操作系统第五章复习资料
操作系统复习5_设备管理
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第五章 设备管理设备管理的对象是:I/O 设备为主,包括设备控制器和I/O 通道;设备管理的基本任务是:完成用户I/O 请求、提高I/O 速度及提高I/O 设备利用率; 设备管理的主要功能是:缓冲区管理、设备分配 、设备处理、虚拟设备及设备独立性。
5.1 I/O 系统5.1.2 设备控制器-CPU 和I/O 设备的接口,解脱CPU ;可编址,含有多个设备地址,以连接多个设备。
1. 设备控制器的基本功能1) 接收和识别命令:接收CPU 命令存放于控制寄存器;命令译码 2) 数据交换: CPU(总线)<-->控制器(数据寄存器)<-->设备; 3) 标识和报告设备的状态:供CPU 了解;状态寄存器; 4) 地址识别:设备和寄存器地址;地址译码器5) 数据缓冲:用缓冲器暂存来自CPU 和I/O 设备的数据;6) 差错控制:对I/O 数据差错检测,并向CPU 报告,错误重发。
2. 设备控制器的组成1).设备控制器与处理机的接口—通信线路(三类):数据线、控制线和地址线,数据线连接数据寄存器和控制/状态寄存器;2).设备控制器与设备的接口—连接多个设备,每个接口有数据、状态和控制三种信号; 3).I/O 逻辑—根据CPU 发来信号对设备控制。
CPU 启动设备时,将I/O 启动命令和地址分别通过数据线和地址线发送给控制器,由I/O 逻辑对地址进行译码,再根据所译出的命令对相应设备进行控制。
图 5-2 设备控制器的组成5.1.3 I/O 通道1.I/O 通道(I/O Channel)设备的引入数据寄存器控制/状态寄存器数据线I/O 逻辑…控制器与设备接口1控制器与设备接口i数据状态控制数据状态控制…地址线控制线CPU 与控制器接口控制器与设备接口虽然设备控制器能减少CPU 对I/O 的干预,但当外设很多时,CPU 负担仍很重。
为建立更独立的I/O 操作,在CPU 和控制器之间又增设了通道,其目的是将CPU 从繁杂的I/O 任务解脱出来。
操作系统第五章复习
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第五章存储管理物理地址:把内存分成若干个大小相等的存储单元,每个单元给一个编号,这个编号称为内存地址(物理地址、绝对地址、实地址),存储单元占8 位,称作字节(byte )。
物理地址空间:物理地址的集合称为物理地址空间(主存地址空间),它是一个一维的线性空间。
程序地址:用户编程序时所用的地址(或称逻辑地址、虚地址),基本单位可与内存的基本单位相同,也可以不相同。
程序地址空间(逻辑地址空间、虚地址空间): 用户的程序地址的集合称为逻辑地址空间,它的编址总是从0 开始的,可以是一维线性空间,也可以是多维空间。
存储管理的功能1. 虚拟存储器2. 地址变换3. 内外存数据传输的控制4. 内存的分配与回收5. 内存信息的共享与保护虚拟存储器虚拟存储器的实现基础:实验证明,在一个进程的执行过程中,其大部分程序和数据并不经常被访问。
实现原理:把进程中那些不经常被访问的程序段和数据放入外存中,待需要访问它们时再将它们调入内存。
引入虚拟存储技术的好处大程序:可在较小的可用内存中执行较大的用户程序;大的用户空间:提供给用户可用的虚拟内存空间通常大于物理内存(real memory);并发:可在内存中容纳更多程序并发执行;易于开发:不会影响编程时的程序结构虚拟存储器—概念将进程中的目标代码、数据等的虚拟地址(又称逻辑地址,相对地址)组成的虚拟空间称为虚拟存储器(Virtual memory )。
虚拟存储器不考虑物理存储器的大小和信息存放的实际位置,只规定每个进程中互相关联的信息的相对位置。
