位示图
位示图的名词解释
位示图的名词解释位示图是一种用于表示二进制数据的图形化方式。
在计算机科学和信息技术领域，位示图被广泛应用于存储媒体、图像处理、网络通信等各个方面。
它可以帮助我们理解和分析数字数据的存储、传输和处理方式，对于学习计算机基础知识和信息技术有着重要的意义。
一、位示图的概念和作用位示图是一种数据结构，它用于表示存储媒体上各个存储单元（比如硬盘、内存等）的使用情况。
在位示图中，每个存储单元被赋予一个位，用以表示该存储单元的状态，通常用1表示已使用，用0表示空闲。
通过这种方式，我们可以清晰地了解整个存储媒体的空闲和已使用情况，从而方便地对数据进行管理和操作。
在文件系统中，位示图被广泛用于跟踪存储媒体上文件的分布和空间占用情况。
当我们创建一个文件时，文件系统会根据文件的大小和存储单元的状态，分配足够的连续存储空间，并在位示图中更新相应的位状态。
当我们删除一个文件时，文件系统会将该文件占用的存储单元的位状态置为0，表示空闲。
通过位示图，文件系统可以高效地管理存储空间，减少碎片化问题，提高存储效率。
二、位示图与图像处理除了在文件系统中的应用，位示图还在图像处理中扮演着重要的角色。
每个像素点在图像中都需要占用一定的存储空间，而位示图可以记录每个像素点的状态信息。
在灰度图像中，每个像素点的状态可以用一个二进制位表示，而在彩色图像中，需要用多个二进制位表示不同的颜色通道。
通过位示图，我们可以对图像进行各种操作，例如图像的复制、裁剪、旋转和缩放等。
我们可以根据位示图中像素点的状态，精确地找到需要操作的像素点，并进行相应的处理。
在图像处理算法中，位示图还用于图像的分割和检测等领域，通过对像素点状态的统计和分析，可以提取图像中的有用信息，实现图像的识别和处理。
三、位示图与网络通信在网络通信中，位示图也扮演着重要的角色。
位示图可以用于表示数据包的传输和接收情况，帮助我们了解网络传输的可靠性和效率。
在TCP协议中，位示图被应用于接收方对已经接收到的数据进行确认。
操作系统习题
操作系统习题1．磁盘访问时间由哪⼏部分构成？每部分时间应如何估算？磁盘访问时间包括以下三个部分：（1）寻道时间Ts ，指把磁臂从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间。
该时间是启动磁盘的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和，即Ts = m×n + s 。
其中m是⼀常数，与磁盘驱动器的速度有关。
（2）旋转延迟时间Tr ，是指定扇区旋转到磁头下⾯所经历的时间。
（3）传输时间Tt ，指把数据从磁盘读出或向磁盘写⼊数据所经历的时间，其与每次所读/写的字节数bytes及旋转速度r有关，具体为Tt = bytes / (r×bytesPerTrack)，其中bytesPerTrack为⼀条磁道上的字节数。
当⼀次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，Tt与Tr相同，也即Tr = 1 / 2r。
因此可将访问时间Ta表⽰为：Ta = Ts + 1/2r + bytes / (r×bytesPerTrack)。
2．⽬前常⽤的磁盘调度算法有哪些？每种算法优先考虑的问题是什么？⽬前常⽤的磁盘调度算法包括：（1）先来先服务调度算法FCFS。
根据进程请求访问磁盘的先后次序进⾏调度，其优点是公平、简单且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某⼀进程的请求长期得不到满⾜的情况，但寻道时间可能较长。
（2）最短寻道时间优先调度算法SSTF。
选择所要求访问磁道与磁头当前所在磁道距离最近的进程优先调度，但其并不能保证平均寻道时间最短。
本算法具较好的寻道性能，但可能导致进程饥饿现象。
（3）扫描算法SCAN（⼜称为电梯调度算法），对最短寻道时间优先调度算法略加修改⽽形成。
不仅考虑欲访问磁道与磁头当前所在磁道的间距，更优先考虑的是磁头当前移动的⽅向既能获得较好的寻道性，⼜能防⽌进程饥饿，⼴泛⽤于⼤、中、⼩型机及⽹络中。
扫描算法存在的问题是：当磁头刚从⾥到外移动过某⼀磁道时，恰有⼀进程请求访问此磁道，该进程必须等待，待磁头从⾥向外，然后再从外向⾥扫描完所有要访问的磁道后，才处理该进程的请求，致使该进程的请求被严重推迟。
操作系统名称解释
1．操作系统：操作系统(OS,Operating system): 操作系统是计算机系统中的一个系统软件；是这样一些程序模块的集合：它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理的组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大,使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。
