,section）一個簇是一組連續(xù)的扇區(qū)，簇隨文件系統(tǒng)不同而不同，不定長。簇號——是描述磁盤空間的一種單位，也是DOS為文件分配磁盤空間的最小單位。20第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日例：請計算3寸雙面高密度軟盤的存儲容量。解：3寸雙面高密度軟盤，每面分為80道；每道分為18塊（扇區(qū)），每扇區(qū)為512字節(jié)（0.5KB）。則軟盤容量＝2×80×18×0.5KB=1440KB＝1.44MB

討論3：文件如何命名？每個文件一定要用一個名字作為標(biāo)識；DOS命名規(guī)則：基本文件名.擴展名（8B＋3B）

Win95之后允許長文件名。答：它是由字符和數(shù)字組成的字符串。21第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日前三種分類方法與存放方式有關(guān)隨機存取指可以從文件中間讀寫記錄（注意是記錄而不是數(shù)據(jù)項）。分類目的：便于系統(tǒng)對不同的文件進(jìn)行不同的管理，提高處理速度并實現(xiàn)保護(hù)和共享有6種分類方法：按邏輯結(jié)構(gòu)分：記錄式和流式按物理結(jié)構(gòu)分：順序、鏈接、索引按存取方式分：順序存取和隨機存取按用途或性質(zhì)分：系統(tǒng)文件、庫文件、用戶文件按保存期限分：臨時文件、檔案文件、永久文件按保護(hù)級別分：執(zhí)行文件、只讀文件、讀寫文件、無保護(hù)文件討論4：文件的分類（存放方式）？流式文件即字符流或字節(jié)流，如源程序或exe文件22第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日（二）怎樣管理或組織文件？

——用線性表和樹結(jié)構(gòu)！關(guān)鍵技術(shù)是：文件名如何對應(yīng)物理地址？最簡單的表如下：文件名記錄個數(shù)第1個物理塊號保護(hù)信息建立日期最近修改時間其他Test.c820R/W99-1-1599-3-1

空閑1028

Test.exe238執(zhí)行99-3-2

…………………注：此處假設(shè)1個記錄大小＝1塊的長度（也可以設(shè)N個記錄＝1塊）23第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日表中包含文件名和文件說明信息，稱為一級目錄結(jié)構(gòu)或目錄文件。其中每一行實際上是一個文件目錄項，或稱文件控制塊（FCB）。一級目錄的優(yōu)點是實現(xiàn)了按名存??；缺點是不允許文件重名。改進(jìn)方法：用二級或多級目錄結(jié)構(gòu)24第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日主文件目錄(MFD)文件名記錄個數(shù)首物理塊號Test.c820空閑1028Test.exe238文件名記錄個數(shù)首物理塊號Test.c

Liu.txt

yu.exe

用戶目錄名…物理地址wang…gao

…

wang用戶文件目錄(UFD)gao用戶文件目錄(UFD)二級文件目錄結(jié)構(gòu)！25第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日3種物理結(jié)構(gòu)（順序、鏈接、索引）對應(yīng)3種不同的方式l

順序結(jié)構(gòu)——連續(xù)相鄰塊存放，知道起始地址和文件長度（以塊為單位）就能存取文件。優(yōu)點是簡單；缺點是增減信息比較費事。l

鏈接結(jié)構(gòu)——離散塊存放，每塊附加一指針，指向下一塊的首址。優(yōu)點是增減信息比較簡單；缺點是只適于順序存取。l

索引結(jié)構(gòu)——仍然是離散塊，但另造一張邏輯塊與物理塊的對應(yīng)（索引）表，文件目錄表中多出一指針項，指向這個表首址（如果文件很大，物理塊太多，則索引表也會很大，若超出一個物理塊，則用鏈表方式繼續(xù)添加，或再建索引表，叫做多重索引——UNIX系統(tǒng)使用）。它既保留了鏈?zhǔn)皆鰷p方便的優(yōu)點，又能快速隨機存取。缺點：先查表再存取，增加了存取時間。討論1：怎樣讀?。ú檎遥┪募?？26第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日討論2．怎樣存放新文件？

