?2021年10月自考02323操作系統(tǒng)概論復(fù)習(xí)資料三

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2021年10月自考02323操作系統(tǒng)概論復(fù)習(xí)資料三

一、重定位( 領(lǐng)會(huì) )

1、區(qū)分邏輯地址與絕對地址。

絕對地址 ：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)就是主存儲(chǔ)器的 物理地址 .

比如我們現(xiàn)在用的128MB內(nèi)存條中就有128×1024×1024=134217728 字節(jié)，所以它的內(nèi)存絕對地址就是從0到134217727.

注意啦，莊園的大地主就是這么給自己的地做上標(biāo)記的。

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 .

種田人不管地主莊園有多少塊地，標(biāo)了什么號(hào)，只要記住自己需要多少地，給自己種的地打上標(biāo)記就是了。地主想，只要你們能干活，不需要知道了我的底細(xì)了吧(家財(cái)不可外揚(yáng)哦)。

2 、重定位(地址轉(zhuǎn)換的方式)

為了保證作業(yè)的正確執(zhí)行，必須根據(jù)分配給作業(yè)的主存區(qū)域?qū)ψ鳂I(yè)中指令和數(shù)據(jù)的存放進(jìn)行重定位，這種 把邏輯地址轉(zhuǎn)換成絕對地址 的工作稱為“重定位 ”或“地址轉(zhuǎn)換”。重定位的方式有“靜態(tài)重定位 ”和“動(dòng)態(tài)重定位 ”兩種。

莊園主道：靜態(tài)重定位比較簡單，想當(dāng)初張三來這兒， 說要租一百塊地，青菜種在第1塊地，蘿卜種2塊地里，土豆得重在第3塊地里……然后得在第28塊地里養(yǎng)鴨，完了要把28塊地里的鴨糞拉到第49塊地的魚塘里喂魚…… 我就說，行啦行啦，你進(jìn)去，莊園的左邊101到200號(hào)那100塊地就分給你吧，以后你要找哪塊地養(yǎng)鴨養(yǎng)魚的，就得按我給你編的號(hào)來找。每個(gè)地址都已經(jīng)加上100了，不會(huì)找錯(cuò)吧。別說我沒講清楚哦。

至于動(dòng)態(tài)重定位，莊主笑道：這個(gè)我也能做到，這么實(shí)現(xiàn)的：李四來租地時(shí)，我也不問他，直接把他帶到空閑的一片地方。派人記著這那片地的第一個(gè)地址。比如說是100號(hào)吧。李四這個(gè)笨小子干著干著會(huì)叫起來說：“老板，現(xiàn)在我要到32號(hào)地里抓魚!”旁邊人一聽，馬上告訴他“哎呀，你現(xiàn)在已經(jīng)分了地啦，起始地塊是100號(hào)，那你就得到132號(hào)地去才對!”就這樣，李四每一次要找地方時(shí)，都叫別人給他重新算一下。這樣他才不會(huì)找錯(cuò)位置。這樣也有一個(gè)好處，就是如果有人出價(jià)更好，我可以讓他搬到別處去干活，反正都是叫別人給他重新算位置，所以他就不用記住搬地方后的物理地址啦。

(1)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)換成絕對地址。這種轉(zhuǎn)換工作是在 作業(yè)開始前集中完成 的，在作業(yè)執(zhí)行過程中無需再進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。所以稱為“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)行過程中，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，所以稱為動(dòng)態(tài)重定位。

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。

二、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理( 領(lǐng)會(huì) )

分區(qū)存儲(chǔ)管理是把存儲(chǔ)器中的用戶區(qū)作為一個(gè)連續(xù)區(qū)或分成若干連續(xù)區(qū)進(jìn)行管理。早先使用一個(gè)分區(qū)的存儲(chǔ)管理，后發(fā)展成多分區(qū)的存儲(chǔ)管理。多個(gè)分區(qū)的管理可采用固定分區(qū)方式和可變分區(qū)方式。

1、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理的原理

固定分區(qū) 的意思就是指主存空間劃分成若干連續(xù)區(qū)后，這些分區(qū)的 大小和個(gè)數(shù) 就 固定 不變。

固定分區(qū)管理利用一張“ 主存分配表 ”說明各分區(qū)的情況。裝入和結(jié)束作業(yè)均通過這個(gè)分區(qū)表來記錄分區(qū)使用的變化情況。

2、如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)

