软件设计师：操作系统复习笔记四

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　18、虚拟存储管理
　　程序的局部性：时间局限性和空间局限性。前者指程序中的某条指令或某个存储单元一旦被执行或访问，则在不久的将来可能会再次发生（因为程序中存在着大量的循环操作）；后者指一旦程序访问了某个存储单元，则不久的将来该存储单元附近的存储单元也最有可能被访问（因为程序是顺序执行的）。
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# ?9 h0 q6 e6 W  }: r2 ~3 P! }　　虚拟存储器，从用户的角度看，是这样一个系统，它所具有的主存容量比实际主存容量大得多。它是根据局部性原理，在一个作业运行之前只把部分程序和数据装入主存，其余部分留在磁盘上。如果要访问的页或段未在主存中(称为缺页或缺段)则将它们调入主存。

5 {& i0 Q/ c9 G% n0 P2 v　　虚拟存储器的实现：

　　请求分页系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页和页面置换功能后所形成的页式虚拟存储系统。

' D- a! F  ]2 U　　请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段和段置换功能后所形成的段式虚拟存储系统。

) A# d1 i8 @% X, A) \! x　　请求段页式系统，它是在段页式基础上，增加了请求调页和页面置换功能后所形成的段页式虚拟存储系统。

' N, Q% I' Z$ ^* j# e8 A　　其中请求分页系统是目前常用的一种虚拟存储器方式。其页面置换算法的好坏直接影响系统性能，不当的置换算法可能会导致系统“抖动”。常用的页面置换算法有：最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法和最近未用置换算法。

　　虚拟存储器的特征：离散性、多次性、对换性、虚拟性。工作集的概念是指在某段时间间隔里，进程实际要访问的页面的集合。虚存容量不是无限的，它受主存和外存可利用的总容量限制；虚存还受计算机总线地址结构限制。虚存的扩大是以牺牲CPU工作时间和主存与外存交换时间为代价的。虚存是由操作系统调度，采用主存外存交换技术，各道程序在必须使用时调入主存，不用的程序则调出主存。

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　19、设备管理，包括各种设备分配、缓冲区管理和实际物理I/O设备操作，通过管理达到提高设备利用率和方便用户使用的目的。设备的分类按数据组织分为：块设备，如磁带、磁盘字符设备，如打印机、交互式终端；按资源分配分为：独占设备，如打印机共享设备，如磁盘虚拟设备，如利用假脱机技术将一台独占设备变为多个用户共享的逻辑设备。按数据传输速率：低速设备，如键盘、鼠标；中速设备，如打印机；高速设备，如磁盘。
　　设备管理的目标是如何提高设备的利用率，为用户提供方便统一的界面。设备管理的任务是保证在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定策略分配和管理各种设备，控制设备的各种操作，完成I/O设备与主存之间的数据交换。

　　20、I/O软件

% Q1 s& ~7 E* Y1 g　　IO设备管理软件分为4层：由低到高为中断处理程序－－设备驱动程序－－与设备无关的系统软件－－用户级软件

　　设备驱动程序是直接同硬件打交道的软件模块，它与IO设备的硬件结构有密切的联系。它的任务就是接受来自与设备无关的上层软件的抽象请求，进行与设备有关的处理。
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9 d9 s6 O: r8 x' `　　设备的IO方式：通道，使数据的传输独立于CPU，CPU只须向通道发出IO命令，由通道完成IO任务后再向CPU发出中断信号。

- U1 }, [  I( L  X+ W. J　　DMA是指数据在主存和IO设备之间直接传送，CPU只需要在首尾做些处理。

　　缓冲技术：缓冲区技术可提高外设利用率，使外设尽可能处于忙状态。分为硬件缓冲(由硬件寄存器实现)和软件缓冲(由操作系统实现)。缓冲技术的优点是：可以缓和CPU与IO设备间速度不匹配的矛盾；减少CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制；提高CPU和IO设备之间的并行性。