——找空閑塊！討論3.怎樣實現(xiàn)文件的刪除？——恢復(fù)空閑塊標(biāo)志！討論4.如何對空閑空間進(jìn)行管理？————有3種辦法，算法都很簡單。①用位示圖——將全部物理塊的使用狀態(tài)用0和1表示，0空1用，1bit足矣。例，若某張軟盤有720個物理塊，則狀態(tài)位需要90個字節(jié)（90×8bit）。可假設(shè)：新存文件時就找“0”標(biāo)志塊存放，每存一塊則改0為1；若刪除一個文件，則由文件目錄把對應(yīng)物理塊的標(biāo)志位由1改0，釋放完畢后再刪除文件目錄項。27第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日②用空閑區(qū)表——只記錄連續(xù)空閑塊的首塊及個數(shù)，有點像“壓縮編碼”。劉自己設(shè)想：新存文件時找空閑區(qū)表按塊存放，存完后要刪減空閑區(qū)表；零頭塊要照樣保留；若刪除一個文件，則由文件目錄把對應(yīng)物理塊找出來，然后添加到空閑區(qū)表中。若與其他空塊連成一片，則要合并成為一項。③用空閑塊鏈——將所有空閑塊組成鏈表，末塊以NULL結(jié)尾。劉自己設(shè)想：新存文件時從鏈頭開始存放，頭指針依次后移；若刪除一個文件，則由文件目錄把對應(yīng)物理塊找出來，然后添加到空閑塊鏈尾。28第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日討論5.怎樣實現(xiàn)文件的共享、保護(hù)和保密？三種含義各不相同——但都涉及“權(quán)限”l

文件共享——允許不同的用戶或進(jìn)程共同使用一個文件；可以允許多人同時讀，但不允許多人同時寫，要確保信息完整性。(簡單共享以根目錄為絕對路徑；若允許不同用戶別名存取，則實現(xiàn)共享需二級目錄)l

文件保護(hù)——防止因誤操作而對文件可能造成的破壞。為防止系統(tǒng)故障，可用存為副本和定時保存的辦法；為防止共享用戶修改的辦法：限制讀寫權(quán)限l

文件保密——不允許未經(jīng)授權(quán)的用戶對文件進(jìn)行訪問。防竊??！保密措施有3種：隱蔽文件目錄、設(shè)置口令、使用密碼加密（修改和恢復(fù)源文件）。29第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日3.5設(shè)備管理討論3個問題：為什么要對設(shè)備進(jìn)行管理？從哪些方面進(jìn)行設(shè)備管理？怎樣實現(xiàn)設(shè)備管理？

30第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日設(shè)備的定義：是信息的輸入輸出機構(gòu)，是進(jìn)程與外界通信的途徑。從物理上可分為2類：存儲型設(shè)備和輸入輸出設(shè)備。前者的傳輸單位是“塊”，后者的傳輸單位是“字符”。所以又可稱為塊設(shè)備和字符設(shè)備。從使用角度上可分為3類：獨占設(shè)備（如打印機、磁帶機等）、共享設(shè)備（磁盤驅(qū)動器）和虛擬設(shè)備（用大容量磁盤模擬獨占設(shè)備）。31第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日1.為什么要對設(shè)備進(jìn)行管理？設(shè)備管理的目的有二：一是提高設(shè)備利用率（消除各設(shè)備忙閑不勻的現(xiàn)象）；二是方便用戶的使用（例如對外設(shè)自動啟動）（實現(xiàn)方便性、并行性、均衡性、獨立性）

