21-操作系統(tǒng)的定義功能與類型

2.1操作系統(tǒng)的定義、功能與類型一、操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程手工操作階段早期批處理階段執(zhí)行系統(tǒng)階段多道程序系統(tǒng)階段分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)二、操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)(OperatingSystem—縮寫為OS)是一種系統(tǒng)軟件。它管理計算機系統(tǒng)的全部軟硬件資源和對程序的執(zhí)行進(jìn)行控制，還能使用戶方便使用硬件提供的計算機功能，也使硬件的功能發(fā)揮得更好。注釋：操作系統(tǒng)的物理實體是程序的集合；操作系統(tǒng)的功能是管理系統(tǒng)資源；設(shè)置操作系統(tǒng)的目的是提高資源使用效率和方便用戶使用。操作系統(tǒng)的基本特征：

1）并發(fā)性：多任務(wù)、多進(jìn)程、多線程。

2）共享性：互斥訪問、同時訪問。

3）虛擬性：把一個物理上的對象變成多個邏輯意義的對象。三、操作系統(tǒng)的地位銀行系統(tǒng)、飛機訂票系統(tǒng)等應(yīng)用軟件層編譯軟件、編輯軟件、命令解釋程序操作系統(tǒng)計算機硬件（裸機）邏輯軟件層硬件層總結(jié)：操作系統(tǒng)是靠近硬件的第一層軟件，是對硬件功能的首次擴充四、操作系統(tǒng)的分類（一）從用戶角度分類

1、單用戶，單任務(wù)（如：DOS）2、單用戶，多任務(wù)（如：Windows9x）3、多用戶，多任務(wù)（如：WindowsNT）（二）從硬件的規(guī)模角度分類微型機操作系統(tǒng)方便用戶中小型機操作系統(tǒng)大型機操作系統(tǒng)系統(tǒng)效率高（三）從系統(tǒng)操作方式的角度分類批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)

PC操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)1、作業(yè)用戶在一次上機算題過程中或一次事務(wù)處理過程中，要求計算機系統(tǒng)所做工作的總稱。

2、工作原理

將作業(yè)成批地裝入計算機，由操作系統(tǒng)將作業(yè)按規(guī)定的格式組織好存入磁盤的某個區(qū)域，然后按照某種調(diào)度策略選擇一個或幾個搭配得當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)調(diào)入內(nèi)存加以處理；內(nèi)存中多個作業(yè)交替執(zhí)行，處理的步驟事先由用戶設(shè)定；作業(yè)輸出的處理結(jié)果存入磁盤某個區(qū)域，由操作系統(tǒng)按作業(yè)統(tǒng)一加以輸出。3、分類

（1）單道批處理系統(tǒng)原理：用戶作業(yè)成批放在外存，操作系統(tǒng)自動每次調(diào)用一道作業(yè)到主存運行（2）多道批處理系統(tǒng)原理：將多個作業(yè)同時放在內(nèi)存，當(dāng)某作業(yè)需要I/O時，CPU處理完該請求后賺取做另一道作業(yè)。4、特點（1）多道（并發(fā)型）（2）成批（減少人工干預(yù)時間）分時系統(tǒng)1、時間片

將整個CPU工作時間分成一個個的時間段，每個時間段稱為一個時間片，它表征允許用戶占用CPU的時間長短。2、工作原理

多個用戶“同時”聯(lián)機地使用計算機，每個用戶按時間片輪轉(zhuǎn)占用CPU。

3、特點

（1）多路性一主機連接多終端，“同時”使用計算機（2）交互性用戶通過終端直接控制程序（人機“會話”）（3）獨立性

I/O較CPU運轉(zhuǎn)速度慢，用戶有“獨占”感（4）及時性多用戶間及時轉(zhuǎn)換，及時處理用戶請求分時系統(tǒng)的主要目標(biāo)：對用戶響應(yīng)的及時性實時系統(tǒng)