2. 分时系统：是指多个用户分享使用同一台计算机，即是把计算机的系统资源(主要是cpu)在时间上加以分割，形成一个个的时间段，每个时间段称为一个“时间片”，每个用户依次使用一个时间片，从而可以将cpu工作时间轮流地提供给多个用户使用。
3. 实时系统：指计算机对于外来信息能够及时进行处理，并在控制对象允许时间范围内作出快速反应，实时系统对响应时间的要求比分时系统更高。
实时系统按其使用方式不同可分为：实时控制系统、实时信息处理系统。
4. 多道程序设计：是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。
两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始个结束之间的状态。
这就称为多道程序技术运行的特征：多道、宏观上并行、微观上串行5. 系统调用：系统调用(System call): 它是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口，开发人员可利用它使用系统功能。
6. 作业调度：根据一定的原则，从输入井的后备作业队列中选择适当的作业，为它分配内存等资源，并将其调入内存投入运行。
又称高级调度，远程调度。
7. 作业控制块：OS向用户提供一组作业控制语言，用户用这种语言书写作业说明书，然后将程序、数据和作业说明书一齐交给系统操作员。
8. 并发性：又称为共行性是指能处理多个同时性活动的能力。
9．并行性：指同时发生的两个并发事件。
10. 进程：是可并发执行的程序。
在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，也是称活动、路径或任务，它有两方面性质：动态性、并发性。
操作系统名词解释
1.原语：它是由若干条机器指令所构成，用以完成特定功能的一段程序，为保证其操作的正确性，它应当是原子操作，即原语是一个不可分割的操作。
2.设备独立性：指用户设备独立于所使用的具体物理设备。
即在用户程序中要执行I/O操作时，只需用逻辑设备名提出I/O请求，而不必局限于某特定的物理设备。
3.文件的逻辑结构：又称为文件逻辑组织，是指从用户观点看到的文件组织形式。
它可分为两类：记录式文件结构，由若干相关的记录构成；流式文件结构，由字符流构成。
4.树形结构目录：利用树形结构的形式，描述各目录之间的关系。
上级目录与相邻下级目录的关系是1对n。
树形结构目录能够较好地满足用户和系统的要求。
5.操作系统：操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序的集合。
其主要功能是实现处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件管理和用户接口。
6.位示图：它是利用一个向量来描述自由块使用情况的一张表。
表中的每个元素表示一个盘块的使用情况，0表示该块为空闲块，1表示已分配。
7.置换策略：虚拟式存储管理中的一种策略。
用于确定应选择内存中的哪一页(段) 换出到磁盘对换区，以便腾出内存。
通常采用的置换算法都是基于把那些在最近的将来，最少可能被访问的页(段)从内存换出到盘上。
8.用户接口：操作系统提供给用户和编程人员的界面和接口。
包括程序接口、命令行方式和图形用户界面。
9.死锁：指多个进程因竞争资源二造成的一种僵局，若无外力的作用，这些进程将永远不能再向前推进。
10.文件系统:OS中负责管理和存取文件信息的软件机构。
负责文件的建立，撤消，存入，续写，修改和复制，还负责完成对文件的按名存取和进行存取控制。
11.进程:进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立的基本单位。
12.wait(s)原语wait(s) ：BeginLock out interrupts;s = s – 1;If s < 0 then BeginStatus(q) = blocked;Insert(WL, q);Unlock interrupts; Scheduler;EndElseunlock interrupts;End13.链接文件：逻辑文件中的不同记录可以存储在离散的磁盘块中。
页式存储管理指导
运行命令2
4. （续）入对应页表表项，并修改该进程 内存分配表和页表。把申请到的页号填 入对应页表表项，把状态位置1修改位 示图和可用空闲块数 5. 查表完成地址映射，打印格式如下： 12345-14782 4. 重复以上步骤完成第2个地址转换
显示进程状态
显示选定进程的页表，例如
虚拟页号 状态位 物理页号 访问位
加载进程
1. 接收用户输入进程信息（进程名，长度） 2. 自动为进程编号 3. 自动为进程创建页表，页表包含内容因淘汰算 法不同有所区别，一般应有虚拟页号、状态位、 物理页号、访问位（或最近访问时间）等，页 表长度＝（进程长度+页长－1）/页长，用结 构体数组实现，每个进程一个页表，初始情况 下，页表中访问位和状态位都为0； 4. 为进程创建内存分配表，格式：进程号、虚拟 页号、物理页号，用数组实现
