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操作系統(tǒng)（operating system ， OS）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的系統(tǒng)軟件。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種資源的管理者和各種活動(dòng)的組織者、指揮者。它使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致且有效地工作。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，我們將知道操作系統(tǒng)要做什么、怎么做和為什么要這樣做。

學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)，首先我們應(yīng)該知道操作系統(tǒng)的概念。本章主要講述了以下幾個(gè)問(wèn)題。

一、什么是操作系統(tǒng)

二、操作系統(tǒng)的形成

三、操作系統(tǒng)的類型

四、操作系統(tǒng)的功能

一、什么是操作系統(tǒng)

在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們先來(lái)了解一下什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是按用戶的要求接收和存儲(chǔ)信息、自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并輸出結(jié)果信息的系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。軟硬件系統(tǒng)的組成部分就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，當(dāng)不同的用戶使用計(jì)算機(jī)時(shí)都要占用系統(tǒng)資源并且有不同的控制需求。

操作系統(tǒng)就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種系統(tǒng)軟件，由它統(tǒng)一管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源和控制程序的執(zhí)行。

操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)一是使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用方便。二是使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地工作。

二、操作系統(tǒng)的形成

早期沒有操作系統(tǒng)→原始匯編系統(tǒng)→管理程序→操作系統(tǒng) 可以看到，操作系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展和應(yīng)用需求的推動(dòng)而形成的。

三、操作系統(tǒng)的類型

按照操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，大致可以把操作系統(tǒng)分為以下幾類：

批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。其中批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是基本的操作系統(tǒng)（加亮）

1、批處理操作系統(tǒng)按照用戶預(yù)先規(guī)定好的步驟控制作業(yè)的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作的自動(dòng)化。又可分為批處理單道系統(tǒng)和批處理多道系統(tǒng)。單道系統(tǒng)每次只有一個(gè)作業(yè)裝入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器運(yùn)行，多個(gè)作業(yè)可自動(dòng)、順序地被裝入運(yùn)行。批處理多道系統(tǒng)則允許多個(gè)作業(yè)同時(shí)裝入主存儲(chǔ)器，中央處理器輪流地執(zhí)行各個(gè)作業(yè)，各個(gè)作業(yè)可以同時(shí)使用各自所需的外圍設(shè)備，這樣可以充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，縮短作業(yè)時(shí)間，提高系統(tǒng)的吞吐率。

2、分時(shí)操作系統(tǒng)，這種系統(tǒng)中，一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與許多終端設(shè)備連接，分時(shí)系統(tǒng)支持多個(gè)終端用戶，同時(shí)以交互方式使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為用戶在測(cè)試、修改和控制程序執(zhí)行方面提供了靈活性。分時(shí)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是同時(shí)性、獨(dú)立性、及時(shí)性和交互性。

3、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收到外部信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理，并在嚴(yán)格的規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成處理，且給出反饋信號(hào)。它是較少有人為干預(yù)的監(jiān)督和控制系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)可靠性和安全性要求極高，不強(qiáng)求系統(tǒng)資源的利用率。

4、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可以把若干計(jì)算機(jī)聯(lián)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信及網(wǎng)絡(luò)中各種資源的共享，像我們現(xiàn)在使用的Windows ，UNIX和Linux等操作系統(tǒng)都是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

5、分布式操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)沒有主次之分，在任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間的可進(jìn)行信息交換和資源共享。這一點(diǎn)上分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)差別不大，他們的本質(zhì)區(qū)別在于：分布式操作系統(tǒng)能使系統(tǒng)中若干計(jì)算機(jī)相互協(xié)作完成一個(gè)共同的任務(wù)。這使得各臺(tái)計(jì)算機(jī)組成一個(gè)完整的，功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

四、操作系統(tǒng)的功能

從資源管理的觀點(diǎn)出發(fā)，操作系統(tǒng)功能可分為五大部分：處理器管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、設(shè)備管理和作業(yè)管理。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，操作系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是直接在硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上工作的，所以在研究操作系統(tǒng)之前，先必須對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有一個(gè)基本的了解，本章就是講述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)。

本章的考核知識(shí)點(diǎn)是：

1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)2.硬件環(huán)境 3.操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)本章要求：了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有關(guān)硬件的I/O中斷和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，硬件的保護(hù)措施；有關(guān)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)提供的使用接口。

