計算機軟件基礎(chǔ)課件：資源管理技術(shù)

資源管理技術(shù)BasicsofComputerSoftware答辯人：XXX操作系統(tǒng)的概念8.1應(yīng)用程序各種編譯程序系統(tǒng)實用程序操作系統(tǒng)8.1操作系統(tǒng)的概念所謂操作系統(tǒng)就是能有效地管理計算機系統(tǒng)中的各種軟、硬件資源，合理地組織計算機的工作流程，為用戶創(chuàng)造良好工作環(huán)境的系統(tǒng)軟件。它是加在計算機硬件上的第一層軟件,

是硬件的首次擴充。裸機1手工操作階段2早期批處理階段3執(zhí)行系統(tǒng)、多道批處理系統(tǒng)4多道批處理系統(tǒng)5分時系統(tǒng)6實時處理7現(xiàn)代操作系統(tǒng)8.1.1OS的發(fā)展過程8.1.1OS的發(fā)展過程第一階段：手工操作階段用戶必須是計算機專家用戶既是操作員又是程序員應(yīng)用范圍小主要用于科學計算沒有操作系統(tǒng)只能用機器指令控制、操作計算機用戶獨占整個系統(tǒng)資源資源利用率低；CPU等待人工操作輸入紙帶（卡片）、電傳打字機輸出結(jié)果、在控制臺上用搬鍵輸入命令等面臨的問題人機矛盾日益突出、系統(tǒng)資源利用率低8.1.1OS的發(fā)展過程第二階段：早期批處理階段面臨的問題低高速CPU和低速I/O的矛盾加劇第一代操作系統(tǒng)為解決人機矛盾，提高資源利用率，讓計算機保持不間斷工作、減少人工干預程度。于是產(chǎn)生了把“零散的單一程序處理”變?yōu)椤凹械某膳绦蛱幚怼钡奶幚矸绞綔p少了手工操作的時間使系統(tǒng)有相對較長的連續(xù)運行時間，從而提高了CPU利用率分工明確程序員負責把實際問題抽象為求解模型，并把它編為可運行程序；而上機操作則由操作員來完成按序存放把一批性質(zhì)相同的程序按序存放在存儲介質(zhì)中一次性提交作業(yè)一次性提交給計算機進行處理開始擺脫手工操作方式由批處理監(jiān)管程序來完成成批處理8.1.1OS的發(fā)展過程第三階段：執(zhí)行系統(tǒng)02中斷技術(shù)在程序運行中，出現(xiàn)了某種緊急事件，必須暫時中止現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去處理此事件，然后再恢復中斷程序的運行技術(shù)01通道技術(shù)CPU不再直接控制I/O設(shè)備，而是通過通道去控制，從而實現(xiàn)了CPU和I/O設(shè)備之間的并行工作，緩解了CPU和I/O速度不匹配的矛盾；也稱為“I/O處理機”；借助于通道與中斷技術(shù)，I/O工作可以在主機控制之下完成。這時，原有的監(jiān)督程序不僅要負責調(diào)度作業(yè)自動地運行，而且還要提供I/O控制功能，它增強了原有的功能。這個優(yōu)化后的監(jiān)督程序常駐主存，稱為執(zhí)行系統(tǒng)。8.1.1OS的發(fā)展過程第四階段：多道批處理系統(tǒng)多道批處理用戶提交的作業(yè)都先放在外存上并排成一個后備隊列，由作業(yè)調(diào)度程序按一定算法從中選擇若干個作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU及系統(tǒng)中的各種資源。從微觀上一個時刻只有一個程序在處理機上運行從宏觀上幾道程序都處于執(zhí)行狀態(tài)，有的在處理機上運行，有的在進行輸入/輸出，它們的工作都在向前推進8.1.1OS的發(fā)展過程第五階段：分時系統(tǒng)02與批處理系統(tǒng)的區(qū)別在批處理系統(tǒng)中，一個作業(yè)可以長時間地占用CPU直至該作業(yè)執(zhí)行完成；而在分時系統(tǒng)中，一個作業(yè)只能在屬于它的那個時間片內(nèi)使用CPU，時間一到，系統(tǒng)將剝奪作業(yè)的CPU使用權(quán)，把CPU分配給其他的作業(yè)使用01分時系統(tǒng)把處理機時間劃分成很短的時間片輪流地分配給各個聯(lián)機作業(yè)使用，如果某作業(yè)在分配的時間片內(nèi)還未完成計算，該作業(yè)就暫時中斷，等待下一輪繼續(xù)計算。8.1.1OS的發(fā)展過程第五階段：分時系統(tǒng)系統(tǒng)核心時間片輪流調(diào)度技術(shù)影響因素用戶數(shù)目，時間片的長短、作業(yè)調(diào)度所必須的系統(tǒng)開銷等特點同時性、獨立性及時性、交互性必須考慮系統(tǒng)的響應(yīng)時間?有人說：分時系統(tǒng)中分時時間片的長短問題無所謂，并不影響終端用戶得到的及時響應(yīng)。結(jié)論分時時間片的長短問題是一個重要問題，它將直接影響用戶得到的及時響應(yīng)8.1.1OS的發(fā)展過程第五階段：分時系統(tǒng)8.1.1OS的發(fā)展過程第六階段：實時系統(tǒng)02與分時系統(tǒng)的區(qū)別實時系統(tǒng)專用性很強，交互能力較差，用戶數(shù)量有限；分時系統(tǒng)通用性很強，交互能力很強，允許用戶運行或修改應(yīng)用程序。01實時系統(tǒng)實時處理是以快速響應(yīng)為特征的?！皩崟r”二字的含義是指計算機對于外來信息能夠在被控對象允許的截止期限內(nèi)做出反應(yīng)。稱為特殊的分時系統(tǒng)8.1.1OS的發(fā)展過程第六階段：實時系統(tǒng)系統(tǒng)核心時間片分時技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)生產(chǎn)的過程控制、實時信息處理特點對時間有嚴格的限制，要求計算機能對外部隨機事件做出及時響應(yīng)，并處理分類實時控制系統(tǒng)、實時信息處理系統(tǒng)8.1.1OS的發(fā)展過程第七階段：現(xiàn)代操作系統(tǒng)發(fā)展方向個人化、視窗化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、分布式我國現(xiàn)狀華為鴻蒙系統(tǒng)（HUAWEIHarmonyOS），特點多用戶、圖形界面、網(wǎng)絡(luò)化及多媒體應(yīng)用領(lǐng)域各行各業(yè)8.1.2OS的功能與任務(wù)操作系統(tǒng)的任務(wù)和作用操作系統(tǒng)的主要任務(wù)：是為多道程序的運行提供良好的運行環(huán)境，以保證多道程序有條不紊、高效地運行，并能最大限度的提高系統(tǒng)中各種資源的利用率和方便用戶的使用。其作用有如下幾個方面：（1）管理系統(tǒng)資源（2）為用戶提供資源共享的條件和環(huán)境，并對資源的使用進行合理調(diào)度（3）提供輸入輸出的方便環(huán)境，提供良好的用戶界面（4）規(guī)定用戶的接口，進行各種錯誤處理8.1.2OS的功能與任務(wù)操作系統(tǒng)的功能這里主要指內(nèi)存管理存儲管理輸入輸出（I/O）設(shè)備設(shè)備管理命令控制、菜單驅(qū)動和圖形用戶界面用戶接口操作系統(tǒng)的五大功能CPU管理進程、處理機管理又稱外存管理文件管理資源管理技術(shù)BasicsofComputerSoftware答辯人：XXX