固定分區(qū)管理 可采用 靜態(tài)重定位 的方式裝入作業(yè)。裝入程序把作業(yè)中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為絕對地址。并檢查絕對地址是否在指定(裝入)的分區(qū)內(nèi)，如果是，就裝入這個(gè)作業(yè)。否則就不能裝入。如果裝入主存分區(qū)的作業(yè)占用處理器時(shí)(注意，是運(yùn)行時(shí))，進(jìn)程調(diào)度程序(不是裝入程序了)必須把作業(yè)所在分區(qū)的上下限地址存入“下限寄存器”和“上限寄存器”中，這樣可以在指令執(zhí)行中判斷其所用到的絕對地址是否越界，達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù)的目的。

3、怎樣 提高主存空間的利用率 這里有幾種辦法：

(1)分區(qū)按大小順序排列，這樣可以使作業(yè)總是先使用滿足要求的最小分區(qū)。

(2)根據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)的作業(yè)大小和頻率劃分分區(qū)。

(3)按作業(yè)的對主存空間的需求量排成多個(gè)隊(duì)列，規(guī)定隊(duì)列與分區(qū)的對應(yīng)關(guān)系。也就是說多大的作業(yè)只能放在多大的分區(qū)里，就算有更大的分區(qū)空著，也不許他進(jìn)入。

三、可變分區(qū)的管理( 領(lǐng)會(huì) )

可變就是指分區(qū)的 大小和位置不是固定 的，而是根據(jù)作業(yè)要求的主存量來分配分區(qū)的大小。

1、主存的分配和去配(回收)

在系統(tǒng)初始化時(shí)，主存除了操作系統(tǒng)所占部分外，整個(gè)用戶區(qū)是一個(gè)大的空閑區(qū)，可以按作業(yè)需要的空間大小順序分配空閑區(qū)直到不夠時(shí)為止。

當(dāng)作業(yè)結(jié)束時(shí)，它的占用分區(qū)被收回。這個(gè)空閑區(qū)又可以根據(jù)新作業(yè)的大小重新用于分配，所以主存中的已占分區(qū)和空閑區(qū)的數(shù)目和大小都是在變化的。可以用兩張表“已分配區(qū)表”和“空閑區(qū)表”來記錄和管理。

2、常用的分配算法

最先適應(yīng)分配算法 ：簡單地說，就是在分區(qū)表中順序查找，找到夠大的空閑區(qū)就分配。但是這樣的分配算法可能形成許多不連續(xù)的空閑區(qū)，造成許多“碎片”，使主存空間利用率降低。

最優(yōu)適應(yīng)分配算法 ：這種算法總是挑選一個(gè)能滿足作業(yè)要求的最小空閑區(qū)。但是這種算法可能形成一些極小的空閑區(qū)，以致無法使用，這也會(huì)影響主存利用率。

最壞適應(yīng)分配算法 ：這種算法和上面的正好相反，它總是挑一個(gè)最大的空閑區(qū)分給作業(yè)使用，使剩下的空間不至于太小。

3、地址轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)保護(hù)

采用 可變分區(qū)方式管理 時(shí)，一般均采用 動(dòng)態(tài)重定位 方式裝入作業(yè)。也就是每讀一條指令，都要變換一次地址。變換要靠硬件支持，主要是 兩個(gè)寄存器 ： 基址 寄存器和 限長 寄存器，限長寄存器存放作業(yè)所占分區(qū)的長度，基址寄存器則存放作業(yè)所占分區(qū)的起始地址，這兩個(gè)值確定了一個(gè)分區(qū)的位置和大小。

轉(zhuǎn)換時(shí)根據(jù)邏輯地址與限長值比較，如果不有超過這個(gè)值，表示訪問地址合法，再加上基址寄存器中的值就得到了絕對地址了，否則形成“地址越界”中斷。達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù)的目的。

對于共享程序，則硬件提供兩組限長寄存器和基址寄存器。訪問時(shí)對訪問區(qū)享區(qū)和作業(yè)區(qū)的地址分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4、移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

移動(dòng)技術(shù) 要“移動(dòng)”的東東就是主存空間中的作業(yè)。把某個(gè)作業(yè)移到另一處主存空間去(在磁盤整理中我們應(yīng)用的也是類似的移動(dòng)技術(shù))，這樣的最大好處就是可以合并一些空閑區(qū)。