重點(diǎn) 是：硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) （ 識(shí)記 ）

現(xiàn)代的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的一種層次式結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層是硬件系統(tǒng)，最外層是使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人，人與硬件系統(tǒng)之間是軟件系統(tǒng)

本章考核知識(shí)點(diǎn)：1.多道程序設(shè)計(jì) 2.進(jìn)程 3.進(jìn)程狀態(tài) 4.進(jìn)程控制塊 5.進(jìn)程隊(duì)列 6.可再入程序 7.中斷及中斷響應(yīng) 8.中斷優(yōu)先級(jí) 9.進(jìn)程調(diào)度

自學(xué)要求：通過(guò)本章學(xué)習(xí)應(yīng)該掌握多道程序設(shè)計(jì)是如何提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)效率的；進(jìn)程與程序有什么區(qū)別；進(jìn)程的基本狀態(tài)以及狀態(tài)變化；進(jìn)程隊(duì)列及進(jìn)程調(diào)度策略；中斷的作用。

重點(diǎn)是：多道程序設(shè)計(jì)；進(jìn)程的定義和屬性；進(jìn)程調(diào)度策略。

一、 多道程序設(shè)計(jì)（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、什么是多道程序設(shè)計(jì)。

讓多個(gè)計(jì)算問(wèn)題同時(shí)裝入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器并行執(zhí)行，這種設(shè)計(jì)技術(shù)稱“ 多道程序設(shè)計(jì) ”，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱“多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)” 或簡(jiǎn)稱“多道系統(tǒng)”。

存儲(chǔ)保護(hù) ：在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，主存儲(chǔ)器中同時(shí)存放了多個(gè)作業(yè)的程序。為避免相互干擾，必須提供必要的手段使得在主存儲(chǔ)器中的各道程序只能訪問(wèn)自己的區(qū)域。這樣，每道程序執(zhí)行時(shí)，都不會(huì)破壞其他各道的程序和數(shù)據(jù)。特別是當(dāng)某道程序發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)，也不至于影響其它的程序。

程序浮動(dòng) ：在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，對(duì)程序有一些特殊要求，也就是說(shuō)，程序可以隨機(jī)地從主存的一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域，程序被移動(dòng)后仍絲毫不影響它的執(zhí)行，這種技術(shù)稱為“程序浮動(dòng)”。

在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，有三點(diǎn)基本要求：

用“存儲(chǔ)保護(hù)”的方法保證各道程序互不侵犯；

用“程序浮動(dòng)”技術(shù)讓程序能靈活地改變存放區(qū)域且能正確執(zhí)行；

必須對(duì)資源按一定的策略分配和調(diào)度。

2、 多道程序設(shè)計(jì) 利用了系統(tǒng)與外圍設(shè)備的并行工作能力，從而提高工作效率。具體表現(xiàn)為：

提高了處理器的利用率；

充分利用外圍設(shè)備資源：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置多種外圍設(shè)備，采用多道程序設(shè)計(jì)并行工作時(shí)，可以將使用不同設(shè)備的程序搭配在一起同時(shí)裝入主存儲(chǔ)器，使得系統(tǒng)中各外圍設(shè)備經(jīng)常處于忙碌狀態(tài)，系統(tǒng)資源被充分利用；

發(fā)揮了處理器與外圍設(shè)備以及外圍設(shè)備之間的并行工作能力；

從總體上說(shuō)，采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，可以有效地提高系統(tǒng)中資源的利用率，增加單位時(shí)間內(nèi)的算題量，從而提高了吞吐率。

3、 多道程序設(shè)計(jì) 對(duì)算題量和算題時(shí)間的影響。 采用多道程序設(shè)計(jì)能改變系統(tǒng)資源的使用情況，提高系統(tǒng)效率。但是應(yīng)注意以下兩個(gè)問(wèn)題：

可能延長(zhǎng)程序的執(zhí)行時(shí)間；

并行工作道數(shù)與系統(tǒng)效率不成正比。從表面上看，增加并行工作道數(shù)就可提高系統(tǒng)效率，但實(shí)際上并行工作道數(shù)與系統(tǒng)效率是不成正比，因?yàn)椴⑿械牡罃?shù)要根據(jù)系統(tǒng)配置的資源和用戶對(duì)資源的要求而定：