1、實時

系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)隨機發(fā)生的外部事件，并在嚴(yán)格的時間范圍內(nèi)完成對該事件的處理。名詞解釋：外部事件外部事件是來自與計算機系統(tǒng)相連接的設(shè)備所提出的服務(wù)請求及采集的數(shù)據(jù)。

2、工作原理

通過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換裝置，將描述物理設(shè)備狀態(tài)的某些物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給計算機，計算機分析接收到的數(shù)據(jù)，記錄結(jié)果，并通過數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換裝置向物理設(shè)備發(fā)送控制信號，來調(diào)整物理設(shè)備的狀態(tài)。

3、分類

（1）實時控制系統(tǒng)如武器裝備的制導(dǎo)、交通控制、自動駕駛與跟蹤等（2）實時信息處理系統(tǒng)如航空訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)4、特點

（1）及時響應(yīng)（2）交互性（3）高可靠性（4）多路性

PC操作系統(tǒng)

PC操作系統(tǒng)是一種聯(lián)機交互的單用戶操作系統(tǒng)，它提供的聯(lián)機交互功能與通用分時系統(tǒng)所提供的功能相似。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在傳統(tǒng)計算機操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各個協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、資源共享、系統(tǒng)安全和多種應(yīng)用服務(wù)等。分布式操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng)管理分布式系統(tǒng)中的所有資源，它負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸、控制協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個統(tǒng)一的界面，用戶通過這一界面實現(xiàn)所需要的操作或使用系統(tǒng)資源。五、操作系統(tǒng)的功能從資源管理的觀點來看，操作系統(tǒng)的功能主要包括：作業(yè)管理、進(jìn)程管理、存儲管理、文件管理和設(shè)備管理。返回2.2作業(yè)管理一、作業(yè)管理的基本概念1、作業(yè)：用戶在一次上機算題過程中或一次事務(wù)處理過程中，要求計算機系統(tǒng)所做工作的總稱。2、作業(yè)步：作業(yè)中每個步驟就稱為作業(yè)步。各作業(yè)步之間相對獨立，又相互關(guān)聯(lián)。3、作業(yè)流：是指在批處理系統(tǒng)中把一批作業(yè)安排在輸入設(shè)備上，然后依次讀入系統(tǒng)進(jìn)行處理，從而形成了作業(yè)流。二、操作系統(tǒng)與用戶的接口

1、程序級接口2、作業(yè)級接口（1）聯(lián)機接口分時系統(tǒng)中的終端命令

（2）脫機接口批處理系統(tǒng)中的作業(yè)說明書三、作業(yè)管理的功能1、作業(yè)調(diào)度

（1）定義

作業(yè)調(diào)度是按某種算法從后備作業(yè)隊列中選擇作業(yè)進(jìn)入主存，并為作業(yè)做運行前的準(zhǔn)備和完成后的善后工作。

（2）作業(yè)調(diào)度的目標(biāo)使作業(yè)運行最大限度的發(fā)揮各種資源的利用率，并保持系統(tǒng)內(nèi)各種活動的充分運行。（3）作業(yè)調(diào)度的主要任務(wù)按某種算法從后備隊列中選擇作業(yè)為選中的作業(yè)分配資源為選中的作業(yè)建立相應(yīng)的進(jìn)程為選中的作業(yè)構(gòu)造相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作業(yè)結(jié)束時完成該作業(yè)的善后處理（回收資源等）（4）作業(yè)調(diào)度算法的選擇選擇作業(yè)調(diào)度算法時應(yīng)考慮以下問題：設(shè)計目標(biāo)：系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是選擇算法的主要依據(jù)資源利用率在考慮設(shè)計目標(biāo)的前提下應(yīng)充分發(fā)揮多種資源的效能（5）主要作業(yè)調(diào)度算法①先來先服務(wù)算法（FCFS）

