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1、计算机操作系统l第一章 操作系统引论l第二章 作业界面管理l第三章 文件管理l第四章 存储管理l第五章 设备管理l第六章 进程及处理机管理l第七章 操作系统结构和程序实现第四章 存储管理l第一节 概述l第二节 分区分配存储管理l第三节 请求页式存储管理l第四节 段式存储管理l第五节 段页式存储管理概述l逻辑地址与物理地址l重定位（Relocation)：将逻辑地址转 换为物理地址l虚存及其特点l存储管理的目的及功能逻辑地址与物理地址在具有地址变換机构的计算机中 ，允许程序中编排的地址和信息实际存 放在内存中的地址有所不同。前者叫逻 辑（相对）地址，后者叫物理（绝对） 地址。虚拟存储管理虚存是由
2、操作系统调度，采 用内外存的交换技术，各道程序在 必需使用时调入内存，不用的调出 内存，这样好象内存容量不受限制 。虚存的特点l虚存容量不是无限的，极端情况受内存 和外存可利用的总容量限制l虚存容量还受计算机总线地址结构限制l速度和容量的“时空”矛盾，虛存量的 “扩大”是以牺牲CPU工作时间以及内外 存交換时间为代价的存储管理的目的及功能（1）l目的：方便用户，使用户减少甚至摆脱对存 储器使用的管理；提高内存资源的利用率，关 键是实现内存共享l功能： 内存的扩充技术：使用虛存或自动 复盖技朮提供比实际内存更大的空间存储管理的目的及功能（2）l功能： 内存保护技术：各道作业只在自巳 所属区域中运
3、行，不破坏别的作业以 及不被破坏 内存区域的分配和管理：通过建表 、查表、改表和回收登录内存使用情 况，系统或用户申请内存时按选定分 配算法确定分区等第四章 存储管理第一节 概述 第二节 分区分配存储管理 第三节 请求页式存储管理 第四节 段式存储管理 第五节 段页式存储管理分区分配存储管理l分配算法按分区不同l内存“扩充”技术l内存保护技术分配算法按分区不同l 固定分区分配（Fixed-Size Partition）l 可变式动态分区分配(Variable-Size/Dynamic Partition)l 可重定位分区分配(Relocatable Partition) l 多重分区分配(Mu
4、ltiple Partition)内存“扩充”技术l交换（swap)：由操作系统做 ，用户不知道。l复盖（overlay)：由用户控制 ，操作系统提供覆盖机制。内存保护技术保护系统工作区和用户作业 区，特别是如何防止系统区被破 坏。 存储保护键 界限寄存器第四章 存储管理第一节 概述 第二节 分区分配存储管理 第三节 请求页式存储管理 第四节 段式存储管理 第五节 段页式存储管理请求页式存储管理l实现原理l页表设计l页面淘汰算法l页式存储管理的优点及缺点页式存储管理实现原理l基于程序在运行时不需要一 开始都装入内存，更不应该 把最近较长一段时间内不用 的程序装入内存。页表设计l页表内容举例淘汰
5、位/修改位/保护位/中 断位/引用位/缺用位等l快表:因页面较多，页表在内存 ，取一次数要访问内存两次。页面淘汰算法（1）l先进先出算法(FIFO）（First Input First Output）,又称轮 转法（RR）l循环检测法l最近最少使用页面先淘汰（LRU） （Least Recently Used）l最不经常使用的页面先淘汰（LFU）（ Least Frequent Used）页面淘汰算法（2）l最近没有使用页面先淘汰（NUR ）l最优淘汰算法（OPT） （Optimal Replacement Algorithm）l随机数淘汰页面算法 （Random Replacement Al
6、gorithm）页式存储管理的优点l虛存量大，适合多道程序运行，用 户不必担心内存不够的调度操作l内存利用率高，不常用的页面尽量 不留在内存l不要求作业连续存放，有效地解决 了“碎片”问题。与分区式比，不需 移动作业；与多重分区比，无零星 碎片产生页式存储管理的缺点l要处理页面中断、缺页中断处 理等，系统开销较大l有可能产生“抖动”l地址变換机构复杂，为提高速 度采用硬件实现，增加了机器成 本第四章 存储管理第一节 概述 第二节 分区分配存储管理 第三节 请求页式存储管理 第四节 段式存储管理 第五节 段页式存储管理段式存储管理l段,页式存储管理的对比表l段式存储管理的优越性:段的共享与动 态
7、分配，一般由硬件设备的多种支持， 特别是近代的优化编译巳进入CPU内部 设计。段共享的先决条件是程序段可重 入，即前面一段没有退出前，在不影响 工作前提下，后面一段又可重新装入。 而可重入程序的特点是执行程序中指令 不变称纯代码（纯码）,而工作区和数据 区由调用者自带。第四章 存储管理第一节 概述 第二节 分区分配存储管理 第三节 请求页式存储管理 第四节 段式存储管理 第五节 段页式存储管理段,页式存储管理的对比表段式 页式 由用户设计，有逻辑意义 分页用户不可见，由OS划 分 段面是信息的逻辑单位 页面是信息的物理单位 便于段的共享和动态链接 页一般不能共享 段长不等，可动态增长 页面大小
8、相同，不能增长 段具有二维地址空间 页具有一维地址空间 管理形式相似，但概念不同段页式存储管理特点l每一段分若干页，再按页式管理， 页间不要求连续；l用分段方法分配管理作业，用分页 方法分配管理内存；l兼有段式和页式管理的优点,系统 复杂和开销增大，一般在大型机器 上才使用.计算机操作系统第一章 操作系统引论 第二章 作业界面管理 第三章 文件管理 第四章 存储管理 第五章 设备管理 第六章 进程及处理机管理 第七章 操作系统结构和程序实现第五章 设备管理第一节 概述 第二节 外部设备的安装 第三节 I/O设备分配算法 第四节 设备管理技术 第五节 设备处理程序编制内容概述l设备管理的任务与功