進程與處理機管理8.2進程概念

進程調(diào)度死鎖進程：就是程序的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。進程管理也被稱為處理機管理。處理機是計算機系統(tǒng)中的重要資源，所以它管理的好壞在很大程度上直接影響系統(tǒng)的效率。處理機管理又分兩個部分：作業(yè)管理和進程管理。進程管理是由程序管理進化而來，是和程序管理密不可分的。進程概念

進程調(diào)度死鎖進程與程序的主要區(qū)別進程具有并發(fā)性，而程序沒有并發(fā)性進程和程序不是一一對應(yīng)的：一個程序可對應(yīng)多個進程即多個進程可執(zhí)行同一程序；但一個進程只能對應(yīng)1個程序。對應(yīng)關(guān)系進程是動態(tài)的，而程序是靜態(tài)的動態(tài)性進程有一定的生命期，是程序在數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行，生命周期不會跨越系統(tǒng)運行周期；而程序是指令的集合，是永存的生命周期性進程是競爭計算機資源的基本單位，程序不是資源競爭進程概念

進程調(diào)度死鎖進程的特征多個進程實體在一段時間內(nèi)能夠并發(fā)執(zhí)行并發(fā)性不同進程在邏輯上相互獨立，有各的運行軌跡異步性進程的實質(zhì)是程序的一次執(zhí)行，因此進程是動態(tài)的動態(tài)性每個進程都是一個獨立運行的基本單位，也是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位獨立性系統(tǒng)為每個進程配置了一個進程控制塊PCB。因此，從結(jié)構(gòu)上看，每個進程都由程序段、數(shù)據(jù)段以及PCB這三部分組成結(jié)構(gòu)性進程概念

進程調(diào)度死鎖就緒狀態(tài)已經(jīng)獲得投入運行所必需的一切資源，一旦分配到CPU，就可以立即執(zhí)行運行狀態(tài)進程獲得了CPU及其它一切所需資源，正在CPU上運行著等待狀態(tài)由于資源得不到滿足，進程運行受阻，處于暫停狀態(tài)，等待資源分配后，再投入運行進程狀態(tài)運行狀態(tài)等待狀態(tài)

就緒狀態(tài)

進程調(diào)度

等待資源時間用完獲得資源進程概念

進程調(diào)度死鎖進程控制塊PCB1進程標識符2特征信息3執(zhí)行狀態(tài)信息4通信信息5調(diào)度優(yōu)先數(shù)6現(xiàn)場信息7系統(tǒng)棧8進程映像信息9資源占有信息10族系關(guān)系進程概念