每个进程都有自己的虚拟存储器,通常是一个以0 地址为始地址的一维(或多维)虚拟地址空间。
从虚拟地址空间到物理地址空间需要进行地址变换。
地址变换物理地址空间是一维的,而虚拟地址空间可以是一维的,也可以是多维的。
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。
计算机操作系统教程第五章
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• 分配:当进程申请大小为SIZE的内存时, 系统从空闲区表的第一个表目开始查询, 直到首次找到等于或大于SIZE的空闲区。 从该区中划出大小为SIZE的分区分配给 进程,余下的部分仍作为一个空闲区留 在空闲区表中,但要修改其首址和大小。
34
• 回收:按释放区的首址,查询空闲区表, 若有与释放区相邻的空闲区,则合并到 相邻的空闲区中,并修改该区的大小和 首址,否则,把释放区作为一个空闲区, 将其大小和首址按照首地址大小递增的 顺序插入到空闲区表的适当位置。
35
分析
• 注意:每次分配和回收后空闲区表或空闲 区队列都要按首址递增的次序排序。
最先适应分配算法的优点:
• 释放某一存储区时,若与空闲区相邻则合并 到相邻空闲分区中去,这种情况并不改变该 区在表中的位置,只要修改其大小或首址。
AX B
变为
A
B
AX
变为
A
XB
变为
B
x
变为
X终止前
X终止后
27
28
链表空闲区管理方法
• 内存空闲区的开头单元存放 本空闲区长度及下一个空闲 区起始地址,所有空闲区都链 接起来,设置第一块空闲区地 址指针,让它指向第一块空闲 区地址。
• 申请空闲区;
• 归还空闲区。
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空闲分区链表一种组织形式
30
7
快速缓存(Chaching)
• 快速缓存Caching • Cache的管理 • Cache数据的一致性问题
8
地址转换与存储保护
• 逻辑地址(相对地址)与物理地 址(绝对地址)
• 逻辑地址空间与物理地址空间 • 地址转换或重定位 • 静态重定位与动态重定位 • 存储保护
操作系统第五章课后习题讲解
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图5.10
图5.11
第五章课后习题讲解
LOGO
这个状态是安全的。 解:这个状态是安全的。 因为C={3 C={3, }而Allocation={2, 因为C={3,7,2,3 }而Allocation={2,5,1, 2}则Available={1, 1}。 2}则Available={1,2,1,1}。 NEED 进程 P0 P1 P2 P3 P4 R0 1 2 3 3 0 R1 3 3 1 1 2 R2 1 1 2 0 1 R3 1 1 3 3 1
每个进程均只允许申请1 答:4个。每个进程均只允许申请1台,每个进程 Allocation均为 均为1 因为max max为 Available为 Allocation均为1,因为max为2,则Available为1。 此时,总共的Allocation Allocation为 所以,最多允许4 此时,总共的Allocation为4,所以,最多允许4 个进程参与竞争。 个进程参与竞争。
第五章课后习题讲解
LOGO
5.11 考虑图5.9所示的资源分配图,哪个进 程会发生死锁?
图5.9
P3、P4会发生死锁 因为P3 R3、P4、R4形成 会发生死锁。 P3、 答:P3、P4会发生死锁。因为P3、R3、P4、R4形成 环路。 环路。
第五章课后习题讲解
LOGO
5.13 假定一个系统具有四个系统类型,C={3,7, 2,3},最大资源需求数表如图5.10所示。资源分 配器根据图5.11中的表来分配资源,这个状态安 全吗?为什么?