（1）主存儲(chǔ)器的大小限制了可同時(shí)裝入的程序數(shù)量；

（2）外圍設(shè)備的數(shù)量也是一個(gè)制約條件；

（3）多個(gè)程序同時(shí)要求使用同一資源的情況也會(huì)經(jīng)常發(fā)生。

總之，多道程序設(shè)計(jì)能提高系統(tǒng)資源的使用效率，增加單位時(shí)間的算題量；但是對(duì)每個(gè)計(jì)算問(wèn)題來(lái)說(shuō)，從算題開始到全部完成所需要的時(shí)間可能延長(zhǎng)，另外在確定并行工作道數(shù)時(shí)應(yīng)綜合系統(tǒng)的資源配置和用戶對(duì)資源的要求。

二、 進(jìn)程（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、 進(jìn)程 的定義：把一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行稱為一個(gè)“進(jìn)程”。

2、 進(jìn)程是由 程序 、 數(shù)據(jù)集 和 進(jìn)程控制塊 三部分組成。

我們舉一個(gè)例子，比如在有一個(gè)用戶程序notepad.exe（記事本），當(dāng)它存放在磁盤上時(shí)，就是一個(gè)程序，在windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行它時(shí)，就會(huì)在內(nèi)存中建立一個(gè)記事本程序的進(jìn)程，而我們?cè)谟浭卤局芯庉嫷漠?dāng)前文字就是這個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)集，操作系統(tǒng)會(huì)為當(dāng)前的進(jìn)程設(shè)置一個(gè)進(jìn)程控制塊。如果我們?cè)俅蜷_一個(gè)記事本程序的窗口，就會(huì)建立另一個(gè)進(jìn)程，此時(shí)運(yùn)行的是同一個(gè)程序，但存在兩個(gè)進(jìn)程，第二個(gè)窗口中的編輯內(nèi)容就是第二個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)集。

3、 進(jìn)程 與 程序 的區(qū)別及關(guān)系。程序是靜止的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的。進(jìn)程包括程序和程序處理的對(duì)象（數(shù)據(jù)集），進(jìn)程能得到程序處理的結(jié)果。進(jìn)程和程序并非一一對(duì)應(yīng)的，一個(gè)程序運(yùn)行在不同的數(shù)據(jù)集上就構(gòu)成了不同的進(jìn)程。通常把進(jìn)程分為“系統(tǒng)進(jìn)程”和“用戶進(jìn)程”兩大類，把完成操作系統(tǒng)功能的進(jìn)程稱為系統(tǒng)進(jìn)程，而完成用戶功能的進(jìn)程則稱為用戶進(jìn)程。

三、 進(jìn)程狀態(tài)（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、 進(jìn)程的 三種基本狀態(tài) .通常，根據(jù)進(jìn)程執(zhí)行過(guò)程中不同時(shí)刻的狀態(tài)，可歸納為三種基本狀態(tài)：

等待態(tài) ：等待某個(gè)事件的完成；

就緒態(tài) ：等待系統(tǒng)分配處理器以便運(yùn)行；

運(yùn)行態(tài) ：占有處理器正在運(yùn)行。

2、進(jìn)程的狀態(tài)變化

進(jìn)程在執(zhí)行中狀態(tài)會(huì)不斷地改變，每個(gè)進(jìn)程在任何時(shí)刻總是處于上述三種基本狀態(tài)的某一種基本狀態(tài)，進(jìn)程狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示：

運(yùn)行態(tài)→等待態(tài) 往往是由于等待外設(shè)，等待主存等資源分配或等待人工干預(yù)而引起的。

等待態(tài)→就緒態(tài) 則是等待的條件已滿足，只需分配到處理器后就能運(yùn)行。

運(yùn)行態(tài)→就緒態(tài) 不是由于自身原因，而是由外界原因使運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程讓出處理器，這時(shí)候就變成就緒態(tài)。例如時(shí)間片用完，或有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程來(lái)?yè)屨继幚砥鞯取?/p>

就緒態(tài)→運(yùn)行態(tài) 系統(tǒng)按某種策略選中就緒隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程占用處理器，此時(shí)就變成了運(yùn)行態(tài)。

進(jìn)程有四個(gè)基本屬性：

多態(tài)性 從誕生、運(yùn)行，直至消滅。

多個(gè)不同的進(jìn)程可以包括相同的程序

三種基本狀態(tài) 它們之間可進(jìn)行轉(zhuǎn)換

并發(fā)性 并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程輪流占用處理器

四、進(jìn)程控制塊（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、 進(jìn)程控制塊 的基本內(nèi)容。 通常進(jìn)程控制塊包含四類信息：