進程調(diào)度死鎖進程調(diào)度：由于操作系統(tǒng)管理了系統(tǒng)的有限資源，當有多個進程要使用這些資源時，因為資源的有限性，必須按照一定的原則選擇進程（請求）來占用資源。02可剝奪方式在某些條件下系統(tǒng)可以強制剝奪正在運行的進程使用處理機的權(quán)利，將其分配給另一個合適的就緒進程01不可剝奪方式也稱不可搶占方式，一個進程在獲得處理機后，除非運行結(jié)束或進入阻塞狀態(tài)等原因主動放棄CPU,否則一直運行下去相關(guān)概念周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間等待時間1周轉(zhuǎn)時間進程從創(chuàng)建到執(zhí)行完成所經(jīng)歷的時間周轉(zhuǎn)時間T=完成時間-到達時間其值越接近平均運行時間，說明該調(diào)度算法越理想2帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間周轉(zhuǎn)時間和運行時間的比值。帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間TW=周轉(zhuǎn)時間/運行時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間越接近1，說明該調(diào)度算法越理想。3等待時間進程從創(chuàng)建到執(zhí)行完成所經(jīng)歷的時間減去占有CPU的時間等待時間W=周轉(zhuǎn)時間-運行時間進程概念

進程調(diào)度死鎖1.先來先服務(wù)(FCFS)調(diào)度算法進程概念

進程調(diào)度死鎖當一個大進程運行時會使后到的小進程等待很長時間，這就增加了進程平均等待時間；不能為緊急進程優(yōu)先分配CPU。算法思想按照進程進入就緒隊列的時間次序分配CPU。算法特點具有不可搶占性的特點，處在就緒隊列頭部的進程首先獲得CPU，一旦進程占用了CPU，一直運行到結(jié)束才放棄CPU，除非在運行中因等待事件被阻塞而放棄CPU。算法問題1.先來先服務(wù)(FCFS)調(diào)度算法進程概念

進程調(diào)度死鎖進程到達時間運行時間開始時間完成時間等待時間周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間P107P224P341P454平均周轉(zhuǎn)時間平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間平均等待時間運行進程P1

P2

P3P4

↑0↑7↑11↑12↑1607071711592.25111278812167112.75T=(7+9+8+11)/4=8.75TW=(1+2.25+8+2.75)/4=3.5W=(0+5+7+7))/4=4.75FCFS算法的運行時間軸2.短進程優(yōu)先(SPF)調(diào)度算法進程概念

進程調(diào)度死鎖必須預知進程的運行時間；對長進程不利；完全未考慮進程的緊迫程度算法思想每次進行進程調(diào)度時均選擇運行時間最短的進程分配CPU算法特點SPF是以進程的運行時間長度作為優(yōu)先級，進程運行時間越短，優(yōu)先級越高算法問題進程概念

進程調(diào)度死鎖進程到達時間運行時間開始時間完成時間等待時間周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間P107P224P341P454平均周轉(zhuǎn)時間平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間平均等待時間運行進程P1

P3P2

P4

↑0↑7↑8↑12↑16070718126102.57834412167112.75T=(7+10+4+11)/4=8TW=(1+2.5+4+2.75)/4=2.56W=(0+6+3+7)/4=4FCFS算法的運行時間軸2.短進程優(yōu)先(SPF)調(diào)度算法3.最短剩余時間優(yōu)先算法進程概念

進程調(diào)度死鎖后提交的大進程長期得不到響應(yīng)算法思想每當有進程加入就緒隊列時就需要調(diào)度，如果新到達的進程剩余時間比當前運行的進程剩余時間更短，則由新進程搶占處理機。另外，當一個進程完成時也需要調(diào)度。算法特點綜合考慮了剩余時間和當前的短進程，算法的幾個綜合評價指標有所降低算法問題進程概念

進程調(diào)度死鎖進程到達時間運行時間開始時間完成時間等待時間周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間P107P224P341P454平均周轉(zhuǎn)時間平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間平均等待時間運行進程P1

P2

P3

P2

P4

P1

↑0↑7↑11↑160169162.2927151.2545011711261.5T=(16+5+1+6)/4=7TW=(2.29+1.25+1+1.5)/4=1.51W=(9+1+0+2)/4=3FCFS算法的運行時間軸3.最短剩余時間優(yōu)先算法↑2↑4↑54.時間片輪轉(zhuǎn)算法進程概念

進程調(diào)度死鎖系統(tǒng)的效率與時間片大小的設(shè)置有關(guān)算法思想和分時系統(tǒng)類似算法特點時間片輪轉(zhuǎn)為剝奪式調(diào)度算法，即當時間片用完后，即使當前進程沒有執(zhí)行結(jié)束，也會被剝奪CPU。時間片輪轉(zhuǎn)算法比較適合交互式分時系統(tǒng)算法問題可將時間片分成多個規(guī)格，如10ms,20ms或50ms等。按時間片大小將就緒進程排成多個隊列。優(yōu)化方案5.優(yōu)先級調(diào)度算法進程概念

進程調(diào)度死鎖算法思想系統(tǒng)賦予每個進程一個優(yōu)先數(shù)，用于表示該進程的優(yōu)先級。調(diào)度程序總是從就緒隊列中挑選一個優(yōu)先級最高的進程，使之占有處理機02動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度優(yōu)先級在進程運行中，可以動態(tài)調(diào)整01靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度優(yōu)先級在進程創(chuàng)建時已經(jīng)確定。在進程運行期間該優(yōu)先數(shù)保持不變靜態(tài)優(yōu)先權(quán)法比較適合于實時系統(tǒng)，其優(yōu)先級可根據(jù)事件的緊迫程度事先設(shè)定。動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度可根據(jù)實際情況調(diào)整優(yōu)先級，處理更靈活短作業(yè)的進程可以賦予較高的優(yōu)先級根據(jù)用戶作業(yè)的申請，設(shè)置進程的優(yōu)先級系統(tǒng)進程應(yīng)當賦予比用戶進程高的優(yōu)先級I/O繁忙的進程應(yīng)當優(yōu)先獲得CPU進程概念