页式存储管理指导
程序模块图
初始化
功能选择
加载进程
选择进程
运行命令
显示进程状态
退出
初始化功能
1. 初始化位示图 位示图是用1个二进制位来代表一个物 理页分配情况，1代表已经分配，0代表 未分配。如页大小为2K，内存容量 256K，则需要128个二进制位即16个字 节空间，定义为char wst[16],wst[0]代表 0～7页，如要查看第x号页是否分配， 可用如下语句if ((wst[x/8]&(1<<x))==0) 2. 可用空间kykj=256/2
运行命令
1. 从键盘上接收命令，命令格式为 12345：MOV AX,45678 2. 自动切分命令3个部分，得到两个地址： 12345和45678 3. 把它们自动拆分为页号和页内地址 4. 查选定进程页表，如其所在页没有调入内存， 则查看该进程内存分配表，看是否占完所用物 理页数，如是则根据淘汰算法淘汰一页。然后 申请内存（根据位示图），把申请到的页号填
操作系统 复习 计算题
计算题：（很多重复的，看看同类型的怎么做就行了）（一）有一计算机系统采用如下图所示的位示图（行号、列号都从0开始编号）来管理空闲盘块。
如果盘块从0开始编号，每个盘块的大小为1KB。
（12分）⑴现要为文件分配两个盘块，试具体说明分配过程。
⑵若要释放磁盘的第300块，应如何处理？0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15123456（二）在分页存储管理方式中，地址空间共32位。
问：可访问的内存空间的大小是多少？如果用12位表示页内地址，则系统的一个物理块有多大？一个进程最多能分多少个页？（8分）1、假设计算机系统采用CSCAN(循环扫描)磁盘调度策略,使用2KB的内存空间记录16384个磁盘的空闲状态（14分）(1)、请说明在上述条件如何进行磁盘块空闲状态的管理。
(2)、设某单面磁盘的旋转速度为每分钟6000转，每个磁道有100个扇区，相临磁道间的平均移动的时间为1ms。
若在某时刻，磁头位于100号磁道处，并沿着磁道号增大的方向移动，磁道号的请求队列为50，90，30，120对请求队列中的每个磁道需读取1个随机分布的扇区，则读完这个扇区点共需要多少时间？需要给出计算过程。
（二）在请求分页式存储管理方式中，假定系统为某进程分配了四个物理块，页的引用顺序为：7，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1，且采用固定分配局部算法，则若采用最佳置换算法、先进先出页面置换算法、LRU置换算法时分别产生多少次缺页中断？(6分)（一）假定有一个进程A，它的工作流程图如下所示，如果系统中进程只有三种状态（就绪、执行、阻塞），且进程被进程调度选中后就可投入运行，时间片q=200ms，请顺序列出其从开始到结束所经历的状态转化过程，并注明原因。
(6分)开始磁盘I/O请求磁带I/O请求打印请求结束计算250ms 计算50ms 计算200ms 计算150ms（二）设有一分页存储管理系统，向用户提供的逻辑地址空间最大为16页，每页2048字节，内存总共有8个存储块，试问逻辑地址至少应为多少位？内存空间多大？（6分）（三）有一计算机系统采用如下图所示的位示图（行号、列号都从0开始编号）来管理空闲盘块。
操作系统复习题答案
1、在设备管理中，数据传送控制方式有哪几种？试比较它们各自的优缺点。
1、程序控制输入/输出方式。
控制相对简单，不需要硬件支持，CPU和I/O设备串行工作，适用于CPU执行速度较慢且外设较少的设备。
2、中断输人／输出方式。
能实现CPU和I/O设备及I/O设备间的并行，中断次数过多，数据容易丢失，适用于中断次数少且外设较少的设备。
3、直接存储器方式DMA方式。
能实现CPU和I/O设备间的并行，设备和主存之间可以直接成批传送数据，大大减少了CPU干预，需要存储器硬件支持。
4、通道控制方式。
CPU权利下放，干预更少，提高了系统资源利用率，需要硬件支持。
2、文件的物理组织结构常见的有几种？它们与文件的存取方式有什么关系？⑴、顺序结构（又称连续结构）：是顺序存取时速度较快；当文件是定长记录文件时，还可根据文件起始地址及记录长度进行随机访问。
⑵、链接（又称串联）结构：链接文件只能按照文件的指针链顺序访问，因而查找效率较低。
⑶、索引结构：是可以进行随机访问，也易于进行文件的增删。
3、文件存储空间管理的方法有哪些？它们的优缺点？①、空闲文件目录：⑴、如果文件太大，那么在空白文件目录中将没有合适的空白文件能分配给它，尽管这些空白文件的总和能满足需求。
⑵、经过多次分配和回收，空白文件目录中的小空白文件越来越多，很难分配出去，形成碎片。
②、空闲块链：⑴、可实现不连续分配。