1 3 1 1 3 4 1 2 1 2 1 1 2 3 1 1 3 6 1 3 3 1 2 3 3 7 2 3 3 1 0 3 3 6 2 3 0 2 1 1 1 3 1 2
操作系统讲义第五章
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操作系统讲义第五章在计算机的世界里,操作系统就像是一位幕后的大管家,默默地管理着各种资源,确保计算机能够高效、稳定地运行。
这一章,咱们就来深入探讨一下操作系统中的一些关键概念和技术。
首先,咱们来聊聊进程管理。
进程可以简单理解为正在运行的程序。
比如说,当您打开一个浏览器浏览网页时,就启动了一个浏览器进程。
操作系统要负责为这些进程分配资源,如 CPU 时间、内存空间等,还要协调它们之间的运行顺序,避免冲突和混乱。
进程有几种不同的状态,比如就绪态、运行态和阻塞态。
就绪态就是进程已经准备好运行,只等 CPU 分配时间给它;运行态就是进程正在使用 CPU 执行指令;阻塞态则是进程因为等待某些资源而暂时无法运行,比如等待输入数据。
为了有效地管理进程,操作系统使用了各种调度算法。
比如先来先服务算法,谁先来就先给谁分配 CPU 时间;还有短作业优先算法,优先处理运行时间短的进程,以提高系统的整体效率。
接下来,咱们谈谈内存管理。
内存是计算机存储数据和程序的地方,就像一个大仓库。
操作系统要确保不同的程序能够合理地使用内存,避免相互干扰和冲突。
内存管理有分页和分段两种主要方式。
分页是将内存分成固定大小的页,程序也被分成同样大小的页,这样便于管理和分配。
分段则是根据程序的逻辑结构,将其分成不同的段,比如代码段、数据段等。
虚拟内存技术也是内存管理中的一个重要手段。
它允许程序使用比实际物理内存更大的内存空间,通过将暂时不用的数据存储在硬盘上,当需要时再调入内存,从而扩展了程序可用的内存范围。
再说说文件管理。
文件是计算机中存储信息的基本单位,操作系统要负责文件的创建、存储、检索和删除等操作。
文件系统就像是一个文件的仓库管理员,它规定了文件的组织方式和存储结构。
常见的文件系统有 FAT、NTFS 等。
文件在存储时,会被分配一个特定的存储空间,并通过目录结构进行管理,方便用户查找和访问。
文件的访问控制也是很重要的一环。
操作系统要确保只有授权的用户能够访问和修改特定的文件,以保护文件的安全性和完整性。
计算机操作系统第五章设备管理复习资料
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第五章设备管理(一)简答题1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术?解:缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
在OS的设备管理中,引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。
(1)缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
一般情况下,程序的运行过程是时而进行计算,时而进行输入或输出。
以打印机输出为例,如果没有缓冲,则程序在输出时,必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待;然而在计算阶段,打印机又无事可做。
如果设置一个缓冲区,程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中,然后继续执行;而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。
(2)减少中断CPU的次数。
例如,假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据,则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次,如果数据通信速率为9.6Kb/s,则中断CPU的频率也是9.6KHz,即每100us就要中断CPU一次,若设置一个具有8位的缓冲寄存器,则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。
(3)提高CPU和I/O设备之间的并行性。
由于在CPU和设备之间引入了缓冲区,CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息,相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。
在CPU工作的同时,设备也能进行输入输出操作,这样,CPU和I/O设备就可以并行工作。