調(diào)度原則：按照作業(yè)到達(dá)系統(tǒng)或進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列的先后次序來選擇。特點：ａ．“非搶占”算法ｂ．開銷非常大ｃ．小作業(yè)用戶不滿意

②短作業(yè)優(yōu)先算法（SJF）

調(diào)度原則：選擇作業(yè)隊列中預(yù)計運行時間最短的作業(yè)。

特點：ａ．“非搶占”算法ｂ．吞吐量（單位時間運行作業(yè)量）大ｃ．難于估計作業(yè)的等待時間

FCFS和SJF均不適用于分時系統(tǒng)，由于它們不能保證對用戶的及時響應(yīng)。③最高響應(yīng)比作業(yè)優(yōu)先算法

調(diào)度原則：選擇響應(yīng)比高的作業(yè)

響應(yīng)比=1+作業(yè)等待時間/估計運行時間

特點：ａ．“非搶占”算法ｂ．有待短作業(yè)

c．縮短大作業(yè)的等候時間④資源搭配算法⑤多隊列循環(huán)算法進(jìn)入隊列時間開始運行時間結(jié)束運行時間等待時間周轉(zhuǎn)時間作業(yè)號進(jìn)入隊列時間估計運行時間(min)開始運行時間運行結(jié)束時間等待時間(min)周轉(zhuǎn)時間(min)次序號job18:0050job28:3040job38:4520job48:555按FCFS調(diào)度算法8：008：5005012348：509：3020609：309：5045659：509：555560平均等待時間為：30(min)平均周轉(zhuǎn)時間為：58.75(min)作業(yè)號進(jìn)入隊列時間估計運行時間(min)開始運行時間運行結(jié)束時間等待時間(min)周轉(zhuǎn)時間(min)次序號job18:0050job28:3040job38:4520job48:555按SJF調(diào)度算法8：008：5005012349：159：5545858：509：105259：109：151520平均等待時間為：16.25(min)平均周轉(zhuǎn)時間為：45(min)

2、作業(yè)控制（1）脫機作業(yè)控制（2）聯(lián)機作業(yè)控制返回2.3進(jìn)程管理一、基本概念

1、進(jìn)程（1）引入進(jìn)程的目的

為了實現(xiàn)多個程序的并發(fā)執(zhí)行，以改善資源利用率及提高系統(tǒng)的吞吐量。

（2）進(jìn)程的定義進(jìn)程是具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。

（3）進(jìn)程的分類

①系統(tǒng)進(jìn)程

②用戶進(jìn)程系統(tǒng)進(jìn)程的優(yōu)先級通常高于一般用戶進(jìn)程的優(yōu)先級2、線程

（1）線程的定義

線程是進(jìn)程內(nèi)的一個可調(diào)度實體，是一個執(zhí)行單元。輕量進(jìn)程。（2）線程與進(jìn)程的主要區(qū)別線程不能獨立分配資源，只能和共屬同一進(jìn)程的其他線程共享資源。程序是構(gòu)成進(jìn)程的組成部分之一；從靜態(tài)的角度看，進(jìn)程是由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊（PCB）三部分組成。一個進(jìn)程的運行目標(biāo)是執(zhí)行它所對應(yīng)的程序；沒有程序，進(jìn)程就失去實際存在的意義；進(jìn)程與程序的聯(lián)系是什么？程序是靜態(tài)的，而進(jìn)程是動態(tài)的；進(jìn)程是有生命周期的，而程序的存在是永久的；程序的存放需要介質(zhì)，進(jìn)程的執(zhí)行需要處理機；進(jìn)程具有創(chuàng)建其它進(jìn)程的功能；一個程序可能同時對應(yīng)多個進(jìn)程，一個進(jìn)程可能包括著多個程序。進(jìn)程與程序的區(qū)別是什么？二、進(jìn)程的特性（1）并發(fā)性（2）動態(tài)性（3）獨立性（4）交往性（5）異步性三、進(jìn)程的狀態(tài)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換