進程調(diào)度死鎖分配優(yōu)先級需要考慮的因素6.高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法進程概念

進程調(diào)度死鎖需要估計每個進程的運行時間，而且每次調(diào)度時都要計算就緒隊列中所有進程的響應(yīng)比，這需要耗費不少的CPU時間算法思想每個進程都擁有一個動態(tài)優(yōu)先數(shù)，該優(yōu)先數(shù)不僅是進程運行時間（估計值）的函數(shù)，還是其等待時間的函數(shù)RP=響應(yīng)時間/運行時間=1+等待時間/運行時間算法特點高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法既照顧了短進程，又不使長進程等待時間過長，是先來先服務(wù)調(diào)度算法和短進程優(yōu)先調(diào)度算法的一種很好的折中調(diào)度方案算法問題6.高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法進程概念

進程調(diào)度死鎖時刻事件和動作Rp值動作P1P2P3P40P1到，計算Rp1---P1運行2P2到

4P3到

5P4到

7P1結(jié)束，計算Rp-2.2541.5P3運行8P3結(jié)束，計算Rp-2.5-1.75P2運行12P2結(jié)束，計算Rp---2.75P4運行16P4結(jié)束

平均周轉(zhuǎn)時間：T=(16+5+1+6)/4=7平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間：TW=(2.29+1.25+1+1.5)/4=1.51平均等待時間：W=(9+1+0+2)/4=31.死鎖的定義及產(chǎn)生進程概念

進程調(diào)度死鎖死鎖現(xiàn)象：每個進程所要求的資源都已被另一個進程占用，出現(xiàn)沒有一個進程能繼續(xù)運行，這種情況稱“死鎖”。打印機進程A進程B讀卡機進程A申請到打印機進程A需要讀卡機進程B申請到讀卡機進程B需要打印機例如：進程A和B按下面的順序推進，導致死鎖。

1.A：申請打印機

2B：申請讀卡機

3.A：申請讀卡機4.B：申請打印機進程概念

進程調(diào)度死鎖資源的部分分配需求某類資源的若干進程；每次只能申請或被分配其完全需求資源的一部分進程間非法交叉推進出現(xiàn)相關(guān)進程由于資源分配不當而出現(xiàn)循環(huán)等待資源獨占性資源不能共享，外設(shè)只能由一個進程用完才能為其他進程所使用資源的不可剝奪性資源的非搶占式分配，一個進程占用外設(shè)時，另一個進程就不能把它奪過來，只能等待產(chǎn)生死鎖的四個必要條件進程概念

進程調(diào)度死鎖死鎖的預防破壞產(chǎn)生死鎖的4個必要條件中的任何一個死鎖的避免躲避死鎖的發(fā)生死鎖檢測與恢復允許死鎖產(chǎn)生，但能檢測出來并且有能力處理和恢復010203解決死鎖的辦法進程概念

進程調(diào)度死鎖破壞資源的部分分配每個進程必須提出它所需要的全部資源，只有完全滿足時，才能啟動進程間非法交叉推進系統(tǒng)所有資源進行編號，并規(guī)定進程申請資源時必須按照資源編號的順序進行破壞資源獨占性采用假脫機技術(shù)（SPOOLing）可以使非共享設(shè)備變?yōu)楣蚕碓O(shè)備破壞資源的不可剝奪性申請不到資源時，釋放原先已占有的，進入等待，以后再一起申請2.死鎖的預防提前確定系統(tǒng)資源分配算法，破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件中的任何一個或幾個，以保證在系統(tǒng)運行中不發(fā)生死鎖進程概念

進程調(diào)度死鎖采用虛擬技術(shù)，使非共享設(shè)備變成共享設(shè)備，以預防死鎖用戶1用戶2用戶3??????輸出輸出輸出打印打印機主機2.死鎖的預防進程概念

進程調(diào)度死鎖2.死鎖的預防系統(tǒng)資源進行統(tǒng)一編號。進程申請使用資源時，必須嚴格按照編號的升序進行進程A進程B進程C1、卡片輸入機（3臺）√√√2、行式打印機（2臺）√√*3、卡片輸入機（1臺）√*4、磁帶機（1臺）進程概念

進程調(diào)度死鎖3.死鎖的避免

為了避免死鎖的發(fā)生，系統(tǒng)對進程提出的每一個資源請求，先不是真正去分配，而是根據(jù)當時資源的使用情況，按一定的算法去進行模擬分配后的結(jié)果。只有當探測結(jié)果不會導致死鎖，才真正接收進程提出的這一請求——銀行家算法。銀行家算法的思想:（假定在同類資源的分配上實行這一算法）系統(tǒng)接到一個進程的資源請求后，就先假定承認這一申請，把資源分配給它。然后系統(tǒng)用剩余的資源和每一個進程還需要的資源數(shù)相比，看能否找到這樣的進程，系統(tǒng)把資源分配給它后，就能滿足它對資源的最大需求，從而保證其運行完畢。如果能就分配給它，系統(tǒng)在其運行完后回收其占用的全部資源，就會有更多的剩余資源數(shù)。再重復這一過程，直到找不出這樣的進程為止。請看下面示例：進程已分配數(shù)還需要數(shù)A13B42C53系統(tǒng)剩余2進程已分配數(shù)還需要數(shù)A22B42C53系統(tǒng)剩余1例：假定某系統(tǒng)有12臺磁帶機，A：最大需要量4，B：最大需要量6，C：最大需要量8銀行家算法實例經(jīng)過若干次申請、分配系統(tǒng)的狀態(tài)進程A提出申請1臺磁帶機后，采用銀行家算法系統(tǒng)假定分配后的狀態(tài)進程概念