標(biāo)志信息 含唯一的進(jìn)程名

說(shuō)明信息 有進(jìn)程狀態(tài)、等待原因、進(jìn)程程序存放位置和進(jìn)程數(shù)據(jù)存放位置

現(xiàn)場(chǎng)信息 包括通用、控制和程序狀態(tài)字寄存器的內(nèi)容

管理信息 存放程序優(yōu)先數(shù)和隊(duì)列指針

2、 進(jìn)程控制塊 的作用

進(jìn)程控制塊（Process Control Block，簡(jiǎn)稱PCB），是操作系統(tǒng)為進(jìn)程分配的用于標(biāo)志進(jìn)程，記錄各進(jìn)程執(zhí)行情況的。進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的標(biāo)志，它記錄了進(jìn)程從創(chuàng)建到消亡動(dòng)態(tài)變化的狀況，進(jìn)程隊(duì)列實(shí)際也是進(jìn)程控制塊的鏈接。操作系統(tǒng)利用進(jìn)程控制塊對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制和管理。

進(jìn)程控制塊的作用有：

（1）記錄進(jìn)程的有關(guān)信息，以便操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度程序?qū)M(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。這些信息包括標(biāo)志信息、說(shuō)明信息、現(xiàn)場(chǎng)信息和管理信息等；

（2）標(biāo)志進(jìn)程的存在，進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志

五、進(jìn)程隊(duì)列（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、 進(jìn)程隊(duì)列 的鏈接。

在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中往往會(huì)同時(shí)創(chuàng)建多個(gè) 進(jìn)程 .在單處理器的情況下，每次只能讓一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行，其他的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)或等待狀態(tài)。為了便于管理，經(jīng)常把處于相同狀態(tài)的進(jìn)程鏈接在一起，稱“進(jìn)程隊(duì)列”，由于 進(jìn)程控制塊 能標(biāo)志進(jìn)程的存在和動(dòng)態(tài)刻畫進(jìn)程的特性，因此， 進(jìn)程隊(duì)列 可以用 進(jìn)程控制塊 的連接來(lái)形成。鏈接的方式有兩種：?jiǎn)蜗蜴溄雍碗p向鏈接。

2、 進(jìn)程基本隊(duì)列

就緒隊(duì)列 ：由若干就緒進(jìn)程按一定次序鏈接起來(lái)的隊(duì)列。

等待隊(duì)列 ：把等待資源或等待某些事件的進(jìn)程排列的隊(duì)列

3、進(jìn)程的入隊(duì)和出隊(duì)。

出隊(duì)和入隊(duì) ：當(dāng)發(fā)生的某個(gè)事件使一個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)進(jìn)程就要退出所在的某個(gè)隊(duì)列而排入到另一個(gè)隊(duì)列中去。

出隊(duì) ：一個(gè)進(jìn)程從所在的隊(duì)列退出的操作稱為出隊(duì)

入隊(duì) ：一個(gè)進(jìn)程排入到一個(gè)指定的隊(duì)列的操作稱為入隊(duì)。

系統(tǒng)中負(fù)責(zé)進(jìn)程入隊(duì)和出隊(duì)的工作稱為隊(duì)列管理。

無(wú)論單向鏈接還是雙向鏈接，解決入，出隊(duì)問(wèn)題，都是首先找到該隊(duì)列的隊(duì)首指針，沿鏈找出要入隊(duì)的進(jìn)程以及它要插入的位置，或找出要出隊(duì)的進(jìn)程，然后修改本進(jìn)程指針（入隊(duì)情況）和相鄰進(jìn)程的有關(guān)指針值即可。

六、可再入程序（ 識(shí)記 ）

（1） 什么是 可再入程序 . 一個(gè)能被 多個(gè)用戶同時(shí)調(diào)用 的程序稱做“ 可再入 ”的程序。

（2） 可再入程序的性質(zhì)。

可再入程序必須是純代碼，在執(zhí)行時(shí)自身不改變；

一個(gè)可再入程序要求調(diào)用者提供工作區(qū)，以保證程序以同樣方式為各用戶服務(wù)。

編譯程序 和 操作系統(tǒng)程序 通常都是“可再入”程序，能同時(shí)被不同用戶調(diào)用而構(gòu)成不同的進(jìn)程。

七、中斷及中斷響應(yīng)（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、 中斷 的定義。

一個(gè)進(jìn)程占有處理器運(yùn)行時(shí)，由于自身或者外界的原因（出現(xiàn)了事件）使運(yùn)行被打斷，讓操作系統(tǒng)處理所出現(xiàn)的事件，到適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再讓被打斷的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程稱為“中斷”。