32第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日2.從哪些方面進(jìn)行設(shè)備管理？從4方面管理：①實現(xiàn)對外設(shè)的分配和回收——怎樣配合進(jìn)程占用和釋放？②實現(xiàn)對外設(shè)的啟動——最好不要由用戶直接啟動外設(shè)；既節(jié)省用戶動作，又保證了系統(tǒng)可靠性③處理外設(shè)中斷事件——怎樣實現(xiàn)平時由通道獨立管理外設(shè)，關(guān)鍵時刻由CPU出面發(fā)令？④實現(xiàn)虛擬設(shè)備——怎樣提高獨占設(shè)備（如打印機）的利用率？——用虛擬設(shè)備可實現(xiàn)設(shè)備的獨立性 重點介紹①和④33第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日3.怎樣實現(xiàn)設(shè)備管理？中斷技術(shù)、通道技術(shù)和緩沖技術(shù)①中斷技術(shù)———外部事件隨機提出服務(wù)申請，CPU及時響應(yīng)并服務(wù)，完畢后CPU繼續(xù)執(zhí)行以前動作。 但在設(shè)備管理中，是由進(jìn)程隨機提出需要I/O的申請，然后掛起（等待），交由CPU中的進(jìn)程調(diào)度來處理，在中斷服務(wù)子程序中完成I/O操作，服務(wù)完畢后，再喚醒等待中的進(jìn)程。一、簡介設(shè)備管理三大關(guān)鍵技術(shù)：34第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日②通道技術(shù)——即I/O處理機（可理解為一種微控制器），可獨立完成主存與外設(shè)之間傳送信息的I/O操作。是程序直接傳送、中斷方式、DMA方式等3種I/O傳送方式之后的第4種（高級計算機的多道環(huán)境才用）。可以理解為：通道是CPU的助手，可以在內(nèi)存與外設(shè)間交換數(shù)據(jù)而不輕易驚動CPU。一旦要驚動，用I/O中斷方式。CPU僅負(fù)責(zé)查詢和啟/停，當(dāng)CPU要啟動某個外設(shè)工作時，只要發(fā)一條I/O指令給通道，告訴通道要執(zhí)行的I/O操作和要訪問的設(shè)備，通道便向主存索取通道程序，完成I/O控制管理。35第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日在大中型機器中，主機與外設(shè)打交道實際上是三層：CPU—通道—控制器—外設(shè)（通道和控制器≤外設(shè)數(shù)）分析：聲卡、顯卡、網(wǎng)卡、多功能卡（并口、串口）、MODEM卡等等，是不是通道和控制器連為一體的硬件裝置？主存Memory通道外設(shè)控制器1～n外部設(shè)備36第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日③緩沖技術(shù)——為了解決高速CPU與低速外設(shè)傳送速度嚴(yán)重不匹配的矛盾。若想“解放”CPU，就會自然想到在內(nèi)存中設(shè)立數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，專門用于I/O傳送過程中的臨時數(shù)據(jù)存放。無論是輸入還是輸出，都利用此緩沖區(qū)來當(dāng)“二傳”，解除CPU一直“陪同”的困擾。例如打印機的I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，還有鍵盤緩沖區(qū)。37第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日設(shè)置內(nèi)存緩沖區(qū)有這么幾種方式：

①若I/O不頻繁時，可以只設(shè)立單緩沖區(qū)，每一時刻只為輸入或輸出單向服務(wù)；②若希望同時I/O，應(yīng)設(shè)立雙緩沖區(qū)，能提供同時I/O；③若I/O量特別大，還可采用多緩沖技術(shù)。④若設(shè)備較少，可以為每個外設(shè)開辟一個專用緩沖區(qū)；⑤若設(shè)備較多，為避免內(nèi)存開銷過大，可以將若干個相同的緩沖區(qū)組成緩沖池，統(tǒng)一管理，變專用為通用，這叫緩沖池技術(shù)。38第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日設(shè)立緩沖池的優(yōu)點？ 設(shè)立公共緩沖池后，當(dāng)某一進(jìn)程需要使用緩沖區(qū)時，先提出申請，由設(shè)備管理程序分配給它，待進(jìn)程用完后，釋放緩沖區(qū)，又可供給別人用。 顯然，使用緩沖池技術(shù)后，用少量的緩沖區(qū)就能為更多的進(jìn)程服務(wù)（隨時釋放），不過這需要一個緩沖區(qū)管理軟件的支持。39第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日二、簡介設(shè)備分配策略把什么東西分配給誰？把設(shè)備、控制器和通道分配給（請求設(shè)備的）進(jìn)程①獨占設(shè)備如何分配？——常采用

靜態(tài)

分配策略。只能讓一個作業(yè)獨占使用的設(shè)備稱為

獨占設(shè)備，例如打印機、鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等終端。獨占設(shè)備意即在某作業(yè)執(zhí)行前就分配設(shè)備給它，直到作業(yè)結(jié)束后才回收設(shè)備。40第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日問：作業(yè)在申請獨占設(shè)備時，系統(tǒng)怎樣指定一個設(shè)備給它？答：有兩種方式。一是指定設(shè)備的絕對號（計算機系統(tǒng)為每一臺設(shè)備確定一個編號，以便區(qū)分和識別）；二是指定設(shè)備的設(shè)備類和相對號（指用戶在程序中定義的設(shè)備編號，要哪一類設(shè)備？要多少臺？）申請設(shè)備時常用第二種，因為適應(yīng)性好，靈活性強。獨占設(shè)備的缺點：設(shè)備利用率低，因為作業(yè)不可能始終都使用該設(shè)備。比較合理的改進(jìn)是，把設(shè)備的分配推遲到進(jìn)程真正使用該設(shè)備時才進(jìn)行，一旦停止使用便立即收回，而不管整個作業(yè)是否運行結(jié)束，即“晚占早放”，把獨占設(shè)備變?yōu)楣蚕碓O(shè)備。41第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日②共享設(shè)備如何分配?可以讓幾個作業(yè)同時使用的設(shè)備稱為