1、運行狀態(tài)

是指進(jìn)程已獲得CPU，并且在CPU上執(zhí)行的狀態(tài)。

2、就緒狀態(tài)

是指一個進(jìn)程已經(jīng)具備運行條件，但由于沒有獲得CPU而不能運行時所處的狀態(tài)。

3、等待狀態(tài)

也稱阻塞狀態(tài)或封鎖狀態(tài)。是指進(jìn)程因等待某種事件發(fā)生而暫時不能運行的狀態(tài)。運行狀態(tài)就緒狀態(tài)等待狀態(tài)時間片用完

進(jìn)程被調(diào)度程序選中（獲得CPU）

等待的事件已發(fā)生（已獲得資源等）

等待某事件發(fā)生（無CPU和資源）進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖四、進(jìn)程控制塊

為了便于系統(tǒng)控制和描述進(jìn)程的活動過程，在操作系統(tǒng)核心中為進(jìn)程定義了一個專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為進(jìn)程控制塊PCB（ProcessControlBlock）。

PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。

1、PCB的內(nèi)容（1）調(diào)度信息（2）現(xiàn)場信息2、進(jìn)程的組成

程序數(shù)據(jù)

PCB（進(jìn)程控制塊）五、進(jìn)程的同步與互斥

1、進(jìn)程的同步2、進(jìn)程的互斥六、進(jìn)程的通信1、直接通訊：消息緩沖通信2、間接通訊：管道通信、信箱通信七、進(jìn)程控制

進(jìn)程控制的作用就是對進(jìn)程在整個生命周期中各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行有效的控制。進(jìn)程控制是通過原語來實現(xiàn)的。

1、原語

把系統(tǒng)狀態(tài)下執(zhí)行的某些具有特定功能的程序段稱為原語。

2、用于進(jìn)程控制的原語創(chuàng)建進(jìn)程撤消進(jìn)程阻塞進(jìn)程喚醒進(jìn)程

此外，還有掛起進(jìn)程、激活進(jìn)程以及改變進(jìn)程優(yōu)先級等。八、進(jìn)程調(diào)度

進(jìn)程調(diào)度算法：解決以何種次序?qū)Ω骶途w進(jìn)程進(jìn)行處理機的分配以及按何種時間比例讓進(jìn)程占用處理機。（1）先進(jìn)先出算法（FIFO）（2）時間片輪轉(zhuǎn)算法（RR)（3）最高優(yōu)先數(shù)算法（HPF）九、死鎖1、什么是死鎖由于系統(tǒng)資源分配不當(dāng)或進(jìn)程間相互競爭資源或資源被某一進(jìn)程長期獨占，從而導(dǎo)致進(jìn)程無限期等待資源釋放的狀態(tài)。2、資源的概念按照資源的使用性質(zhì)，可把系統(tǒng)中的資源分成以下兩類：（1）永久性資源（可再使用資源）（2）臨時性資源（消耗性資源）可再用資源和消耗性資源都可能導(dǎo)致死鎖發(fā)生。3、死鎖產(chǎn)生的原因（1）系統(tǒng)提供的資源數(shù)量有限，不能滿足每個進(jìn)程的使用；（2）多道程序運行時，進(jìn)程推進(jìn)順序不合理。4、死鎖的解除常常可以采用下面兩種方法：（1）資源剝奪法（2）撤消進(jìn)程法返回2.4存儲管理存儲管理負(fù)責(zé)計算機系統(tǒng)存儲器的管理，存儲管理主要是指對內(nèi)存空間的管理。