2、引入缓冲的主要原因是什么?P155【解】引入缓冲的主要原因是:●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾;●减少对CPU的中断频率,放宽对中断响应时间的限制●提高CPU和I/O设备之间的并行性。
3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制(Buffering)。
答:引入缓冲的主要原因:(1)缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
(2)减少对CPU的中断频率,放宽对中断响应时间的限制。
(3)提高CPU与I/O设备之间的并行性。
4、简述SPOOLing(斯普林)系统的工作原理。
解:多道程序并发执行后,可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能,将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上;再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能,将高速磁盘上的数据传送到输出设备上,这样就可以在主机的直接控制下,实现脱机输入、输出操作,这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。
操作系统第三版第5章习题解答
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第5章习题解答一、填空1.一个文件的文件名是在创建该文件时给出的。
2.所谓“文件系统”,由与文件管理有关的那部分软件、被管理的文件以及管理所需要的数据结构三部分组成。
3.块是辅助存储器与内存之间进行信息传输的单位。
4.在用位示图管理磁盘存储空间时,位示图的尺寸由磁盘的总块数决定。
5.采用空闲区表法管理磁盘存储空间,类似于存储管理中采用可变分区存储管理方法管理内存储器。
6.操作系统是通过文件控制块(FCB)感知一个文件的存在的。
7.按用户对文件的存取权限将用户分成若干组,规定每一组用户对文件的访问权限。
这样,所有用户组存取权限的集合称为该文件的存取控制表。
8.根据在辅存上的不同存储方式,文件可以有顺序、链接和索引三种不同的物理结构。
9.如果把文件视为有序的字符集合,在其内部不再对信息进行组织划分,那么这种文件的逻辑结构被称为“流式文件”。
10.如果用户把文件信息划分成一个个记录,存取时以记录为单位进行,那么这种文件的逻辑结构称为“记录式文件”。
二、选择1.下面的 B 不是文件的存储结构。
A.索引文件B.记录式文件C.串联文件D.连续文件2.有一磁盘,共有10个柱面,每个柱面20个磁道,每个盘面分成16个扇区。
采用位示图对其存储空间进行管理。
如果字长是16个二进制位,那么位示图共需A字。
A.200 B.128 C.256 D.1003.操作系统为每一个文件开辟一个存储区,在它的里面记录着该文件的有关信息。
这就是所谓的 B 。
A.进程控制块B.文件控制块C.设备控制块D.作业控制块4.文件控制块的英文缩写符号是 C 。
A.PCB B.DCB C.FCB D.JCB5.一个文件的绝对路径名总是以 C 打头。
A.磁盘名B.字符串C.分隔符D.文件名6.一个文件的绝对路径名是从 B 开始,逐步沿着每一级子目录向下,最后到达指定文件的整个通路上所有子目录名组成的一个字符串。
A.当前目录B.根目录C.多级目录D.二级目录7.从用户的角度看,引入文件系统的主要目的是D 。
2024版《操作系统第五章》ppt课件
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云计算、大数据等新技术对操作系统影响
要点一
云计算对操作系统的影响
要点二
大数据对操作系统的影响
云计算是一种基于互联网的计算方式,它将计算资源和服务 以虚拟化的形式提供给用户。云计算对操作系统提出了新的 要求,如支持虚拟化技术、提供弹性资源调度、保障数据安 全性等。
大数据是一种基于海量数据的存储和处理技术,它要求操作 系统能够提供高效的数据存储、管理和处理能力。为了适应 大数据的需求,操作系统需要采用一系列优化技术,如分布 式文件系统、内存数据库等,提高数据处理效率和可靠性。 同时,还需要加强对数据安全和隐私的保护。
要点二内 地址两部分组成。
要点三
内存分配
在为进程分配内存时,以块为单位将进 程中的若干个页分别装入到多个可以不 相邻接的物理块中。
分段存储管理方式
基本原理
地址结构
分段存储管理方式是按照用户进程中的 自然段划分逻辑空间。例如,用户进程 由主程序、两个子程序、符号表、栈和 一组数据组成,于是可以把这个用户进 程划分为5个段,每一段的起始地址由 用户给出。
进程通信