⑵、由于每个空闲块的指针信息都是存放在上一空闲块中的，这样就不用占用额外的存储空间，与空白文件目录管理方法相比节省了存储开销。
⑶、因为链接信息是存放在每个空闲块中的，每当在链上增加或删除空白块时需要很多输入／输出操作，系统开销大。
⑷、对于大型文件系统，空闲链将会太长。
③、位示图：采用位示图的方法管理辅存空间较为简单，并且由于位示图很小，可放在内存中，访问速度较快。
4、系统中调度的层次分为几级，它们的主要任务各是什么？一般地，处理机的调度分为3级：⑴、作业调度：又称宏观调度，或高级调度。
计算机操作系统典型例题解析之五
计算机操作系统例题及解析之五【例1】什么是文件？什么是文件系统？答：文件是在逻辑上具有完整意义的信息集合，它有一个名字作标识。
文件具有三个基本特征：文件的内容为一组相关信息、文件具有保存性、文件可按名存取。
文件系统是操作系统中负责管理和存取文件的程序模块，也称为信息管理系统。
它是由管理文件所需的数据结构（如文件控制块、存储分配表）和相应的管理软件以及访问文件的一组操作所组成。
【例2】什么是文件的物理结构和逻辑结构？答：文件的逻辑结构是从用户观点出发所看到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构。
文件的逻辑结构有两种形式：有结构的记录文件和无结构的流式文件。
文件的物理结构是指文件在外存上的存储组织形式。
文件的物理结构有三种形式：顺序结构、链接结构和索引结构。
【例3】假定盘块的大小为1KB，硬盘的大小为500MB，采用显示链接分配方式时，其FAT 需要占用多少存储空间？答：FAT的每个表项对应于磁盘的一个盘块，其中用来存放分配给文件的下一个盘块的块号，故FAT的表项数目由物理盘块数决定，而表项的长度则由磁盘系统的最大盘块号决定（即它必须能存放最大的盘块号）。
为了地址转换的方便，FAT表项的长度通常取半个字节的整数倍，所以必要时还必须由最大盘块号获得的FAT表项长度作一些调整。
由题意可知，该硬盘共有500K个盘块，故FAT中共有500K个表项；如果盘块从1开始编号，为了能保存最大的盘块号500K，该FAT表项最少需要19位，将它扩展为半个字节的整数倍后，可知每个FAT表项需20位，即2.5个字节。
因此，FAT需占用的存储空间的大小为：2.5×500K=1250KB【例4】存放在某个磁盘上的文件系统，采用混合索引分配方式，其FCB中共有13个地址项，第0～9个地址项为直接地址，第10个地址项为一次间接地址，第11个地址项为二次间接地址，第12个地址项为三次间接地址。
如果每个盘块的大小为4K字节，若盘块号需要用4个字节来描述，请问该系统中允许的文件的最大长度是多少？答：由题意可得，每个盘块最多存放4K/4＝1K个盘块地址。
用位示图管理磁盘空间的分配与回收
课程设计报告( 2016--2017年度第二学期)课程名称:操作系统实验课设题目: 用位示图管理磁盘空间的分配与回收院系:控制与计算机工程学院班级:信安1401姓名:黄竞昶指导教师:贾静平设计周数: 一周成绩:2015年7月9 日一、需求分析要求打印或显示程序运行前和运行后的位示图，以及分配和回收磁盘的物理地址过程。
（1）假定现有一个磁盘组，共40个柱面。
每个柱面4个磁道，每个磁道又划分成4个物理记录。
磁盘的空间使用情况用位示图表示。
位示图用若干个字构成，每一位对应一个磁盘块。
1表示占用，0表示空闲。
为了简单，假定字长为16位，其位示图如图9—1所示。
系统设一个变量S，记录磁盘（2）申请一个磁盘块时，由磁盘块分配程序查位示图，找出一个为0的位，并计算磁盘的物理地址(即求出柱面号、磁道号(也即磁头号)和扇区号)。
由位示图计算磁盘的相对块号的公式如下：相对块号一字号×16+位号之后再将相对块号转换成磁盘的物理地址：由于一个柱面包含的扇区数＝每柱面的磁道数×每磁道的扇区数＝4×4＝16，故柱面号＝相对块号／16的商，即柱面号＝字号磁道号＝(相对块号／16的余数)／4的商，即(位号／4)的商物理块号＝(相对块号／16的余数)／4的余数，即(位号／4)的余数（3）当释放一个相对物理块时，运行回收程序，计算该块在位示图中的位置，再把相应位置0。
计算公式如下：先由磁盘地址计算相对块号：相对块号＝柱面号×16+磁道号×4+物理块号再计算字号和位号：字号＝相对块号／16的商，也即字号＝柱面号位号＝磁道号×物理块数／每磁道+物理块号（4）按照用户要求，申请分配一系列磁盘块，运行分配程序，完成分配。
然后将分配的相对块号返回用户，并将相对块号转换成磁盘绝对地址，再显示系统各表和用户已分配的情况。
（5）设计一个回收算法，将上述已分配给用户的各盘块释放。
并显示系统各表。
操作系统第八章课后习题
1.目前常用的外存有哪几种组织方式?答；(1)连续组织方式。
为每一个文件分配--组位置相邻接的盘块，由此形成的文件物理结构是顺序式的文件结构。
(2)链接组织方式。