內(nèi)存空間一般分為：

(1)系統(tǒng)區(qū)，存放操作系統(tǒng)，一些標(biāo)準(zhǔn)子程序。

(2)用戶區(qū)，存放用戶的程序和數(shù)據(jù)等。一、基本概念

1、實存儲器和虛存儲器

（1）實存儲器實存儲器是計算機系統(tǒng)中配置的實際物理存儲器。通常有三類：

內(nèi)存儲器（主存儲器）、外存儲器（輔助存儲器）和高速緩存（2）虛存儲器虛存儲器有兩層含義：

①指用戶程序的邏輯地址構(gòu)成的地址空間；②指當(dāng)內(nèi)存容量不滿足用戶要求時，采用一種將內(nèi)存空間與外存空間有機地結(jié)合在一起，利用內(nèi)外存自動調(diào)度的方法構(gòu)成的一個大的存儲器，從而給用戶程序提供更大的訪問空間。2、邏輯地址和物理地址（1）邏輯地址用戶程序經(jīng)過編譯或匯編形成的目標(biāo)代碼，通常采用相對地址形式，其首地址為零，其余指令中的地址都是相對首地址而定。這個相對地址就稱為邏輯地址或虛擬地址。（2）物理地址物理地址是內(nèi)存中各存儲單元的編號，即存儲單元的真實地址，是可識別、可尋址并實際存在的。3、地址映射為了保證CPU執(zhí)行程序指令時能正確訪問存儲單元，需要將用戶程序中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為運行時可由機器直接尋址的物理地址，這一過程稱為地址映射或地址重定位。地址映射又可分成兩類：（1）靜態(tài)地址映射。（2）動態(tài)地址映射。二、內(nèi)存管理1、內(nèi)存擴充將外存作為主存的擴充部分供用戶程序使用。2、內(nèi)存分區(qū)

對內(nèi)存空間的劃分可以是靜態(tài)的，也可以動態(tài)的；可以是等長的，也可以不等長。（1）靜態(tài)劃分——指系統(tǒng)運行前將內(nèi)存空間劃分為若干區(qū)域。（2）動態(tài)劃分——在系統(tǒng)運行的過程中才劃分內(nèi)存空間。（3）等長分區(qū)——將存儲空間劃分為若干個長度相同的區(qū)域。（4）不等長分區(qū)——將存儲空間劃分為若干長度不同的區(qū)域。

3、碎片處理（1）什么叫“碎片”

碎片是指內(nèi)存中出現(xiàn)的一些零散的小空閑區(qū)域。（2）解決碎片的方法緊湊技術(shù)（拼接技術(shù)）—移動所有的占用區(qū)域，使所有的空閑區(qū)合并成一片連續(xù)區(qū)域。20KB30KB10KB10KB10KB作業(yè)1作業(yè)2作業(yè)3作業(yè)4未使用10KB20KB10KB30KB10KB未使用作業(yè)2未使用作業(yè)4未使用20KB30KB30KB作業(yè)2作業(yè)3未使用使用緊湊技術(shù)解決碎片三、分區(qū)存儲管理

1、固定分區(qū)系統(tǒng)將內(nèi)存劃分為若干固定的分區(qū)，當(dāng)作業(yè)申請內(nèi)存時，系統(tǒng)為其選擇一個適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，并裝人內(nèi)存運行。

2、可變分區(qū)可變分區(qū)是指在作業(yè)裝入內(nèi)存時建立分區(qū)，使分區(qū)的大小正好與作業(yè)要求的存儲空間相等。四、頁式存儲管理基本原理為：

1、內(nèi)存劃分

頁式存儲管理將內(nèi)存空間劃分成等長的若干區(qū)域，每個區(qū)域稱為一個物理頁面，也叫內(nèi)存塊或塊。內(nèi)存的所有物理頁面從0開始編號，稱作物理頁號或內(nèi)存塊號。每個物理頁面亦從0開始依次編址，稱為頁內(nèi)地址。0123內(nèi)存012頁內(nèi)地址物理頁面（內(nèi)存塊、塊）2、邏輯地址空間劃分