2、 中斷 的類型。

從中斷事件的性質(zhì)出發(fā)，中斷可以分為兩大類：

強(qiáng)迫性中斷事件 包括硬件故障中斷，程序性中斷，外部中斷和輸入輸出中斷等

自愿性中斷事件 是由正在運(yùn)行的進(jìn)程執(zhí)行一條訪管指令用以請(qǐng)求系統(tǒng)調(diào)用而引起的中斷，這種中斷也稱為“訪管中斷”。

自愿中斷 的斷點(diǎn)是確定的，而 強(qiáng)迫性中斷 的斷點(diǎn)可能發(fā)生在任何位置。

3、中斷的響應(yīng)和處理。

中斷響應(yīng) （硬件即中斷裝置操作）

處理器每執(zhí)行一條指令后，硬件的中斷位置立即檢查有無(wú)中斷事件發(fā)生，若有中斷事件發(fā)生，則暫?，F(xiàn)行進(jìn)程的執(zhí)行，而讓操作系統(tǒng)的中斷處理程序占用處理器，這一過(guò)程稱為“中斷響應(yīng)”。

中斷響應(yīng)過(guò)程中，中斷裝置要做以下三項(xiàng)工作：

是否有中斷事件發(fā)生

判別自愿性中斷，只要檢查操作碼是否為訪管指令。

判別強(qiáng)迫性中斷，則要檢查中斷寄存器內(nèi)容。若為0，則無(wú)中斷；若非0，則表示有中斷事件發(fā)生。

若有中斷發(fā)生，保護(hù)斷點(diǎn)信息

每個(gè)程序都有一個(gè)程序狀態(tài)字（PSW）來(lái)反映本狀態(tài)的執(zhí)行狀態(tài)，如基本狀態(tài)、中斷碼和中斷屏蔽位等內(nèi)容。處理器設(shè)有一個(gè)“程序狀態(tài)字寄存器”用來(lái)存放當(dāng)前運(yùn)行程序的PSW.程序狀態(tài)字可分為當(dāng)前PSW、舊PSW和新PSW.

當(dāng)出現(xiàn)中斷事件后，把被中斷進(jìn)程的PSW保存為舊PSW，即完成斷點(diǎn)信息保護(hù)。

啟動(dòng)操作系統(tǒng)的中斷處理程序工作

中斷裝置通過(guò)“交換PSW”過(guò)程完成此項(xiàng)任務(wù)，即把出現(xiàn)的中斷事件存放到當(dāng)前PSW中斷碼位置，然后把該當(dāng)前PSW保存為舊PSW，再把操作系統(tǒng)中斷處理程序的新PSW送到程序狀態(tài)字寄存器中，成為當(dāng)前的PSW.

中斷處理 （ 軟件即操作系統(tǒng)操作 ）

操作系統(tǒng)的中斷處理程序?qū)χ袛嗍录M(jìn)行處理時(shí)，大致要做三方面的工作：

保護(hù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)信息

把中斷時(shí)的通用寄存器，控制寄存器內(nèi)容及舊PSW保存到被中斷進(jìn)程的進(jìn)程控制塊中。

分析中斷原因

根據(jù)舊PSW的中斷碼可知發(fā)生該中斷的具體原因。

處理發(fā)生的中斷事件

一般只做一些簡(jiǎn)單處理，在多數(shù)情況下把具體的處理交給其他程序模塊去做。

八、 中斷優(yōu)先級(jí)和中斷屏蔽（ 識(shí)記 ）

1、 中斷優(yōu)先級(jí) 是硬件設(shè)計(jì)時(shí)確定的。中斷裝置按預(yù)定的順序來(lái)響應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)的中斷事件，這個(gè)預(yù)定的順序稱為“中斷優(yōu)先級(jí)”。中斷優(yōu)先級(jí)是按中斷事件的重要性和緊迫程度來(lái)確定的 ，是由硬件設(shè)計(jì)時(shí)固定下來(lái)的。一般情況下，優(yōu)先級(jí)的高低順序依次為： 硬件故障中斷 、 自愿中斷 、 程序性中斷 ， 外部中斷和輸入輸出中斷 .