共享設(shè)備（例如磁盤驅(qū)動器）。它允許多個作業(yè)交替使用該設(shè)備，雖然每一瞬間仍然只有一個作業(yè)占用，但宏觀上看起來是共享。思考：怎樣保證作業(yè)都能占用獨占設(shè)備但又互不沖突，當(dāng)一個作業(yè)用完另一個馬上接著用？答：借助虛擬設(shè)備來實現(xiàn)?！没コ庑院偷却犃袑崿F(xiàn)42第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日③虛擬設(shè)備是什么？

用高速共享設(shè)備（如磁盤）來模擬獨占設(shè)備稱為

虛擬設(shè)備

。采用虛擬設(shè)備的優(yōu)點：存取速度比物理設(shè)備高得多，所以能提高作業(yè)的運行速度。例如：以前一批作業(yè)在運行時要不斷打印，只能一個作業(yè)獨占打印機，打印完畢后才能讓給下一個作業(yè)；現(xiàn)在可以先把全部作業(yè)的打印內(nèi)容先陸續(xù)送入（預(yù)輸入）硬盤，分別形成打印文件隊列，再由緩輸出程序送到真正的外設(shè)上。實現(xiàn)虛擬設(shè)備的前提——有大容量磁盤、CPU與通道能并行工作、且操作系統(tǒng)能采用多道技術(shù)。43第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日三、簡介虛擬設(shè)備的實現(xiàn)技術(shù)虛擬設(shè)備的實現(xiàn)技術(shù)——SPOOLing假脫機系統(tǒng)（又稱聯(lián)機外圍操作）。SPOOL系統(tǒng)由兩部分組成：輸入SPOOLing和輸出SPOOLing。輸入SPOOLing：把用戶作業(yè)先傳送到輸入井中保存為文件，當(dāng)進(jìn)程需要輸入信息時再從輸入井中讀入內(nèi)存（虛擬輸入機）；輸出SPOOLing：先將要輸出的信息保存到輸出井中，然后再把輸出井中的作業(yè)結(jié)果打印輸出（虛擬打印機）。井——為實現(xiàn)虛擬設(shè)備在磁盤上劃出的專用存儲空間44第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日外存主機附：SPOOLING圖示

輸入設(shè)備通道輸入井輸出井通道輸出設(shè)備輸入管理模塊輸出管理模塊45第45頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日虛擬設(shè)備討論：l

為什么要設(shè)計虛擬設(shè)備方式？——因為靜態(tài)獨占設(shè)備效率太低；l

怎樣克服獨占設(shè)備的缺點？——用共享磁盤、多道工作＋預(yù)操作，來模擬輸入機和打印機的工作。l

實現(xiàn)虛擬設(shè)備的條件？——大容量磁盤、有中斷裝置和通道、CPU與通道能并行工作、操作系統(tǒng)也得采用多道技術(shù)。l

采用虛擬設(shè)備技術(shù)的優(yōu)點：提高了獨占設(shè)備的利用率，緩和了高速CPU和低速外設(shè)的不均勻不匹配性，提高了外設(shè)與CPU的并行程度。缺點：要占用大量外存空間（例如虛擬光驅(qū)至少需要C盤留20%空間），加重了主機與外存的信息傳送負(fù)擔(dān)。46第46頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日四、簡介設(shè)備分配涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法①有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：1.

系統(tǒng)所擁有的全部I/O設(shè)備名稱類型要登記———應(yīng)當(dāng)建立一個系統(tǒng)設(shè)備表；2.

每臺設(shè)備要有一組描述動態(tài)特征的數(shù)據(jù)（例如現(xiàn)在是否忙，是否在等待）——也應(yīng)當(dāng)建立一張表，稱作設(shè)備控制塊DCB。請注意PCB、JCB和DCB都是動態(tài)的！3.

所有的DCB要集中管理，以便隨時查詢各設(shè)備情況—應(yīng)當(dāng)建立設(shè)備控制表；4.

各個控制器的狀態(tài)——要建立控制器表；5.

各個通道的狀態(tài)——要建立通道表；47第47頁，共53頁，2023年，2月20日，星期日②

設(shè)備管理常用的算法有：1.

先請求先服務(wù)，設(shè)備分配給最先請求的進(jìn)程或作業(yè)2.

優(yōu)先數(shù)法，將設(shè)備分配給優(yōu)先級高的進(jìn)程，急用先分配注意事項：嚴(yán)防死鎖

實例：DO