一、程序的装入和链接
修正――>编译――>链接――>装入――>工作
程序的装入
1.必定装入方法(适用于单道环境下)
编译后，装入前已发生了必定地址(内存地址)，不可改
2.可重定位装入方法(适用于多道环境下)
静态重定位：装入时结束。
3.动态工作时装入方法
在装入后不能移动，该情况一般在实行时才结束相对-必定地址的转换且有硬件的支撑，能保证进程的可移动性。
程序的链接
1.静态链接(程序工作之前把n个模块链接成一个完好模块，今后不可拆分)
2.装入时动态链接(装入内存时，边装入边链接)
3.工作时动态链接(什么时候工作，什么时候链接)
二、连续分配方法
连续分配方法，是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间。
单一连续分配
用于单用户、单任务的操作系统中，可把内存分为系统区和用户区两部分，系统区提供给操作系统运用，一般放在内存的地址部分，用户区是指除系统区以外的悉数内存空间，提供给用户运用，用户区不能抢占系统区。
固定分区别配
1.区别分区的方法
(1)分区大小相等：适合于作业大小相同的，其缺点是小程序浪费，大程序无法工作。
(2)分区大小不相等：运用率高
2.特色：简略，有碎片(内零头)。
动态分区别配
1.分区别配中的数据结构
(1)空闲分区表
(2)空闲分区链
2.分区别配算法
(1)初度习气算法FF
分区按低址-高址链接，找到第一个大小满足的分区区别，有外零头，低址内存运用一再。
(2)循环初度习气算法
从前次找到的空闲分区的下一个初步查找，空闲分区别布均匀，前进了查找速度，缺少大的空闲分区。
(3)最佳习气算法
分区按大小递加排序，分区开释时需刺进到恰当方位。
可重定位分区别配
1.动态重定位的引入
紧凑：通过作业移动将本来松散的小分区拼接成一个大分区。(撤销外零头)
作业的移动需重定位，是动态(因作业现已装入)
2.动态重定位的结束(重定位寄存器)
对换
1.对换的定义
所谓对换，是指把内存中暂时不能工作的进程或许暂时不用的程序和数据，调出到外存上，以便腾出满足的内存空间，再把已具有工作条件的进程或进程所需求的程序和数据，调入内存。
2.对换空间的处理
在具有对换功用的OS中，一般把外存分为文件区和对换区。
3.进程的换入和换出
三、底子分页存储处理方法
页面与页表
1.页面
(1)页面和物理块
分页存储处理，是将一个进程的逻辑地址空间分红若干个大小相等的片，称为页面或页，并为各页加以编号，从0初步，如第0页，第1页等，相应地，也把内存空间分红与页面相同大小的若干个存储块，称为(物理)块或页框。
(2)页面大小
页太大：页内碎片大;页太小：页表可能会很长，下降页面换进换出的功率。
2.地址结构
以32位地址为例，分页地址中的地址结构如下：
它含有两部分：前一部分为页号P,后一部分为位移量W(页内地址)。图中的地址长度为32位，其间0～11位为页内地址，即每页的大小为4KB;12~31位页号，地址空间最多答应有1M页。
若给定一个逻辑地址空间中的地址为A，页面的大小为L,则页号P和页内地址d可按下式求得：P=INT[A/L];d=[A] MOD L 其间INT是整除函数，MOD是取余函数。例如，其系统的页面大小为1KB，设A=2170B，则由上式能够求得P=2,d=122。
3.页表
页表的作用是结束从页号到物理块号的地址映射。
地址转换组织
地址转换组织的任务，实际上只是将逻辑地址中的页号，转换为内存中的物理块号，其借助于页表来结束。
1.底子的地址转换组织
2.具有快表的地址转换组织
由于页表是存放在内存中的，这使CPU在每存取一个数据时，都要两次访问内存。为了前进地址转换速度，可在地址转换组织中，增设一个具有并行查寻才干的特别高速缓存寄存器，又称为“联想寄存器”或“快表”。
四、底子分段存储处理方法
假设说，推进存储处理方法从固定分区到动态分区别配，进而又展开到分页存储处理方法的首要动力，是前进内存运用率，那么引入分段存储处理方法的目的，则首要是为了满足用户(程序员)的需求。
分段存储处理方法的引入
引入分段存储处理方法，首要是为了满足用户和程序员的下述一系列需求：