为每个文件分配一组位置离散的盘块，通过给每个盘块设置一个指针，将属于同-一个文件的盘块链接在一起，链接的顺序和文件的逻辑页的顺序一致。
由此形成的文件物理结构是链接文件。
(3)索引组织方式。
为每个文件分配--组位置离散的盘块，为每个文件建立一个物理结构的索引表，记录分配给该文件的物理盘块，以及这些盘块和文件逻辑页顺序的对应关系。
由此形成的文件物理结构是索引文件。
2 •山连续组织方式所形成的顺序文件的主要优缺点是什么？它主要应用于何种场合？(1)连续组织方式所形成的顺序文件的主要优点①顺序访问容易②顺序访问速度快(2)连续组织方式所形成的顺序文件的主要缺点①要求为一个文件分配连续的存储空间②必须事先知道文件的长度;③不能灵活地删除和插入记录④对于那些动态增长的文件，山于事先很难知道文件的最终大小，因而很难为分配空间，而即使事先知道文件的最终大小，在采用预分配存储空间的方法时也会使大量的存储空间长期空闲。
(3)主要适用场合:连续组织方式所形成的顺序文件是一种最简单、最常用的文件组织方法，它适用于许多资料处理的场合，如磁带文件，打印文件都是常用的顺序文件。
3.在链接式文件中常用哪种链接方式?为什么？答:链接方式分为隐式链接和显式链接两种形式。
隐式链接是在文件U录的每U 录项中，都含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。
显式链接贝把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。
4•在文件分配表中为什么要引入“簇”的概念？以“簇"为基本的分配单位有什么好处？(1)引入“簇”的原因：为了适应磁盘容量不断增大的需要，在进行盘块分配时不再以盘块而是以簇(Cluster)为基本单位。
一个簇应包含扇区的数量与磁盘量的大小直接有关。
存储管理_17667
空块管理——位示图
管理（续1）
0 0 1 0/1 0/1 0/1 0/1 31 0/1
7
…… 空闲块数
空块管理——位示图
……
管理（续2）
内存的分配与回收 计算一个作业所需要的总块数N 查位示图，看看是否还有N个空闲块 如果有足够的空闲块，则页表长度设为N， 可填入PCB中；申请页表区，把页表始 址填入PCB 依次分配N个空闲块，将块号和页号填入 页表 修改位示图
0K 15K
15K 48K 98K
38K
48K
空
已分配区表
始址 长度 标志
68K
80K 85K 98K 110K 120K
0K
38K 68K 110K 80K 85K
15K
10K 12K 10K 5K 13K
J1
J2 J3 J4 J5 J6
可变分区存储管理方案（续2）
内存回收 当某一块归还后，前后空间合并，修改 内存空闲块表
存储管理的任务（续10）
地址转换 为了保证 CPU执行指令时可正确访问存储单 元，需将用户程序中的逻辑地址转换为运行 时由机器直接寻址的物理地址，这一过程称 为地址映射
原因: 当程序装入内存时 , 操作系统要为该程序分配 一个合适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配 到内存物理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按 物理地址进行的，所以要进行地址转换
存储分配：如果有一个空闲区，则分配给 进程
多个等待队列 分区4 单个等待队列 分区4
分区3
分区3
分区2 分区1 操作系统
分区2 分区1 操作系统
固定分区（续）
内存管理：设置内存分配表
位示图盘块回收转换公式解释
位示图盘块回收转换公式解释
位示图是指操作系统中用于记录存储设备中每个盘块（磁盘上的最小数据单元）分配情况的一张表。
每个盘块对应位示图中的一个比特位,若为1表示该盘块已经被分配,若为0则表示该盘块空闲。
盘块回收是指将已经被使用的盘块重新变为空闲状态,以便后续可以被再次分配。
盘块回收时常用的方法是将位示图中对应盘块的比特位清零,表示该盘块变为空闲,然后再执行回收操作。
位示图转换公式是一种计算方式,用于计算盘块在位示图中对应的比特位所在的字节位置和比特位偏移量。
假设一个位示图中每个比特位占用1个字节,那么第i个盘块对应位示图中的第j个比特位的计算公式为：
字节位置= i ÷ 8
比特位偏移量 = i mod 8
第j个比特位为该字节中的第比特位偏移量位
其中,"÷"表示整数除法,"mod"表示整数取余。
通过上述公式,可以计算出盘块在位示图中对应的比特位位置,从而进行盘块回收操作。
第 5 章 文件管理
例2
假定有一个简单的文件系统，某文件以顺序结构 顺序结构存放在 顺序结构 磁盘上。该文件有10个等长的逻辑记录组成，每个逻辑记 录的长度为512个字节。文件存放在磁盘上的起始块号为28， 每个物理块长度为1K字节。回答下面问题： （1）采用记录或组方式存放该文件时，块因子为 最 合适。 （2）存放该文件至少要占用 个磁盘块。 （3）该文件的第6个逻辑记录所在的磁盘块号 为 。 （4）若要把第6个逻辑记录读入到用户区的1500单元 开始的区域，写出完成该要求的主要过程。