指进程之间的信息交换。进程是分配系统资源的单位(包括内存地址空间),因此 各进程拥有的内存地址空间相互独立。为了保证安全,一个进程不能直接访问另一 个进程的地址空间。但是进程之间的信息交换又是必须实现的。
03
CATALOGUE
内存管理
内存基本概念及原理
01
内存定义
内存是计算机中重要的部件之一,它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机
中断技术原理及应用
01
中断技术应用
02
实现多道程序并发执行。
03
实现实时处理。
计算机操作系统第五章
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5.1 存储器的层次结构
5.1.3 高速缓存和磁盘缓存 1.高速缓存 高速缓存是现代计算机结构中的重 要部件,其容量大于或远大于寄存器 寄存器, 要部件,其容量大于或远大于寄存器, 而比内存约小两到三个数量级左右, 内存约小两到三个数量级左右 而比内存约小两到三个数量级左右,从 几十KB到几MB 访问速度快于主存储器 KB到几MB, 主存储器。 几十KB到几MB,访问速度快于主存储器。
5.2 程序的装入和连接
如何使一个用户程序到内存中去执行, 如何使一个用户程序到内存中去执行,分如 下几步: 下几步: (1)编译。Compile:由编译程序将用户源代码编 编译。 编译 : 译成若干个目标模块。 译成若干个目标模块。 (2)链接。Link:由链接程序将编译后形成的一 链接。 链接 : 组目标模块以及需要的库函数链接在一起,形 组目标模块以及需要的库函数链接在一起 形 成一个完整的装入模块。 成一个完整的装入模块。 (3)装入。Load 装入。 装入 由装入程序将装入模块装入内存。 由装入程序将装入模块装入内存。
CPU寄寄寄
寄寄寄 高高高寄
主寄
主寄 磁磁高寄
辅寄
磁磁 可可可寄可可可
图5-1 计算机系统存储层次示意
5.1 存储器的层次结构
5.1.1 多级存储器结构
存储层次越往上 存储介质的访问速度 往上, 存储层次越往上,存储介质的访问速度 越快,价格越高,相对存储容量 越小。 容量也 越快,价格越高,相对存储容量也越小。 寄存器、高速缓存、主存储器和 寄存器、高速缓存、主存储器和磁盘缓 存均属于操作系统存储管理的管辖范畴 属于操作系统存储管理的管辖范畴, 存均属于操作系统存储管理的管辖范畴,掉电 后它们存储的信息不再存在。 后它们存储的信息不再存在。 固定磁盘和可移动存储介质属于设备管 固定磁盘和可移动存储介质属于设备管 理的管辖范畴,它们存储的信息将被长期保存 长期保存。 理的管辖范畴,它们存储的信息将被长期保存。
操作系统第5章(第四版)资料PPT课件
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5.1 虚拟存储器概述 5.2 请求分页存储管理方式 5.3 页面置换算法 5.4 请求分段存储管理方式
5.1 虚拟存储器概述
常规存储管理方式的共同点:
要求一个作业全部装入内存后方能运行。
问题:
(1) 有的作业很大,所需内存空间大于内存总容量,使作业无法 运行。 (2) 有大量作业要求运行,但内存容量不足以容纳下所有作业, 只能让一部分先运行,其它在外存等待。
将该页写回外存
OS命令CPU从外存读缺页
启动I/O硬件 将一页从外存换入内存
修改页表
软件
N
硬件
页号>=页表长度? Y 越界中断 N
CPU检索快表
页表项在快表中? Y N
访问页表
页在内存?
Y
修改快表
修改访问位和修改位
形成物理地址
地址变换结束
地址变换例题
❖ 某虚拟存储器的用户空间共有32个页面,每页1KB,主存16KB。假定 某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分别分配的物理块号为5、10、4、7, 试将虚拟地址0A5C和093C变换为物理地址。 解:虚拟地址为:页号(25=32)5位 页内位移(210=1024)10位
换出时需重写至外存。供置换页面时参考。
(4)外存地址:指出该页在外存上的地址。
一、请求分页中的硬件支持
2、缺页中断机构
在请求分页系统中,当访问的页不在内存, 便产生一缺页中断,请求OS将所缺页调入内存 空闲块,若无空闲块,则需置换某一页,同时修 改相应页表表目。
缺页中断与一般中断的区别:
(1)在指令执行期间产生和处理中断信 号。缺页中断要立即处理。
指程序在执行时呈现出局部性规律,即在一较短时间内,程序的执行仅限
计算机操作系统课件复习资料第5章
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5.1.1 I/O 设备
1. I/O设备的类型 3)按传输速率 低速设备:传输速率为1KB/s以下的设备。 如键盘、鼠标、语音输入/输出设备等。 中速设备:传输速率为1KB/s~1MB/s的设备。 如打印机、扫描仪等。 高速设备:传输速率为1MB/s以上的设备。 如磁盘机、磁带机、光盘机等。