系統(tǒng)將用戶程序的邏輯空間按照同樣大小也劃分成若干頁面，稱為邏輯頁面，簡稱為頁。程序的各個邏輯頁面從0開始依次編號，稱作邏輯頁號或相對頁號。每個邏輯頁面內(nèi)也從0開始編址，稱為頁內(nèi)地址。用戶程序的邏輯地址由邏輯頁號和頁內(nèi)地址兩部分組成。邏輯頁號頁內(nèi)地址用戶程序邏輯空間0123012頁內(nèi)地址邏輯頁面3、內(nèi)存分配存儲分配時，以頁面（塊）為單位，并按用戶程序的頁數(shù)多少進(jìn)行分配。邏輯上相鄰的頁面在內(nèi)存中不一定相鄰。五、段式存儲管理基本原理：1、內(nèi)存劃分

內(nèi)存空間被動態(tài)地劃分為若干個長度不相同的區(qū)域，每個區(qū)域稱作一個物理段。每個物理段在內(nèi)存中有一個起始地址，稱作段首址。將物理段中的所有單元從0開始依次編址，稱為段內(nèi)地址。0123物理段段內(nèi)地址內(nèi)存段首地址2、邏輯地址空間劃分用戶程序按邏輯上有完整意義的段來劃分，稱為邏輯段。將一個用戶程序的所有邏輯段從0開始編號，稱為段號。將一個邏輯段中的所有單元從0開始編址，稱為段內(nèi)地址。用戶程序的邏輯地址由段號和段內(nèi)地址兩部分組成。段號段內(nèi)地址01234用戶程序邏輯號邏輯段3、內(nèi)存分配系統(tǒng)以段為單位進(jìn)行內(nèi)存分配，為每一個邏輯段分配一個連續(xù)的內(nèi)存區(qū)（物理段）。邏輯上連續(xù)的段在內(nèi)存不一定連續(xù)存放。

先分邏輯段，然后再根據(jù)邏輯段動態(tài)地劃分物理段。六、段頁式存儲管理

1、基本思想用頁式方法來分配和管理內(nèi)存空間，即把內(nèi)存劃分為若干大小相等的頁面；用段式方法用戶程序按照其內(nèi)在的邏輯關(guān)系劃分成若干段；再按照劃分內(nèi)存頁面的大小，把每一段劃分成若干大小相等的頁面。用戶程序的邏輯地址由三部分組成，形式如下：段號頁內(nèi)地址頁號

2、內(nèi)存分配

內(nèi)存是以頁為基本單位分配給每個用戶程序的，在邏輯上相鄰的頁面內(nèi)存不一定相鄰。頁面頁面頁面頁面根據(jù)內(nèi)存段頁段段七、虛擬存儲管理1、基本思想利用大容量的外存來擴充內(nèi)存，產(chǎn)生一個比有限的實際內(nèi)存空間大得多的、邏輯的虛擬內(nèi)存空間，以便能夠有效地支持多道程序系統(tǒng)的實現(xiàn)和大型作業(yè)運行的需要，從而增強系統(tǒng)的處理能力。2、虛擬存儲原理當(dāng)進(jìn)程要求運行時，不是將它的全部信息裝入內(nèi)存，而是將其一部分先裝人內(nèi)存，另一部分暫時留在外存。進(jìn)程在運行過程中，要使用的信息不在內(nèi)存時發(fā)中斷，由操作系統(tǒng)將它們調(diào)入內(nèi)存，以保證進(jìn)程的正常運行。虛擬存儲管理分為虛擬頁式、虛擬段式和虛擬段頁式。3、虛擬頁式存儲管理

又稱為請求頁式存儲管理。請求頁式的基本思想是，在進(jìn)程開始執(zhí)行之前，不是裝入全部頁面，而是只裝入一個（甚至0個）頁面，然后根據(jù)進(jìn)程執(zhí)行的需要，動態(tài)地裝入其它頁面。

（1）頁表（2）缺頁中斷處理（3）頁面淘汰（4）頁面淘汰算法①最佳淘汰算法（OPT）②先進(jìn)先出淘汰算法（FIFO）③最近最久未使用淘汰算法（LRU）④最近最少使用淘汰算法（LFU）八、交換技術(shù)