5. 2 存储介质
磁带 磁盘
磁带存储原理
记录 空隙 1、记录只能按在磁带上的物理顺序存取。 2、记录之间的空隙是必须的，且长度只与磁带的物理特性有关。 3、为了提高磁带的利用率，采用成组技术，即将若干个记录放 在一个记录块中。 4、但在读取时，需要缓冲区和程序的支持。 记录
例 题：
假定磁带的记录密度为1600bpi(字节/英寸)，块与块之间 的间隔为0.5英寸。若每个逻辑记录的长度为200个字符： （1）不采用成组操作时，磁带空间的利用率是多少？）若 （2）将6个记录为一组，磁带空间的利用率是多少？ （3）为了使磁带空间的利用率大于80%，采用记录成组时 其块因子至少为多少？
输入文件 输出文件 输入输出文件
文件系统的功能
使用户能够方便地创建和删除一个文件。 使用户能够方便地构造自己的文件。 文件共享：允许多个用户使用同一个文 件。 文件通信：文件之间传输数据。 文件的按名存取。 提供可靠的保护和保密措施。 为防止意外事故，文件系统应有转储和 恢复文件的能力。
ห้องสมุดไป่ตู้
文件操作功能
引入了一个逻辑概念：文件。
文
件
命名了的数据项的集合。 每一个文件都有一个唯一的文件名 文件名。 文件名 对文件实现“按名存取 按名存取”。 按名存取 用户只需给出文件的名字，就可以方便 地使用文件，而不必关系文件的物理存 储位置。 那么，谁来负责存取和管理外存上的文 件呢？
操作系统第4章练习题
第4章存储器管理4.1 典型例题解析【例1】某系统采用动态分区分配方式管理内存，内存空间为640K，高端40K用来存放操作系统。
在内存分配时，系统优先使用空闲区低端的空间。
对下列的请求序列：作业1申请130K、作业2申请60K、作业3申请100K、作业2释放60K、作业4申请200K、作业3释放100K、作业1释放130K、作业5申请140K、作业6申请60K、作业7申请50K、作业6释放60K，请分别画图表示出使用首次适应算法和最佳适应算法进行内存分配和回收后内存的实际使用情况。
答：使用首次适应算法和最佳适应算法进行上述内存的分配和回收后，内存的实际使用情况分别如图(a)和(b)所示。
（a ）(b) 【例2】对一个将页表存放在内存中的分页系统:（1）如访问内存需要0．2μs ，有效访问时间为多少?（2）如果加一快表，且假定在快表中找到页表项的机率高达90％，则有效访问时间又是多少(假定查快表需花的时间为0)? 答：（1）有效访问时间为：2×0．2=0．4μs （2）有效访问时间为：0．9×0．2+(1—0．9)×2×0．2＝0．22 ps 。
【例3】某系统采用页式存储管理策略，拥有逻辑空间32页，每页2K ，拥有物理空间1M 。
（1）写出逻辑地址的格式。
（2）若不考虑访问权限等，进程的页表有多少项?每项至少有多少位? （3）如果物理空间减少一半，页表结构应相应作怎样的改变? 答：（1）该系统拥有逻辑空间32页，故逻辑地址中页号必须用5位来描述：而每页为 2K ，因此，页内地址必须用11位来描述，这样可得到它的逻辑地址格式如下： 等，则页表项中只需给出页所对应的物理块块号，1M 的物理空间可分成29个内存块，故每个页表项至少有9位(3)如果物理空间减少一半，则页表中页表项数仍不变，但每项的长度可减少1位。
【例4】已知某分页系统，主存容量为64K ，页面大小为1K ，对一个4页大的作业，其0、l 、2、3页分别被分配到主存的2、4、6、7块中。
计算机操作系统第四版-汤小丹-教案第八章
第八章
磁盘存储器的管理
连续组织方式的主要缺点如下：
(1) 要求为一个文件分配连续的存储空间。 (2) 必须事先知道文件的长度。 (3) 不能灵活地删除和插入记录。 (4) 对于那些动态增长的文件。
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第八章
磁盘存储器的管理
8.1.2 链接组织方式
如果可以将文件装到多个离散的盘块中，就可消除连续 组织方式的上述缺点。在采用链接组织方式时，可为文件分
35
第八章
磁盘存储器的管理
3. 盘块的回收
盘块的回收分两步： (1) 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号和列号。 转换公式为： i = (b - 1)DIV n + 1
j = (b - 1)MOD n + 1
(2) 修改位示图。令map[i, j] = 0。
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第八章
磁盘存储器的管理
8.2.3 成组链接法
8
第八章
磁盘存储器的管理
1. 隐式链接
在采用隐式链接组织方式时，在文件目录的每个目录项 中，都须含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指 针。