便当编程，信息同享，信息保护，动态增加，动态链接。
分段系统的底子原理
1.分段
2.段表
在动态分区别配方法中，系统为整个进程分配一个连续的内存空间，而在分段式存储处理系统中，则是为每个分段分配一个连续的分区，而进程中的各个段能够离散地移入内存中不同的分区中。
3.地址转换组织
4.分段和分页的首要差异
(1)页是信息的物理单位，分页是为了结束离散的分配方法，以消减内存的外零头，前进内存的运用率。或许说，分页只是是由于系统处理的需求，而不是用户的需求。段是信息的逻辑单位，它包括一组意义相对完好的信息。分段的目的是为了能更好地满足用户的需求。
(2)页的大小固定且由系统判定，把逻辑地址区别为页号和页内地址两部分，是由机器硬件结束的，因而一个系统只能有一种大小的页面。段的长度却不固定，决议于用户所编写的程序，一般由编译程序在对源程序进行编译时，根据信息的性质来区别。
(3)分页的作业地址空间是一维的，分段的作业地址空间是二维的。
5.分段系统的杰出长处：易于结束段的同享。
段页式存储处理方法(先分段后分页，段内分页)
分页系统能有用地前进内存运用率，而分段系统则能很好地满足用户需求。
五、虚拟存储器的底子概念
虚拟存储器的引入
1.常规存储器处理方法的特征
(1)一次性
(2)驻留性
2.部分性原理
局限性又体现在下述两个方面：
(1)时间局限性
(2)空间局限性
3.虚拟存储器的定义
所谓虚拟存储器，是指具有央求调入功用和置换功用，能从逻辑上对内存容量加以扩展的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决议，其工作速度接近于内存速度，而每位的本钱却又接近于外存。
虚拟存储器的结束方法
1.分页央求系统
(1)硬件支撑
首要的硬件支撑有：央求分页的页表机制;缺页间断组织。地址转换组织。
(2)结束央求分页的软件
2.央求分段系统
(1)央求分段的段表机制
(2)缺段间断组织
(3)地址转换组织
虚拟存储器的特征
1.多次性
2.对换性
3.虚拟性
别的离散性也是虚拟存储器特征。
六、央求分页存储处理方法
央求分页中的页表硬件支撑
1.页表机制
页号 |
物理块号 |
情况位P |
访问字段A |
修正位M |
外存地址 |
2.缺页间断组织
4.6.2内存分配战略和分配算法
1.最小物理块数的判定
最小物理块数，是指能保证进程正常工作所需的最小物理块数。
2.物理块的分配战略
在央求分页系统中，可采用两种内存分配战略，即固定和可变分配战略。在进行置换时，也可采用两种战略，即全局置换和部分置换。
(1)固定分配部分置换
为每个进程分配必定数目的物理块，在整个工作期间都不再改动。缺点：难以判定固定分配的页数，(少：置换率高，多：浪费)
(2)可变分配全局置换：先为系统中的每个进程分配必定数目的物理块，而OS自身也坚持一个空闲物理块队伍。当某进程发现缺页时，由系统从空闲物理块队伍中，取出一个物理块分配给该进程，并将欲调入的缺页装入其间，这样，凡发生缺页(间断)的进程，都将获得新的物理块。
(3)可变分配部分置换
七、页面置换算法
最佳置换算法和先进先出置换算法
假定系统为某进程分配了三个物理块，并考虑有以下的页面号引证串：7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1。
1.最佳置换算法
2.先进先出页面置换算法
最近最久未运用(LRU)置换算法
Clock置换算法
第五部分 设备处理
一、I/O系统
在I/O系统中，除了需求直接用于I/O和存储信息的设备外，还需求有相应的设备控制器和高速总线，在有的大、中型计算机系统中，还配备了I/O通道或I/O处理机。
二、I/O设备
1.I/O设备的类型
1)按传输速率分类
(1) 低速设备：键盘、鼠标，几个字节-几百字节/秒
(2) 中速设备：打印机，几个~几百字节/秒
(3) 高速设备：磁带机、磁盘机、光盘机，几十万~几兆/秒
2)按信息交流的单位分类
(1) 块设备：数据的存取以数据块为单位，如磁盘、DMA可寻址。