進程調(diào)度死鎖3.死鎖的避免進程概念

進程調(diào)度死鎖4.死鎖的檢測和恢復操作系統(tǒng)可定時運行一個“死鎖檢測”程序，該程序按一定的算法去檢測系統(tǒng)中是否存在死鎖。其實質(zhì)是確定是否存在“循環(huán)等待”條件資源號占有本資源進程號a1b3c2d2e1進程號等待資源1c2b3ee132bc進程間對資源的循環(huán)等待經(jīng)過考察資源分配表并填寫資源申請表，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了循環(huán)等待鏈，產(chǎn)生了死鎖。資源分配表進程等待表出現(xiàn)進程循環(huán)鏈的現(xiàn)象進程1資源a資源e進程3資源c進程2資源b資源d允許死鎖發(fā)生，但當死鎖發(fā)生時能檢測出來，并且有能力處理，進行恢復?？捎眠M程

資源有向圖來檢測系統(tǒng)在某一特定狀態(tài)時是否將來會處于死鎖狀態(tài)。進程概念

進程調(diào)度死鎖4.死鎖的檢測和恢復進程概念

進程調(diào)度死鎖4.死鎖的檢測和恢復02撤銷進程撤銷死鎖進程，將它們占有的資源分配給另一些死鎖進程，直到死鎖解除為止01剝奪資源使用掛起/激活機制掛起一些進程，剝奪它們占有的資源給死鎖進程，以解除死鎖，待以后條件滿足時，再激活被掛起的進程死鎖解除法可歸納為兩大類資源管理技術(shù)BasicsofComputerSoftware答辯人：XXX存儲管理8.3基本概念

分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理目錄基本存儲概念1分區(qū)存儲管理2頁式存儲管理3段式存儲管理4段頁式存儲管理5基本概念

分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理內(nèi)存空間的共享與保護對內(nèi)存中的程序和數(shù)據(jù)實施保護內(nèi)存空間的擴充實現(xiàn)內(nèi)存的邏輯擴充，提供給用戶更大的存儲空間，允許超過內(nèi)存容量的程序運行內(nèi)存空間的分配與回收按程序要求進行內(nèi)存分配，當程序運行結(jié)束后，適時回收其占用的內(nèi)存實現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換實現(xiàn)程序中的邏輯地址到內(nèi)存物理地址的轉(zhuǎn)換存儲管理應(yīng)具有以下4個基本功能邏輯（相對）地址程序中按邏輯順序編排的代碼及數(shù)據(jù)的地址稱為邏輯地址物理（絕對）地址程序中按代碼及數(shù)據(jù)在內(nèi)存中實際存儲位置的地址成為物理地址重定位將邏輯地址轉(zhuǎn)化為物理地址的過程稱為重定位，又稱地址映射或地址變換。一般由操作系統(tǒng)的鏈接過程完成。分為靜態(tài)和動態(tài)兩種?；靖拍?/p>

分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理幾個概念基本概念

分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理靜態(tài)重定位靜態(tài)重定位是指當用戶程序被裝入內(nèi)存時，一次性實現(xiàn)邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，并在程序運行期間不再改變基本概念

分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理動態(tài)重定位動態(tài)重定位是指在程序運行過程中要訪問數(shù)據(jù)時再進行地址變換，即在指令逐條執(zhí)行時完成地址轉(zhuǎn)換RR：基地址寄存器，又稱重定位寄存器ER：邏輯地址寄存器基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理分區(qū)管理的概念02可變分區(qū)存儲管理動態(tài)分區(qū)法在作業(yè)執(zhí)行前并不建立分區(qū)，而是在處理作業(yè)的過程中按需要建立分區(qū)，而且其大小可隨作業(yè)或進程對內(nèi)存的要求而改變01固定分區(qū)存儲管理固定分區(qū)管理是在處理任務(wù)前，內(nèi)存事先劃分為若干個大小不等或相等的區(qū)域，這些區(qū)域一旦劃分好則固定不變，每個任務(wù)占一個分區(qū)，任務(wù)是連續(xù)存放的分區(qū)式存儲管理對內(nèi)存采用連續(xù)分配方式，即根據(jù)用戶程序的需求為其在內(nèi)存分配一段連續(xù)的存儲空間內(nèi)存的分配釋放、存儲保護以及地址變換都通過分區(qū)說明表進行。基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理固定分區(qū)管理分區(qū)號大小始址狀態(tài)19KB20KB已分配225KB29KB可用340KB54KB可用4162KB94KB可用優(yōu)點：分配回收方便，適用于用戶不多的小型系統(tǒng)；缺點：內(nèi)存使用不充分，每一分區(qū)剩余部分無法利用。動態(tài)分區(qū)采用三張表對內(nèi)存管理，分別為已分配分區(qū)表、空閑分區(qū)表和資源請求表。基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理動態(tài)分區(qū)管理分區(qū)號起始地址大小狀態(tài)150k20kP1290k15kP23260k40kP3:

分區(qū)號起始地址大小170k20k2105k155k3300k100k:

作業(yè)名大小:

P430kP590k:

已分配分區(qū)表空閑分區(qū)表資源請求表基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理動態(tài)分區(qū)的分配算法動態(tài)分區(qū)法在分配前，只有一個空白區(qū)。分配時，按一定的算法從空白表區(qū)中找，看是否有滿足作業(yè)的可用分區(qū)，如果存在則分配，并修改兩張表的內(nèi)容，否則系統(tǒng)報錯。首次適應(yīng)算法可用分區(qū)按起址遞增的次序排列，順序查找空閑區(qū)，一旦找到滿足要求的分區(qū)，則結(jié)束查找，從中劃分所要求的內(nèi)存長度分配給用戶，把剩余的部分合并后修改可用區(qū)中的相應(yīng)表項。最佳適應(yīng)算法可用分區(qū)按大小遞增的次序排列，順序查找到第一個滿足要求的空白區(qū)時停止查找，從中劃分所要求的內(nèi)存長度分配給用戶，把剩余的部分合并后修改可用區(qū)中的相應(yīng)表項。最壞適應(yīng)算法可用分區(qū)按大小遞減的次序排列，順序查找到第一個滿足要求的空白區(qū)時停止查找，從中劃分所要求的內(nèi)存長度分配給用戶，把剩余的部分合并后修改可用區(qū)中的相應(yīng)表項?；靖拍罘謪^(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理動態(tài)分區(qū)的分配算法【例】有一程序序列：程序A要求18KB,程序B要求25KB,程序C要求30KB，初始內(nèi)存分配情況如左圖所示（其中陰影為已分配區(qū)）。問首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法和最差適應(yīng)算法中哪種能滿足該程序序列的分配?對于(b)，能滿足三個程序的空閑區(qū)請求，對于(a)和(c)，能滿足程序A和B的空閑區(qū)請求，但程序C不能及時分配空閑區(qū)空閑分區(qū)表空閑分區(qū)表空閑分區(qū)表基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理動態(tài)分區(qū)的回收回收區(qū)與上、下兩個空閑分區(qū)相鄰把這三個區(qū)域合并成一個新的空閑分區(qū)，在空閑區(qū)表中刪除下空閑區(qū)表，將上空閑區(qū)表的長度設(shè)為三個分區(qū)長度之和若回收區(qū)只與上空閑區(qū)相鄰將這兩個相嶺區(qū)域合并成一個新空閑分區(qū)，新空閑分區(qū)起始地址為上空閑區(qū)起始地址，大小為回收區(qū)與上空閑區(qū)大小之和若回收區(qū)只與下空閑區(qū)相鄰將這兩個相嶺區(qū)域合并成一個新空閑分區(qū)，新空閑分區(qū)起始地址為下空閑區(qū)起始地址，大小為回收區(qū)與下空閑區(qū)大小之和回收區(qū)上、下都不與空閑分區(qū)相鄰回收區(qū)單獨作為一個空閑分區(qū)放入空閑分區(qū)表中，同時作為一個新空閑區(qū)節(jié)點，按不同的分配算法插入到空閑分區(qū)表中基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理頁式存儲的基本原理（1）劃分塊（實頁）:將物理內(nèi)存劃分成位置固定、大小相同的塊（實頁面）（2）劃分頁：將用戶邏輯地址空間也分成同樣大小的頁面，成為虛擬空間的虛頁面（3）建立頁表：建立頁表，每個作業(yè)一張，按虛頁號進行登記（4）地址變換：將虛頁面的邏輯地址轉(zhuǎn)化為實頁面的物理地址，在程序執(zhí)行時改變?yōu)槲锢淼刂罚瑢儆谧鳂I(yè)的動態(tài)重定位，一般由地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)（硬件）完成注：在分頁存儲管理中，程序中的一維邏輯地址被轉(zhuǎn)換為頁號和頁內(nèi)地址。例如，設(shè)某系統(tǒng)的1頁的大小為2K，即2048B，在程序中將地址為2500的一維地址轉(zhuǎn)換為二維邏輯地址的方法如下：2500÷2048=1…452地址2500經(jīng)轉(zhuǎn)換后，其頁號為1，頁內(nèi)地址為452。基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理頁式存儲的基本原理頁式存儲管理邏輯空間和物理空間示意圖基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理頁式存儲中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）存儲分塊表：整個系統(tǒng)一張，記錄整個內(nèi)存的使用情況。有位示圖、空白塊鏈等方法。（1）頁表：每個程序一張，其表項包括頁號、塊號、中斷位、改變位、淘汰位等基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理頁式存儲的地址轉(zhuǎn)換基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理頁面置換算法在頁表中登記進入的次序,淘汰時選擇最先進入的頁面先進先出算法首先淘汰到當前時間為止，被訪問次數(shù)最少的那一頁最不經(jīng)常使用頁面淘汰讓循環(huán)多的頁面駐留內(nèi)存，適合循環(huán)多的大程序，缺點是系統(tǒng)開銷大循環(huán)檢測法利用在頁表中設(shè)置一個訪問位即可實現(xiàn)最近沒有使用頁面淘汰選擇離當時時間最近的一段時間內(nèi)最久沒有使用過的頁面先淘汰最近最少使用頁面淘汰在無法確定哪些頁的訪問概率較低時，隨機選擇某個用戶的頁面進行淘汰隨機數(shù)淘汰頁面算法最優(yōu)淘汰算法基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理頁式管理的優(yōu)缺點02缺點采用硬件的動態(tài)變址機構(gòu)，成本大、降低了CPU速度各種管理表格占用了部分存儲空間塊內(nèi)還有零頭要求運行的作業(yè)必須全部裝入主存01優(yōu)點有效地解決了存儲空間的零頭垃圾問題易于實現(xiàn)代碼段的共享用戶可以連續(xù)編址基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理段式存儲的基本原理把程序按內(nèi)容或過程關(guān)系分成段，每段有自己的名字，段內(nèi)從0開始連續(xù)編址，系統(tǒng)以段為單位分配內(nèi)存，然后通過地址映射機構(gòu)把段式虛擬存儲地址轉(zhuǎn)化為內(nèi)存中的實際地址。注：在分段存儲管理中，程序中的地址包括段號和段內(nèi)地址。格式如下：段號：段內(nèi)地址在系統(tǒng)中為每個進程建立一張段映像表，簡稱為段表。每個段在表中占有一表項，在其中記錄了該段在內(nèi)存中的起始地址（又稱為基址）和段的長度?；靖拍罘謪^(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理段式存儲的內(nèi)存映射基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理段式存儲的地址轉(zhuǎn)換段式頁式（1）分段由用戶設(shè)計自己劃分，每段對應(yīng)的程序模塊，有完整的邏輯意義（2）段是信息的邏輯單位，便于段的共享（3）段長不等，可動態(tài)裝入，有利于新數(shù)據(jù)增加（4）邏輯空間是二維地址空間（5）一次可裝入整個段（1）分頁是由操作系統(tǒng)為內(nèi)存管理劃分劃分的，用戶看不見（2）頁是信息的物理單位，一般不能共享（3）頁面大小相同，位置不能動態(tài)增加（4）邏輯空間是一維地址空間（5）往往需要多次缺頁中斷才能把所需的信息完整地調(diào)入內(nèi)存基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理段式和頁式的比較基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理段頁式存儲的基本原理（1）采用二維地址空間，如段號、頁號和頁內(nèi)單元號；（2）系統(tǒng)建兩張表格每一作業(yè)一張段表，每一段建立一張頁表，段表指出該段的頁表在內(nèi)存中的位置；（3）地址變換機構(gòu)類似頁式機制，只是前面增加一項段號（4）每一段分成若干頁，再按頁式管理，頁間不要求連續(xù)；（5）用分段方法分配管理作業(yè)，用分頁方法分配管理內(nèi)存；（6）段頁式管理是段式管理和頁式管理結(jié)合而成，兼有段式和頁式基本概念分區(qū)管理頁式管理段式管理段頁式管理段頁式存儲的地址轉(zhuǎn)換資源管理技術(shù)BasicsofComputerSoftware答辯人：XXX