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第八章
磁盘存储器的管理
图8-2 磁盘空间的链接式分配
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第八章
磁盘存储器的管理
2. 显式链接
这是指把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在内 存的一张链接表中。该表在整个磁盘中仅设置一张，如图83所示。
存放下一个盘块号，它实际上是用于盘块之间的链接的指针， 通过它可以将一个文件的所有的盘块链接起来，而将文件的
第一个盘块号放在自己的FCB中。
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第八章
磁盘存储器的管理
图8-4 MS-DOS的文件物理结构
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第八章
第4章_内存管理
（3）最坏适应分配算法（WF）
它每次分配主存时总是挑选一个最大的空闲区， 分割一部分给作业使用，使剩下的部分不至于太小 而成为主存碎片。为实现这种算法，把空闲区按长 度递减的次序登记在空闲分区表中，分配时，顺序 查找。 它的优点是不会产生过多的碎片。不影响大作 业的分配。另外收回主存时，要按长度递减的顺序 插入到空闲分区表中，增加了系统开销。
（2）最优适应分配算法（BF）
它是从所有的空闲分区中挑选一个能满足作业 要求的最小空闲区进行分配。这样可以保证不去分 割一个更大的空闲区，使装入大作业时比较容易得 到满足。为实现这种算法，把空闲区按长度递增次 序登记在空闲分区表中，分配时，顺序查找。 它的优点是解决了大作业的分配问题，不足是 容易产生主存碎片，降低了主存空间的利用率。另 外收回主存时，要按长度递增顺序插入到空闲分区 表中，增加了系统开销。
相应地，将内存空间划分成与页相同大小的 若干个物理块，称为块或页帧。 在为进程分配内存时，将进程中若干页分别 装入多个不相邻接的块中。
4.3.1 页式管理概述
2.地址结构： 分页系统的地址结构由两部分组成：前一部分 为页号P；后一部分为位移量W，即页内位移。 在下图中地址为32位，其中0～11位为页内位 移（每页的大小为4K），12～31位为页号，所以允 许地址空间的大小最多为1M个页。
地址重定位的原因是什么?
因为程序在装入内存后，其逻辑地 址和物理地址不一致。
源程序 （名空间）
0
逻辑地址空间
物理地址空间
BA=1000
Load A data1
100
Load A 200
Load A 200
编译 连接
data1 3456 200 3456
地址映射
操作系统原理第5章
第5章 存储管理
• 第二机会算法——Second-Chance Algorithm
分区的分配与回收
1. 固定分区的分配与回收 2. 动态分区的分配与回收 存储分配算法
首次适应算法——first fit algorithm 最佳适应算法——best fit algorithm 最差适应算法——worst fit algorithm 循环首次适应算法——Circular first fit algorithm 3. 动态分区的回收与拼接 4. 几种分配算法的比较
111100033333222
****
******
缺页率=12/17=70.6%
**
• Four Page Frames
70120304230321201
77777333333333222
0000004444444444
111111110000000
22222222221111
****
*
*
*
**
缺页率=9/17=52.9%
(NUR——Not Used Recently或者NRU——Not Recently Used)
引用位(1bit)
附加位(8bit)
若某页的移位寄存器的值为00000000，则该页在8个时间间 隔内没有被使用过。若某页的移位寄存器的值为11111111，则 该页在每个时间间隔内至少使用过1次。
若页A的移位寄存器的值为11000100，页B的移位寄存器的 值为01110111，则淘汰页B。
22
第5章 存储管理
First–In–First–Out (FIFO) Algorithm
• Three Page Frames
123412512345
位示图法模拟课程设计
位示图法模拟课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解位示图法的基本原理，掌握其在数据存储中的应用。
2. 学会运用位示图法解决实际问题，如内存分配、磁盘空间管理等。
3. 了解位示图法在不同场景下的优化策略。
技能目标：1. 培养学生运用位示图法进行数据存储和处理的能力。