(2) 字符设备：传输速率低、不可寻址、I/O时，选用间断驱动方法。
3) 按设备的同享特色分类
(1) 独占设备。
(2) 同享设备：磁盘
(3) 虚拟设备。
2.设备与控制器之间的接口
(4) 1)设备与设备控制器接口中的三类信号：
(5) (1)数据信号。控制器→设备;或设备→控制器。(双向)
(6) (2)控制信号。控制器→设备;用于规矩设备实行读或写操作的信号，
(7) (3)情况信号。是指示设备其时情况的信号。
设备控制器
设备控制器的首要责任是控制一个或多个I/O设备，以结束I/O设备和计算机之间的数据交流。它是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的指令，并去控制I/O设备作业，已使处理机从冗繁的设备控制事务中摆脱出来。
1.设备控制器的底子功用
(1)承受和辨认指令
(2)数据交流
(3)标识和陈说设备的情况
(4)地址辨认
(5)数据缓冲
(6)过失控制
2.设备控制器的组成
(1)设备控制器与处理机的接口：数据线、控制线、地址线、
(2)设备控制器与设备的接口。
(3)I/O逻辑。
I/O通道
1.I/O通道设备的引入
I/O通道是一种特别的处理机，与CPU同享内存。
2.通道类型
(1)字节多路通道
(2)数组选择通道
(3)数组多路通道
3.瓶颈问题
处理瓶颈问题最有用的方法是增加设备到主机间的通路而不增加通道。
三、I/O控制方法
I/O控制展开：(展开宗旨：减少主机对I/O控制的干与，更多地去结束数据处理任务)
程序I/O方法;
↓
间断驱动方法;
↓
DMA控制器，使传输以字节为单位变成以数据块为单位。
↓
通道。使I/O的组织和数据的传送，都能独立进行，无需CPU干与。
程序I/O方法(忙-等候方法)
CPU需花价值不断查寻I/O情况，CPU总在查询，CPU资源浪费极大，功率低。
间断驱动I/O控制方法
CPU只处理I/O间断，不等候I/O。
直接存储器访问DMA I/O控制方法
1.DMA控制方法的引入
(1)本传输单位是数据块。
(2)的数据是从设备直接送入内存的。
(3)送一个或多个数据块的初步和效果时，才需CPU干与。
2.DMA控制器的组成
(1)主机与DMA控制器的接口
(2)DMA控制器与块设备的接口
(3)I/O控制逻辑
I/O通道控制方法
四、设备分配
有专门的设备分配程序对设备进行分配。
设备分配中的数据结构
1.设备控制表DCT(Device Control Table)
2.控制器控制表COCT、通道控制表CHCT和系统设备表SDT
设备分配时应考虑的要素
1.设备的固有特色
(1)独占设备
(2)同享设备
(3)虚拟设备
2.设备分配算法
(1)先来先效力FCFS
(2)优先级高者优先
设备独立性
设备独立性，即设备无关性，指应用程序独立于具体运用的物理设备。
SPOOLing技术
1.定义
这种在联机情况下结束的同时外围操作称为spooling(Simultaneous Perihernal Operations On-Line)，或称为假脱机技术。
2.SPOOLing系统的组成
SPOOLing技术是对脱机输入、输出系统的仿照，一般选用磁盘存储技术。
1)输入井和输出井：输入井是仿照脱机输入时的磁盘设备，用于暂存I/O设备输入的数据;输出井是仿照脱机输出时的磁盘，用于暂存用户程序的输出数据。
2)输入缓冲区和输出缓冲区：其目的是为了陡峭CPU和磁盘之间速度不匹配的对立。
(1) spi(输入设备→输入缓冲区→输入井)→内存。
(2) spo(内存→输出井→输出缓冲区)→输出。
3)输入进程spi和输出进程spo。
3.同享打印机
当用户进程央求打印输出时，SPOOLing系统同意为它打印输出，但并不真实立即把打印机分配给该用户进程，而只为它做两件事：
1)由输出进程在输出井中为之央求一空闲磁盘块区，并行将打印的数据送入其间。
2)输出进程再为用户进程央求一张空白的用户央求打印表，并将用户的打印要求填入其间，再将该表挂到央求打印队伍上。假设还有进程要求打印输出，系统仍可接收该央求，也相同为该进程做上述两件事。