設(shè)備管理8.4目錄設(shè)備管理概述1程序程序方式2中斷處理方式3直接內(nèi)存存取DMA方式4通道技術(shù)5設(shè)備管理概述

程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)設(shè)備管理概述

程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)1.設(shè)備的分類又稱外存或輔存，用于永久保存信息。既是輸入設(shè)備又是輸出設(shè)備存儲設(shè)備通過虛擬技術(shù)(如SPOOLing技術(shù))，將一臺獨占設(shè)備改造成若干臺邏輯上共享的設(shè)備虛擬設(shè)備指在一段時間內(nèi)只允許一個用戶(進程)訪問的設(shè)備獨占設(shè)備指數(shù)據(jù)按二進制位一位一位地順序傳送的設(shè)備，串口串行設(shè)備在一段時間內(nèi)允許多個用戶同時訪問的設(shè)備。但這里的共享是宏觀上的共享設(shè)備指8位數(shù)據(jù)同時通過并行線進行傳送的設(shè)備，相應(yīng)的接口稱作并行接口或并口并行設(shè)備I/O設(shè)備設(shè)備管理概述

程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)2.設(shè)備管理的任務(wù)完成用戶的I/O請求按照一定的規(guī)則啟動設(shè)備，完成實際的輸入、輸出操作改善I/0設(shè)備的利用率優(yōu)化設(shè)備的調(diào)度，提高設(shè)備的利用率管理好I/O設(shè)備根據(jù)各種設(shè)備的特點確定分配和回收策略方便用戶要向用戶提供一組有關(guān)設(shè)備操作的統(tǒng)一的、友好的使用界面，方便進行系統(tǒng)調(diào)用設(shè)備管理概述

程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)3.設(shè)備管理的功能系統(tǒng)將設(shè)備分配給進程（或作業(yè)），使用完畢時系統(tǒng)將其及時收問，以備重新分配設(shè)備分配每個設(shè)備都響應(yīng)帶有參數(shù)的特定的I/O指令設(shè)備控制為了能對設(shè)備實施分配和控制,系統(tǒng)要在任何時間內(nèi)都能快速地跟蹤設(shè)備狀態(tài)狀態(tài)跟蹤按一定策略，以確定哪個請求者將獲得一臺設(shè)備、使用多長時間以及何時存取設(shè)備設(shè)備存取包括對緩沖區(qū)的管理，以提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行操作，減少中斷；為改善系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴展性，應(yīng)使用戶程序與實際使用的I/O物理設(shè)備無關(guān)等其它功能設(shè)備管理概述

程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)4.