2. 提高学生在编程实践中运用位示图法的技巧，培养其解决问题的能力。
3. 培养学生分析、设计和实现位示图法相关算法的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对位示图法及相关数据结构的好奇心和求知欲。
2. 培养学生主动探索、合作交流的学习态度，增强其团队协作能力。
3. 通过位示图法的实际应用，使学生认识到数据结构在实际问题中的价值，培养其实践意识。
本课程针对高中年级学生，结合计算机科学和数据结构相关知识，以位示图法为主题，旨在培养学生的理论知识和实践技能。
课程性质为理论联系实际，注重培养学生的动手能力和解决问题的能力。
在教学过程中，教师需关注学生的学习进度，分解课程目标为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。
通过本课程的学习，学生将能够掌握位示图法的核心知识，提高编程实践能力，培养良好的学习态度和价值观。
二、教学内容1. 位示图法基本概念：位示图定义、位数组、位示图与数据存储的关系。
2. 位示图法的原理与应用：位示图在内存分配、磁盘空间管理中的应用，位示图的优势与局限性。
3. 位示图法的实现：位操作基础，位示图的具体实现步骤，相关算法设计。
4. 位示图法的优化策略：位示图在存储效率、查询速度等方面的优化方法。
5. 实践案例：结合实际案例，运用位示图法解决相关问题，如内存分配、磁盘碎片整理等。
教学内容依据教材相关章节进行组织，教学大纲安排如下：第一课时：位示图法基本概念，引入位示图的定义和位数组。
第二课时：位示图法的原理与应用，分析位示图在数据存储中的优势与局限性。
第三课时：位示图法的实现，讲解位操作基础和位示图的具体实现步骤。
位示图
16GB的磁盘有224个1KB的块（扇区）。
若用位示图来管理，试问总共需要多少个二
进制位？需要用多少块这个位示图？
224个扇区用位示图来管理总共需要224个二进制位（3分），由于扇区的大小为1KB，
存放这个位示图需要用224/8k=211=2048个扇区（3分）。
假设一个磁盘有100个柱面，每个柱面有10个磁道，每个盘面被分为8个扇区，柱面、磁头和扇区的编号均从0开始。
现用字长为16位的位示图来管理磁盘空间，位示
图的字号、位号从0开始编号。
（1）每个柱面有多少个存储块？该磁盘组共有多少个存储块？
（2）（2）求位示图中字号为7、位号为3的二进制位对应块的物理块号？
（3）给出该块的物理地址（柱面号、磁头号、扇区号）。
•解：（1）每个柱面有10（道）*8 （扇区）=80个存储块，磁盘共有80*100=8000个存储块。
（2）位示图中字号为7、位号为3的二进制位对应块的块号是7*16+3=115。
（3）115/80=1，115%80=35，35/8=4，35%8=3，该块的柱面号是1，磁头号是4，扇区
号是3。
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实验名称：____________________________成绩：___________
专业班级：________姓名：_____ _____学号：0709014137
实验日期：年月日
实验报告日期：年月日
一、实验目的：实现位示图对文件存储空的管理
二、实验内容
在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储器，在其上实现一个简单的单用户文件系统。在退出这个简单的文件系统时，应将该虚拟文件系统保存到磁盘上，以便下次可以再将它恢复到内存的虚拟磁盘空间中。2．文件存储空间的分配可采用显式链接分配或其他的办法。3．空闲空间的管理可选择位示图或其他的办法。。#include
这种方法是在外存上建立一张位示图（bitmap），记录文件存储器的使用情况。每一位仅对应文件存储器上的一个物理块，取值0和1分别表示空闲和占用。文件存储器上的物理块依次编号为：0、1、2、…。
位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况。当其值为“0”时，表示对应的盘块空闲；为“1”时表示已分配。由所有盘块对应的位构成一个集合，称为位示图。位示图也可描述为一个二维数组map：Var map:array[1...m,1...n]of bit;
·修改位示图，令map[i,j]=1。
盘块的回收
盘块的回收分两步：
·将回收盘块的盘块号转换成位于图中的行号和列号。转换公式为：
i=(b-1)DIVn+1
j=(b-1)MODn+1
·修改位示图。令map[i,j]=0。
0
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位示图
盘块的分配
根据位示图进行盘块分配时，可分三步进行：
·顺序扫描位示图，从中找出一个或一组值均为“0”的二进制位；
·将找到的二进制位，转换成与之相应的盘块号；