但是移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用也要注意以下問題。

移動(dòng)會(huì)增加系統(tǒng)開銷。所以要盡量減少移動(dòng)。

移動(dòng)是有條件的，如果作業(yè)在執(zhí)行過程中正等待與外圍設(shè)備傳輸信息，就不能移動(dòng)。因此在移動(dòng)時(shí)首先要判定該作業(yè)是否與外設(shè)交換信息。

四、頁式存儲(chǔ)管理( 領(lǐng)會(huì) )

1、如何分頁和分塊

頁式存儲(chǔ)管理中有兩個(gè)名詞：“ 頁 ”和“ 塊 ”，其中的“塊”是針對硬件來說的，就是把存儲(chǔ)器分成若干相等大小的區(qū)，每個(gè)區(qū)就稱為一個(gè)塊。對應(yīng)的，在程序中，邏輯地址進(jìn)行“分頁”，其大小和每個(gè)塊相一致。

事實(shí)上，頁面的大小是由塊的大小自然決定的。對于程序來說，其邏輯地址還是和原來一樣采用連續(xù)的地址。只是 按照塊的位數(shù)取其前面數(shù)位做為頁號(hào) .

分配空間時(shí)，根據(jù)作業(yè)長度可以確定它的頁面數(shù)，根據(jù)這個(gè)頁面數(shù)在主存中分配相應(yīng)的塊數(shù)，只要是空閑塊就可以放入，即使不是相鄰的。并把分配情況記在“頁表”中，根據(jù)頁表可以找到相對應(yīng)的頁號(hào)與塊號(hào)，就得出絕對地址了。

2、采用頁式管理，使主存空間充分利用，頁不必為了得到連續(xù)空間而進(jìn)行移動(dòng)。 可以提高系統(tǒng)效率。

3、頁表的構(gòu)造與作用

每個(gè)被裝入主存的作業(yè)都有一張 頁表 ，指出該作業(yè)邏輯地址中的頁號(hào)與所占用的主存塊號(hào)之間的對應(yīng)關(guān)系。頁表的長度由作頁擁有的頁面數(shù)決定，行號(hào)對應(yīng)為頁號(hào)，行中記錄的是主存中的塊號(hào)。

頁表是硬件進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換的依據(jù)，每執(zhí)行一條指令時(shí)按邏輯地址中的頁號(hào)查找頁表并轉(zhuǎn)換成絕對地址。

在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，進(jìn)入主存的每個(gè)作業(yè)都有一張頁表，由一個(gè)硬件“頁表控制寄存器”來記錄每個(gè)作業(yè)的頁表所在位置和長度以便作業(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)同時(shí)轉(zhuǎn)換頁表。

4、快表的構(gòu)造與作用

快表 就是頁表的一部分克隆，每行中有頁號(hào)及其對應(yīng)的塊號(hào)，整個(gè)快表存放在一個(gè)小容量的高速緩存中，訪問時(shí)快表和內(nèi)存同時(shí)進(jìn)行查找，因?yàn)榭毂硭俣群芸欤Ｓ玫捻摱嫉怯浽诳毂碇?，因此可以大大加快?zhí)行速度。

5、采用頁式管理的地址轉(zhuǎn)換過程

(為什么不直接用塊分配表來記錄而要用位示圖呢，因?yàn)橹鞔鎵K很多，這樣可以節(jié)省空間，提高效率。位示圖就是用一個(gè)位(0或1)來表示一個(gè)塊的使用狀態(tài)，一個(gè)字32位，可以表示32塊。按順序排列，只需一小段內(nèi)存就可以記錄主存中大量的塊狀態(tài))

6、利用位示圖實(shí)現(xiàn)頁式存儲(chǔ)空間的分配和回收

頁式存儲(chǔ)管理把主存空間分成大小固定的許多塊，在裝業(yè)作業(yè)時(shí)，如何知道主存中哪些塊已使用，哪些還未用，可以用位示圖來表示。

塊號(hào)=字號(hào)×字長+位號(hào)

字號(hào)=[i/字長](即塊號(hào)i除以字長取整)

位號(hào)=i mod 字長(即塊號(hào)i除以字長取余)。

五、段式存儲(chǔ)管理( 領(lǐng)會(huì) )

1、段式存儲(chǔ)中段的劃分

段式管理 是根據(jù)人們對 程序 中需要 分段編制 的要求出發(fā)而提供的。它提供給用戶編程時(shí)使用的邏輯地址由“段號(hào)”和“段內(nèi)地址”兩部分組成，其形式和頁式管理相同。但是實(shí)際上是不同的：