2、中斷的嵌套處理

3、中斷屏蔽的作用。中斷優(yōu)先級(jí)只是規(guī)定了中斷裝置響應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)的中斷的次序，當(dāng)中斷裝置響應(yīng)了某個(gè)中斷后中斷處理程序在進(jìn)行處理時(shí)，中斷裝置也可能去響應(yīng)另一個(gè)中斷事件。因此會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)低的中斷事件的處理打斷優(yōu)先級(jí)高的中斷事件的處理，使得中斷事件的處理順序與響應(yīng)順序不一致，而且會(huì)形成多重嵌套處理，使多現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、程序返回等工作變的復(fù)雜。

中斷屏蔽技術(shù)就是為了解決上述問(wèn)題而提出的在一個(gè)中斷處理沒有結(jié)束之前不響應(yīng)其他中斷事件，或者只響應(yīng)比當(dāng)前級(jí)別高的中斷事件。于是，當(dāng)中斷裝置檢查到有中斷事件后，便去查看PSW中中斷屏蔽標(biāo)志，如果沒有屏蔽就響應(yīng)該中斷；否則，暫時(shí)不響應(yīng)該中斷，待屏蔽標(biāo)志消除后再響應(yīng)。自愿中斷是不能屏蔽的。

九、 進(jìn)程調(diào)度（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、進(jìn)程調(diào)度的職責(zé)。按選定的進(jìn)程調(diào)度算法從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程，讓它占用處理器。

2、選擇進(jìn)程調(diào)度算法的幾個(gè)準(zhǔn)則：

提高處理器利用率

增大吞吐量

減少等待時(shí)間

縮短響應(yīng)時(shí)間

3、進(jìn)程調(diào)度的常用算法：先來(lái)先服務(wù)、優(yōu)先數(shù)法、輪轉(zhuǎn)法、分級(jí)調(diào)度。

先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法 該算法按進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后次序選擇可以占用處理器的進(jìn)程。

優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法 對(duì)每個(gè)進(jìn)程確定一個(gè)優(yōu)先數(shù)，該算法總是讓優(yōu)先數(shù)最高的進(jìn)程先使用處理器。對(duì)具有相同優(yōu)先數(shù)的進(jìn)程，再采用先來(lái)先服務(wù)的次序分配處理器。系統(tǒng)常以任務(wù)的緊迫性和系統(tǒng)效率等因素確定進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)。進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)可以固定的，也可隨進(jìn)程執(zhí)行過(guò)程動(dòng)態(tài)變化。 一個(gè)高優(yōu)先數(shù)的進(jìn)程占用處理器后，系統(tǒng)處理該進(jìn)程時(shí)有兩種方法，一是“非搶占式”，另一種是“可搶占式”。前者是此進(jìn)程占用處理器后一直運(yùn)行到結(jié)束，除非本身主動(dòng)讓出處理器，后者則是嚴(yán)格保證任何時(shí)刻總是讓優(yōu)先數(shù)最高的進(jìn)程在處理器上運(yùn)行。

時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法 把規(guī)定進(jìn)程一次使用處理器的最長(zhǎng)時(shí)間稱為“時(shí)間片”。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法讓就緒進(jìn)程按就緒的先后次序排成隊(duì)列，每次總選擇該隊(duì)列中第一個(gè)進(jìn)程占用處理器，但規(guī)定只能使用一個(gè)時(shí)間片，如該進(jìn)程尚未完成，則排入隊(duì)尾，等待下一個(gè)供它使用的時(shí)間片。各個(gè)進(jìn)程就這樣輪轉(zhuǎn)運(yùn)行。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法經(jīng)常用于分時(shí)操作系統(tǒng)中。

分級(jí)調(diào)度算法 由系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)列，每個(gè)就緒隊(duì)列中的進(jìn)程按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法占用處理器，這就是分級(jí)調(diào)度算法。

4、 進(jìn)程的切換 進(jìn)程調(diào)度將從就緒隊(duì)列中另選一個(gè)進(jìn)程占用處理器，使一個(gè)進(jìn)程讓出處理器，由另一個(gè)進(jìn)程占用處理器的過(guò)程稱“進(jìn)程切換”。

若有一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行態(tài)變成等待態(tài)，或完成工作后就撤消，則必定會(huì)發(fā)生進(jìn)程切換。若一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行態(tài)或等待態(tài)變成就緒態(tài)，則不一定發(fā)生進(jìn)程切換。