当打印机空闲时，输出进程结束以下动作。
(1) 从央求打印队伍队首取一张央求打印表。
(2) 将打印数据从输出井送到打印机缓冲区(输出缓冲区)。
(3) 打印。
(4) 打印完?N→转第1步，取下一个打印央求表。
↓Y
完毕作业
4.SPOOLing系统的特色
(1)前进I/O速度。
(2)将独占设备改造为同享设备。
(3)结束了虚拟设备功用。
五、设备处理
设备处理程序一般又称为设备驱动程序，它是I/O进程与设备控制器之间的通讯程序，又由于它常以进程的方式存在，故今后就简称为设备驱动进程。其首要任务是接收上层软件发来的抽象要求，再把它转换为具体要求后，发送给设备控制器，发起设备去实行;此外，它也将由设备控制器发来的信号传送给上层软件。
六、磁盘存储器处理
磁盘功用简述
1.数据的组织和格局
磁盘设备可包括一或多个盘片，每片分双面，每面可分红若干条磁道，各磁道之间留有必要的空隙。
磁道——扇区——字节
2.磁盘的类型
(1)固定头磁盘
(2)移动头磁盘
3.磁盘访问时间
对磁盘的访问时间，包括以下三部分：
1、 寻道时间Ts
是把磁臂从其时方位移动到指定磁道上所履历的时间。该时间是发起磁盘的时间S与磁头移动n条磁道所花费的时间之和。即：Ts=m×n+s
m是常数，它与磁盘驱动器的速度有关。
2、 旋转推迟时间Tr
Tr是指定扇区移动到磁头下面所履历的时间。设每秒r转，则Tr=1/2r
3、 传输时间Tt
Tt是指把数据从磁盘读出，或向磁盘写入数据所履历的时间。b：读写字节数;N：每道上的字节数;访问时间Tn=Ts+1/2r+b/rN
磁盘调度
1.先来先效力FCFS(First Come，First Served)
2.最短寻道时间优先
3.扫描(SCAN)算法
4.循环扫描(CSCAN)算法
（从100号磁道初步） |
|
被访问的下一个磁道号 |
移动距离（磁道数） |
90 58 55 39 38 18 150 160 184 |
10 32 3 16 1 20 132 10 24 |
均匀寻道长度：27.5 |
|
最短寻道时间优先 |
|
（从100号磁道初步） |
|
被访问的下一个磁道号 |
移动距离（磁道数） |
55 58 39 18 90 160 150 38 184 |
45 3 19 21 72 70 10 112 146 |
均匀寻道长度：55.3 |
|
先来先效力FCFS |
|
（从100＃磁道初步，向磁道号增加方向访问） |
|
被访问的下一个磁道号 |
移动距离（磁道数） |
150 160 184 18 38 39 55 58 90 |
50 10 24 166 20 1 16 3 32 |
均匀寻道长度：35.8 |
|
CSCAN调度算法 |
|
（从100＃磁道初步，向磁道号增加方向访问） |
|
被访问的下一个磁道号 |
移动距离（磁道数） |
150 160 184 90 58 55 39 38 18 |
50 10 24 94 32 3 16 1 20 |
均匀寻道长度：27.8 |
|
SCAN调度算法 |
|
5.N-Step-SCAN和FSCAN调度算法
1) N—Step—SCAN
粘臂：由于连续对某磁道访问引起的独占访问，将磁盘央求队伍分为长为N的子队伍m个，如下图处理。当N=1时，为FCFS。当N时，为SCAN.
2)FSCAN
磁盘高速缓存(用内存来仿照外存)
磁盘高速缓存是指运用内存中的存储空间，来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息。
前进磁盘I/O速度的其它方法
在系统中除了设置了磁盘高速缓存，能显著地减少等候磁盘I/O的时间，以下方法也能有用的前进磁盘I/O速度。
1.提早读
2.推迟写
3.优化物理块的散布
4.虚拟盘：是指运用内存空间去仿真磁盘，又称为RAM盘。虚拟盘与磁盘高速缓存的首要差异在于：虚拟盘中的内容完全由用户控制，而高速磁盘缓存中的内容则是由OS控制的。
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