交換技術(shù)又稱對換技術(shù)（Swapping）。這種技術(shù)多用于分時系統(tǒng)。當(dāng)內(nèi)存空間緊張時，系統(tǒng)將內(nèi)存中某些進(jìn)程（如暫時不能運行的進(jìn)程）暫時移到外存，再把外存中某些進(jìn)程換進(jìn)內(nèi)存，占據(jù)前面所占區(qū)域。交換技術(shù)是進(jìn)程在內(nèi)存空間與外存空間之間的動態(tài)調(diào)整，是緩解內(nèi)存空間緊張矛盾的一種有效方法。返回

設(shè)備管理是對計算機系統(tǒng)中除了CPU和內(nèi)存以外的所有輸入、輸出設(shè)備的管理。一、設(shè)備管理的功能設(shè)備管理的主要功能如下： （1）實現(xiàn)對外圍設(shè)備的分配與回收 （2）實現(xiàn)外圍設(shè)備的啟動 （3）實現(xiàn)對磁盤的驅(qū)動調(diào)動 （4）處理外圍設(shè)備的中斷事件 （5）實現(xiàn)虛擬設(shè)備2.5設(shè)備管理二、外圍設(shè)備的分類1、按設(shè)備的工作特性分類 （1）存儲設(shè)備 （2）輸入輸出設(shè)備2、按設(shè)備上數(shù)據(jù)組織方式分類 （1）塊設(shè)備 （2）字符設(shè)備3、按資源分配的角度分類 （1）獨占設(shè)備 （2）共享設(shè)備 （3）虛擬設(shè)備三、輸入/輸出控制方式輸入輸出操作是主存儲器與外圍設(shè)備之間的信息傳送操作。CPU對外設(shè)的控制方式主要有以下4種：循環(huán)測試I/O方式中斷處理方式直接內(nèi)存存?。―MA）方式通道方式四、通道技術(shù)（一）通道的概念1、通道是一個用來控制外部設(shè)備工作的硬件機制。2、獨立于CPU專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出傳輸工作的處理機。3、對外部設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一管理，使I/O操作可以與CPU并行工作。（二）通道控制結(jié)構(gòu)在一般大型計算機系統(tǒng)中，主機對外部設(shè)備的控制可以分成三個層次來實現(xiàn)，即通道，控制器和設(shè)備。樹形連接交叉連接（三）通道分類按照信息交換方式和所連接的設(shè)備種類不同，通道可以分為以下三種類型：1、字節(jié)多路通道

連接大量慢速或中速外設(shè)，如軟盤輸入輸出機。2、選擇通道

數(shù)據(jù)成組傳送，一段時間內(nèi)只能為一個設(shè)備工作。3、數(shù)組多路通道

可同時連接多臺外設(shè)，數(shù)據(jù)傳送按成組方式進(jìn)行，幾個通道程序分時并行工作。

五、緩沖技術(shù)操作系統(tǒng)中以緩沖方式實現(xiàn)設(shè)備的輸入輸出操作主要是緩解處理機與設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，并減少對CPU的I／O中斷次數(shù)從而提高資源利用率和系統(tǒng)效率。1、緩沖區(qū)設(shè)置硬緩沖和軟緩沖：2、緩沖區(qū)管理通常采用單緩沖、雙緩沖、多緩沖和緩沖池技術(shù)。

六、虛擬設(shè)備利用中央處理機與通道并行工作的能力，以及在磁盤上割出稱為“井”的專門區(qū)域存放作業(yè)信息合作也執(zhí)行結(jié)果，并在操作系統(tǒng)中設(shè)計預(yù)輸入程序和緩輸出程序，軟硬件共同配合，可提高獨占設(shè)備的利用率。七、驅(qū)動調(diào)度任何一個對磁盤的訪問請求，應(yīng)給出訪問磁盤的存儲空間地址：柱面號、磁頭號、扇面號。執(zhí)行一次輸入輸出操作所花時間有三部分：