本章考核知識(shí)點(diǎn)：1、重定位 2、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理 3、可變分區(qū)存儲(chǔ)管理 4、頁(yè)式存儲(chǔ)管理 5、段式存儲(chǔ)管理 6、虛擬存儲(chǔ)器

自學(xué)要求 ：明確存儲(chǔ)管理的職能是對(duì)主存儲(chǔ)器中的用戶區(qū)域進(jìn)行管理；理解在不同的管理方式下如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)、地址轉(zhuǎn)換、以及主存空間的分配和回收；比較各種管理方式的特點(diǎn)；掌握虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)原理和方法。

重點(diǎn)是：各種管理方式的特點(diǎn)；可變分區(qū)方式的主存分配算法以及移動(dòng)技術(shù)；分頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)以及頁(yè)面調(diào)度算法；分段式虛擬存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)。

操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理如同一個(gè)大地主，管著一個(gè)大莊園，當(dāng)有農(nóng)戶需要租用田地時(shí)，地主就給分配一塊地讓他種（用戶區(qū)分配）。等到地里長(zhǎng)出了果實(shí)（結(jié)果出來(lái)后，地主還得來(lái)收回這塊地（去配）。

為了管好這片田地，地主還要管好莊園的門，凡是要進(jìn)去種地的，都得由地主根據(jù)他的需要讓他到位置確定實(shí)際的田地上去干活。（把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址）

莊園里還有一些大家共同可以使用的地方，比如地主的花園，工具房等，大家可以進(jìn)去，也可以使用，但是不許改變?nèi)魏维F(xiàn)有的東東，還有，每個(gè)農(nóng)戶只能在自己的地里刨食吃，如果有人膽敢到別人地里或地主的花園里摘花偷食，可要當(dāng)心他們養(yǎng)的狼狗跳出來(lái)哦。（共享和保護(hù)）

當(dāng)然，再大的地也是不夠多的，地主為了多賺些錢，當(dāng)所有的地都租出去的時(shí)候，他想辦法把有些種田人暫時(shí)不種的那塊地里的東東連地皮一起挖出來(lái)放到倉(cāng)庫(kù)里先堆著。把地騰出來(lái)租給別人種（這一招可夠絕的，不過(guò)地主說(shuō)啦，這就是“虛擬存儲(chǔ)”。）

你說(shuō)這個(gè)地主是好是壞？？

概述：本章討論的是主存儲(chǔ)器空間的管理。主存儲(chǔ)空間分成系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩部分。存儲(chǔ)管理的功能包括：主存空間的分配和去配、實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換、主存空間的區(qū)享和保護(hù)和主存空間擴(kuò)充。

一、重定位（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、區(qū)分邏輯地址與絕對(duì)地址。

絕對(duì)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(duì)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(duì)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(jiǎn)單，想當(dāng)初張三來(lái)這兒， 說(shuō)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(shuō)，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(lái)找。每個(gè)地址都已經(jīng)加上100了，不會(huì)找錯(cuò)吧。別說(shuō)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(lái)租地時(shí)，我也不問(wèn)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(shuō)是100號(hào)吧。李四這個(gè)笨小子干著干著會(huì)叫起來(lái)說(shuō)：“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(duì)！”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(duì)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(guò)程中無(wú)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(guò)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(duì)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(lái)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(shuō)明各分區(qū)的情況。裝入和結(jié)束作業(yè)均通過(guò)這個(gè)分區(qū)表來(lái)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(duì)地址。并檢查絕對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是說(shuō)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(lái)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?？梢杂脙蓮埍怼耙逊峙鋮^(qū)表”和“空閑區(qū)表”來(lái)記錄和管理。

2、常用的分配算法

最先適應(yīng)分配算法 ：簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(wú)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(zhǎng) 寄存器，限長(zhǎng)寄存器存放作業(yè)所占分區(qū)的長(zhǎng)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(zhǎng)值比較，如果不有超過(guò)這個(gè)值，表示訪問(wèn)地址合法，再加上基址寄存器中的值就得到了絕對(duì)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(duì)于共享程序，則硬件提供兩組限長(zhǎng)寄存器和基址寄存器。訪問(wèn)時(shí)對(duì)訪問(wèn)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(wèn)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(guò)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(yè)式存儲(chǔ)管理（ 領(lǐng)會(huì) ）

1、如何分頁(yè)和分塊

頁(yè)式存儲(chǔ)管理中有兩個(gè)名詞：“ 頁(yè) ”和“ 塊 ”，其中的“塊”是針對(duì)硬件來(lái)說(shuō)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(duì)應(yīng)的，在程序中，邏輯地址進(jìn)行“分頁(yè)”，其大小和每個(gè)塊相一致。

事實(shí)上，頁(yè)面的大小是由塊的大小自然決定的。對(duì)于程序來(lái)說(shuō)，其邏輯地址還是和原來(lái)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(yè)號(hào) .