頁式存儲(chǔ)管理提供連續(xù)邏輯地址由系統(tǒng)自動(dòng)分頁，段式存儲(chǔ)管理中的作業(yè)分段是由用戶決定的，每段獨(dú)立編程，因此段間的邏輯地址是不連續(xù)的。

2、段式存儲(chǔ)空間的分配

這種分配方法和可變分區(qū)管理方式的分配方法相同，所不同的是：

可變分區(qū)管理方式中是為每個(gè)作業(yè)分一個(gè)區(qū)，而段式管理是為一個(gè)作業(yè)中的每個(gè)段分一個(gè)連續(xù)的空間。(段式管理更細(xì))。

3、段表的構(gòu)造與作用

段表 由 段號(hào) 、 本段限長 和 起始地址 三部分組成，由于每一行記錄的行號(hào)可以對應(yīng)程序的段號(hào)，因此段號(hào)實(shí)際上被省略，不占存儲(chǔ)空間。

與其他管理方式一樣，段表記錄的信息用于地址轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)保護(hù)。段表的表目起到了基址/限長寄存器的作用。

4、段式存儲(chǔ)管理的地址轉(zhuǎn)換

這個(gè)轉(zhuǎn)換過程如同可變分區(qū)方式的地址轉(zhuǎn)換，但是由段表的表目替代了基址/限長寄存器。

絕對地址=根據(jù)段號(hào)找到段表中的起始地址+段內(nèi)地址 (如果段內(nèi)地址超過限長則產(chǎn)生“地址越界”程序性中斷事件達(dá)到存儲(chǔ)保護(hù))

多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)入主存的作業(yè)都建立了段表，因此還有一個(gè)硬件“段表控制寄存器”來記錄每個(gè)作業(yè)的段表在主存中的位置和長度。

六、虛擬存儲(chǔ)器( 領(lǐng)會(huì) )

1、什么是虛擬存儲(chǔ)器

虛擬存儲(chǔ)器 是為“擴(kuò)大”主存容量而采用的一種設(shè)計(jì)技巧，它利用作業(yè)在只裝入部分信息時(shí)就可以執(zhí)行的特性和程序執(zhí)行中表現(xiàn)出來的局部性特性，借助于大容量的輔助存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)小主存空間容納大邏輯地址空間的作業(yè)。

虛擬存儲(chǔ)器的容量 由計(jì)算機(jī)的 地址結(jié)構(gòu)(總線位數(shù)) 決定。

2、虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)原理

它的工作原理如下：首先把作業(yè)信息保留在磁盤上，當(dāng)作業(yè)請求裝入時(shí)，只將其中一部分先裝入主存，作業(yè)執(zhí)行中若要訪問的信息不在主存中，則再設(shè)法將這些信息裝入主存。

3、分頁式虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)

頁式虛擬存儲(chǔ)管理 是在 頁式存儲(chǔ)管理 的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。首先把作業(yè)信息作為副本存放在磁盤上，作業(yè)執(zhí)行時(shí)，把作業(yè)信息的部分頁面裝入主存儲(chǔ)器，作業(yè)執(zhí)行時(shí)若所訪問的頁面已經(jīng)在主存中，則進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，得到絕對地址，否則產(chǎn)生“缺頁中斷”由操作系統(tǒng)把當(dāng)前所需的頁面裝入主存。

4、常用的頁面調(diào)度算法：FIFO、LRU、LFU

當(dāng)主頁中無空閑塊時(shí)，為了裝入一個(gè)頁面，就必須按某種算法將主存中某個(gè)頁調(diào)出，調(diào)入所需裝入的頁面。這就是頁面調(diào)度。常用的算法有：先進(jìn)先出調(diào)度算法( FIFO )、最近最少使用調(diào)度算法( LRU )和最近最不常用調(diào)度算法( LFU )。

特別要注意掌握的就是 LRU的算法 ，如何進(jìn)行調(diào)度。

5、段式虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)

段式虛擬存儲(chǔ)管理 以 段式存儲(chǔ)管理 為基礎(chǔ)，在磁盤上保留作業(yè)的各個(gè)分段信息，作業(yè)執(zhí)行時(shí)把需要執(zhí)行的一段或幾段裝入主存。在實(shí)際使用中，也要進(jìn)行查表和地址轉(zhuǎn)換以及“缺段中斷” 和調(diào)度(包括調(diào)出、裝入、移動(dòng)等)工作。

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