（1）尋道時間：磁頭在移動臂帶動下移動到指定柱面所需時間。

（2）延遲時間：指定扇面旋轉(zhuǎn)到磁頭位置所需時間。

（3）傳送時間：由磁頭把扇區(qū)中信息讀到主存儲器或主存儲器中信息寫到扇區(qū)中所需時間。

一次磁盤服務(wù)的總時間就是以上三者之和。對磁盤來說，驅(qū)動調(diào)度是先“移臂”再“旋轉(zhuǎn)”一、基本概念

文件是具有符號名的、在邏輯上具有完整意義的一組相關(guān)信息項的有序序列。

信息項是構(gòu)成文件內(nèi)容的基本單位，可以是一個字符，也可以是一個記錄；記錄可以等長，也可不等長。各信息項之間具有順序關(guān)系。2.6文件管理二、文件系統(tǒng)

1、文件系統(tǒng)的引入文件系統(tǒng)對文件統(tǒng)一管理，目的是方便用戶且保證文件的安全可靠。2、文件系統(tǒng)的概念所謂文件系統(tǒng)，就是操作系統(tǒng)中實現(xiàn)文件統(tǒng)一管理的一組軟件、被管理的文件以及為實施文件管理所需要的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的總稱。3、文件系統(tǒng)的功能

①統(tǒng)一管理文件存儲空間（即外存），實施存儲空間的分配與回收。

②確定文件信息的存放位置及存放形式。

③實現(xiàn)文件從名字空間到外存地址空間的映射，即實現(xiàn)文件的按名存取。

④有效實現(xiàn)對文件的各種控制操作和存取操作

⑤實現(xiàn)文件信息的共享，并且提供可靠的文件保密和保護(hù)措施。三、文件的結(jié)構(gòu)1、文件的邏輯結(jié)構(gòu)（1）流式文件

構(gòu)成文件的基本單位是字符，流式文件是有序字符的集合，其長度為該文件所包含的字符個數(shù)，因此又稱為字符流文件。流式文件無結(jié)構(gòu)，管理簡單，用戶可以方便地對其進(jìn)行操作。（2）記錄式文件

構(gòu)成文件的基本單位是記錄，記錄式文件是一組有序記錄的集合。記錄是一個具有特定意義的信息單位。記錄式文件可分為定長記錄文件和變長記錄文件兩種。2、文件的物理結(jié)構(gòu)（1）順序結(jié)構(gòu)（2）鏈接結(jié)構(gòu)（3）索引結(jié)構(gòu)（4）Hash結(jié)構(gòu)（5）索引順序結(jié)構(gòu)四、文件的存取方式1、順序存取

順序存取就是按從前到后的次序依次訪問文件的各個信息項，對記錄式文件，是按記錄的排列順序來存取。2、隨機存取

又稱直接存取，即允許用戶根據(jù)記錄鍵存取文件的任一記錄，或者是根據(jù)存取命令把讀寫指針移到指定處讀寫。五、文件目錄為便于對文件的管理，做到“按名存取”，設(shè)置了文件目錄，用檢索計算機系統(tǒng)中的所有文件。1、文件控制塊FCB

文件控制塊FCB是系統(tǒng)為管理文件而設(shè)置的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

FCB是文件存在的標(biāo)志，記錄了系統(tǒng)管理文件所需要的全部信息。2、文件目錄與目錄文件（1）文件目錄文件與文件控制塊是一一對應(yīng)的。文件控制塊的有序集合構(gòu)成文件目錄，每個目錄項即是一個文件控制塊。給定一個文件名，通過查找文件目錄便可找到該文件對應(yīng)的目錄項（即FCB）。

（2）目錄文件將文件目錄以文件的形式保存在外存空間，