分配空間時(shí)，根據(jù)作業(yè)長(zhǎng)度可以確定它的頁(yè)面數(shù)，根據(jù)這個(gè)頁(yè)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(yè)表”中，根據(jù)頁(yè)表可以找到相對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)與塊號(hào)，就得出絕對(duì)地址了。

2、采用頁(yè)式管理，使主存空間充分利用，頁(yè)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(yè)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(yè)表 ，指出該作業(yè)邏輯地址中的頁(yè)號(hào)與所占用的主存塊號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。頁(yè)表的長(zhǎng)度由作頁(yè)擁有的頁(yè)面數(shù)決定，行號(hào)對(duì)應(yīng)為頁(yè)號(hào)，行中記錄的是主存中的塊號(hào)。

頁(yè)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(yè)號(hào)查找頁(yè)表并轉(zhuǎn)換成絕對(duì)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(yè)表，由一個(gè)硬件“頁(yè)表控制寄存器”來(lái)記錄每個(gè)作業(yè)的頁(yè)表所在位置和長(zhǎng)度以便作業(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)同時(shí)轉(zhuǎn)換頁(yè)表。

4、快表的構(gòu)造與作用

快表 就是頁(yè)表的一部分克隆，每行中有頁(yè)號(hào)及其對(duì)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(wèn)時(shí)快表和內(nèi)存同時(shí)進(jìn)行查找，因?yàn)榭毂硭俣群芸?，而常用的?yè)都登記在快表中，因此可以大大加快執(zhí)行速度。

5、采用頁(yè)式管理的地址轉(zhuǎn)換過(guò)程

（為什么不直接用塊分配表來(lái)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(lái)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(yè)式存儲(chǔ)空間的分配和回收

頁(yè)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(lái)表示。

塊號(hào)=字號(hào)×字長(zhǎng)＋位號(hào)

字號(hào)=[i/字長(zhǎng)]（即塊號(hào)i除以字長(zhǎng)取整）

位號(hào)=i mod 字長(zhǎng)（即塊號(hào)i除以字長(zhǎng)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(duì) 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(yè)式管理相同。但是實(shí)際上是不同的：

頁(yè)式存儲(chǔ)管理提供連續(xù)邏輯地址由系統(tǒng)自動(dòng)分頁(yè)，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(zhǎng) 和 起始地址 三部分組成，由于每一行記錄的行號(hào)可以對(duì)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)寄存器。

絕對(duì)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(guò)限長(zhǎng)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(lái)記錄每個(gè)作業(yè)的段表在主存中的位置和長(zhǎng)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(lái)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(qǐng)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(wèn)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(yè)式虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)

頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理 是在 頁(yè)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(yè)面裝入主存儲(chǔ)器，作業(yè)執(zhí)行時(shí)若所訪問(wèn)的頁(yè)面已經(jīng)在主存中，則進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，得到絕對(duì)地址，否則產(chǎn)生“缺頁(yè)中斷”由操作系統(tǒng)把當(dāng)前所需的頁(yè)面裝入主存。

4、常用的頁(yè)面調(diào)度算法：FIFO、LRU、LFU

當(dāng)主頁(yè)中無(wú)空閑塊時(shí)，為了裝入一個(gè)頁(yè)面，就必須按某種算法將主存中某個(gè)頁(yè)調(diào)出，調(diào)入所需裝入的頁(yè)面。這就是頁(yè)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、缺頁(yè)中斷率

如果作頁(yè)執(zhí)行中訪問(wèn)頁(yè)面的總次數(shù)為A，其中有F次訪問(wèn)的頁(yè)面尚未裝入主存，則有F次缺頁(yè)中斷，f=F/A，這里的f就稱為缺頁(yè)中斷率。影響缺頁(yè)中斷的因素有：

分配給作業(yè)的主存塊數(shù)——塊數(shù)n↑ f↓

頁(yè)面的大小——頁(yè)面大小↑ f↓

程序編制方法——局部化程度↑ f↓

頁(yè)面調(diào)度算法

6、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。