CPU與設(shè)備的通信方式短中斷處理方式通道方式程序查詢方式DMA方式設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)程序查詢方式原理通過設(shè)置一個測試I/O設(shè)備“忙/閑”狀態(tài)標志的觸發(fā)器。若它置“閑”，則執(zhí)行I/O操作，若它置“忙”，則CPU不斷對它進行監(jiān)測，直至設(shè)備“閑”下來為止。在早期計算機系統(tǒng)中主要采用這種方式。設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式

DMA方式通道技術(shù)1.中斷相關(guān)概念（1）中斷：計算機運行過程中，出現(xiàn)某些意外情況需主機干預時，機器能自動停止正在運行的程序并轉(zhuǎn)入處理新情況的程序，處理完畢后又返回原被暫停的程序繼續(xù)運行的過程（2）中斷源：引起中斷的事件稱為中斷源。（3）中斷請求：中斷源向主機提出的進行處理的請求稱為中斷請求。（4）斷點：發(fā)生中斷時，在主機上正在運行的程序暫時停止，程序的暫停點稱為斷點。（5）中斷裝置：發(fā)現(xiàn)中斷、響應(yīng)中斷的硬件稱為中斷裝置。（6）中斷響應(yīng)：主機暫停執(zhí)行原來的程序，轉(zhuǎn)去處理中斷，這樣的過程稱為中斷響應(yīng)。（7）中斷處理程序：對已經(jīng)得到響應(yīng)的中斷請求進行處理的程序稱為中斷處理程序，它是操作系統(tǒng)中與硬件最接近的一部分，是操作系統(tǒng)和硬件的界面。設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式

DMA方式通道技術(shù)2.

CPU處理中斷的過程1査找、識別中斷源2保護斷點現(xiàn)場3執(zhí)行中斷處理子程序4恢復現(xiàn)場和退出中斷設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式

DMA方式通道技術(shù)3.中斷方式的優(yōu)缺點02缺點I/O操作還依賴于CPU，如果I/O處理頻繁，CPU也將很忙。特別是對字符設(shè)備，傳送一個字符，就要響應(yīng)一次中斷處理；若字符I/O設(shè)備很多、傳輸量很大時，CPU可能完全陷入I/O處理中而不能自拔01優(yōu)點CPU和I/O設(shè)備可并行工作，速度快，提高了資源的利用率設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)1.DMA方式的基本概念在DMA方式中，外部設(shè)備在DMA控制器支持下繞過CPU直接與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，每次交換可以傳送一個數(shù)據(jù)塊，在每個數(shù)據(jù)塊的傳送期間無須CPU的干預。1內(nèi)存與設(shè)備之間以數(shù)據(jù)塊為單位進行數(shù)據(jù)傳輸，即每次至少傳輸一個數(shù)據(jù)塊2DMA控制器獲得總線控制權(quán)直接與內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交換，CPU不介入數(shù)據(jù)傳輸事宜3CPU僅在數(shù)據(jù)塊傳送的開始和結(jié)束時進行干預，而數(shù)據(jù)塊的傳輸和I/O管理均由DMA控制器負責DMA控制方式具有以下三方面特點設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)2.DMA方式的處理過程STEP01STEP03STEP02STEP04響應(yīng)階段傳送結(jié)束階段申請階段數(shù)據(jù)傳送階段在設(shè)備與內(nèi)存之間進行數(shù)據(jù)傳輸，并修改內(nèi)存地址寄存器和數(shù)據(jù)計數(shù)器的值設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)3.DMA方式的優(yōu)缺點02缺點DMA方式只能完成簡單的數(shù)據(jù)傳輸，不能滿足更復雜的I/O操作要求01優(yōu)點I/O操作處理速度快設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)1.通道的概念02通道的作用通道就可以獨立地完成輸入、輸岀的任務(wù)，而主機就不再干預，實現(xiàn)了主機和通道的并行操作01通道定義通道指專門用來控制輸入、輸出設(shè)備的處理器，又被稱為輸入/輸出（I/O）處理器。它是獨立于CPU的專門負責數(shù)據(jù)輸入、輸出傳輸工作的處理機設(shè)備管理概述程序查詢方式中斷處理方式DMA方式通道技術(shù)2.通道的硬件連接結(jié)構(gòu)單一通道I/O系統(tǒng)從主機的內(nèi)存到各設(shè)備之間，只有唯一的一個通路多重通道I/O系統(tǒng)允許每臺設(shè)備連有多條通道，稱為多重通道交叉連接I/O系統(tǒng)一個通道可以同時連接多個控制器，一個控制器又可以連接多個設(shè)備，連接的方式有多種資源管理技術(shù)BasicsofComputerSoftware答辯人：XXX

文件管理8.5目錄文件系統(tǒng)概述1文件結(jié)構(gòu)及存取方式2文件目錄3文件存儲空間管理4文件共享和安全5文件系統(tǒng)概述

文件結(jié)構(gòu)文件目錄文件空間管理共享和安全文件系統(tǒng)概述

文件結(jié)構(gòu)文件目錄文件空間管理共享和安全1.文件系統(tǒng)的概念系統(tǒng)文件庫文件用戶文件只讀文件可讀寫文件可執(zhí)行文件文件是存貯在某種介質(zhì)上的、