9、能l发展历史l外部设备分类l设备I/O方式设备管理的任务l按用户需求提出的要求接入外部设 备，系统按一定算法分配和管理控 制，而用户不必关心设备的实际地 址和控制指令.l尽量提高输入输出设备的利用率， 例如，发揮主机与外设以及外设与 外设之间的真正并行工作能力.设备管理的功能l分配设备l控制和实现真正的输入输出操 作l对输入输出缓冲区进行管理l在一些较大系统中实现虚拟设 备技术发展历史l第一代用键盘和打印机l第二代用鼠标和调制解调器 （俗称“猫”） l第三代用手写笔和扫描仪等外部设备分类l按系统和用戶分：系统、用戶l按输入输出传送方式分(UNIX或Linux操 作系统)：字符型设备、块设备l按
10、资源特点分：独享设备、共享设备、 虚拟设备l按设备硬件物理特性分：顺序存取设备 、直接存取设备l按设备使用分：物理设备、逻辑设备、 伪设备设备I/O方式(1)l询问（Query）：实时系统中必需采用 ，在一般简单系统中也广泛采用，但系 统开销较大，每次进行输入输出工作， 都需要由主机CPU干预；l通道（Channel）：有硬通道和软通道 之分，硬通道，例如，典型的DMA（ Direct Memory Access）工作方式；软 通道是软件设计中使用的各种“标识”、“ 缓冲”等;设备I/O方式(2)l中断（interrupt）：有硬中断和 软中断之分，中断按级别分类排队 工作；可按字符、字、块的
11、传递产 生中断；实时控制常用实时钟中断 ，起自动控制作用；中断工作主要 由中断请求、中断响应和中断服务 处理组成。“中断”的产生使管理工 作更能“自动化”.第五章 设备管理第一节 概述 第二节 外部设备的安装 第三节 I/O设备分配算法 第四节 设备管理技术 第五节 设备处理程序编制内容外部设备的安装l系统配置l用户外接设备（操作系统的重新生成）l用户外接设备（系统硬件接口和软件的 充分利用）l外部设备的即插即用l设备驱动程序的编制 lCPU与外部信息的交换第五章 设备管理第一节 概述 第二节 外部设备的安装 第三节 I/O设备分配算法 第四节 设备管理技术 第五节 设备处理程序编制内容I/O
12、设备分配算法l先来先服务(FCFS, First Come First Service) ：每一设备有一队列 管理l按优先级(Priority) ：一般是系统 高于用戶，超级用户（系统管理员 ）高于一般用户。例如，RTOS操作 系统中，系统优先级高于用户。 UNIX操作系统中超级用户优先级高 于一般用户第五章 设备管理第一节 概述 第二节 外部设备的安装 第三节 I/O设备分配算法 第四节 设备管理技术 第五节 设备处理程序编制内容设备管理技术l磁盘管理技术l缓冲技术l虚拟设备的技术I/O设置缓存理由l解决信息的到达率和离去率不一致的矛盾l缓存起中转站的作用l使得一次输入的信息能多次使用l在通
13、道或控制器内设置局部寄存器作为缓 冲存储器，可暂存 I0信息，以减少中断 CPU的次数。这种情形可进一步推广，使 得一次读入的信息可多次重复使用虚拟设备的技术(SPOOLing)lSPOOLing，全名是 Simultaneous Peripheral Operations OnLine，即外围设 备联机并行操作，它是关于慢速字 符设备如何与计算机主机交换信息 的一种技术，通常也叫做“假脱机技 术”。是一种预输入、缓输出和转储 的管理技术.SPOOLing系统的特点l提高了IO速度l将独享设备改造为共享设备（ 典型例子是打印机的“共享”）l实现了虚拟设备功能第五章 设备管理第一节 概述 第二节
14、 外部设备的安装 第三节 I/O设备分配算法 第四节 设备管理技术 第五节 设备处理程序编制内容设备处理程序编制内容l设备驱动程序包含五部分l设备驱动程序的功能l设备驱动程序的特点l设备处理方式设备驱动程序包含五部分l设备标题（Device header）l数据存储和局部过程（Data Storage & Local Procedure）l策略过程（Strategy Procedure ）l中断过裎（Interrupt Procedure ）l命令处理子程序（Command Processing）设备驱动程序的功能l将接收到的抽象要求转换为具体要求；l检查用户 I/O请求的合法性，了解 I/O
15、设备的状 态，传递有 I/O关参数，设置设备的工作方式；l发出 I/O命令，启动分配到的 I/O设备，完成指 定的 I/O 操作；l及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根 据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理 ；l对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能 够根据用户的 I/O请求，自动地构成通道程序.设备驱动程序的特点l驱动程序主要是在请求 IO的进程与设 备控制器之间的一个通信程序。l驱动程序与 IO设备的特性紧密相关 。l驱动程序与 IO控制方式紧密相关。l由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其 中的一部分程序用汇编语言书写，目前 有很多驱动程序，其基本部分已经固化 ，放在ROM中。设备处理方式l将抽象要求转换为具体要求l检查 IO请求的合法性l读出和检查设备的状态l传送必要的参数l方式的设置和 IO设备启动