5.1 I/O 系统 • I/O设备 • 设备控制器 • I/O通道 • I/O系统的总线系统 • I/O系统的结构
计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.1 I/O 设备
1. I/O设备的分类 1)按录属关系 系统设备:在OS生成时就已登记在系统中 的标准设备,如键盘、显示器、打印机等 用户设备:在OS生成时未登记在系统中的 非标准设备,如鼠标、绘图仪、扫描仪等
计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.1 I/O 设备
2. 设备与控制器之间的接口
至设备 数据信号线 控制器
状态信号线
控制信号线
I/O设备 缓冲 转换器
控制逻辑
信号 数据
P161 图5-1 设备与控制器间的接口
计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.2 设备控制器
❖ CPU与I/O设备间的接口,接收CPU发来的命令并控 制I /O设备工作, 以实现I/O设备和计算机之间的数 据交换。
计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.1 I/O 设备
1. I/O设备的类型
5)按操作Байду номын сангаас使用)特性
输入/输出设备:键盘、鼠标、显示器、读 卡机、扫描仪、打印机、绘图仪、数码相 机等
存储设备:磁带机、磁鼓机、磁盘机等, 可用作输入也可用作输出。主要用于长期 保存信息,但需要管理其上的存储空间。 可以在存储设备上建立文件系统以有组织、 有结构地长期存储信息
操作系统课后答案——第五章
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第五章设备管理3. 什么是字节多路通道?什么是数组选择通道和数组多路通道?a.字节多路通道含有许多非分配型子通道分别连接在低、中速I/O设备上,子通道按时间片轮转方式共享主通道,按字节方式进行数据传送。
当第一个子通道控制其I/O设备完成一个字节的交换后,便立即腾出字节多路通道(主通道),让给第二个子通道使用;当第二个子通道也交换完一个字节后,又依样把主通道让给第三个子通道使用,以此类推。
转轮一周后,重又返回由第一个子通道去使用主通道。
b.数组选择通道只含有一个分配型子通道,一段时间内只能执行一道通道程序、控制一台设备按数组方式进行数据传送。
通道被某台设备占用后,便一直处于独占状态,直至设备数据传输完毕释放该通道,故而通道利用率较低,主要用于连接多台高速设备。
c. 数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。
其含有多个非分配型子通道分别连接在高、中速I/O设备上,子通道按时间片轮转方式共享主通道,按数组方式进行数据传送,因而既具有很高的数据传输速率,又能获得令人满意的通道利用率。
4. 如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题?解决因通道不足而产生的瓶颈问题的最有效方法是增加设备到主机间的通路而不是增加通道。
换言之,就是把一个设备连接到多个控制器上,而一个控制器又连接到多个通道上。
这种多通路方式不仅可以解决该瓶颈问题,而且能够提高系统的可靠性,也即不会因为个别通道或控制器的故障而使设备与存储器之间无法建立通路进行数据传输。
6. 试说明I/O控制发展的主要推动因素是什么?促使I/O控制不断发展的几个主要因素如下:a.尽量减少CPU对I/O控制的干预,把CPU从繁杂的I/O控制中解脱出来,以便更多地去完成数据处理任务。
b.缓和CPU的高速性和设备的低速性之间速度不匹配的矛盾,以提高CPU的利用率和系统的吞吐量。
c.提高CPU和I/O设备操作的并行程度,使CPU和I/O设备都处于忙碌状态,从而提高整个系统的资源利用率和系统吞吐量。
操作系统chapter5
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第五章 设 备 管 理
5.1 I/O 系 统
5.1.1 I/O设备
使用特性
类型
传输速率 信息交换的单位 共享属性
(1) 按设备的使用特性分类
第五章 设 备 管 理
(2) 按传输速率分类
第五章 设 备 管 理
第一类是低速设备,键盘、 鼠标器、语音的输入和输出
等设备。
第二类是中速设备,行式打印机、激光打印机等。
第五章 设 备 管 理
(a)
9.6 Kb/s
1位 缓 冲
8位 缓 冲 寄 存 器
9.6 Kb/s (b)
送内 存
8位 缓 冲 寄 存 器
9.6 Kb/s (c)
图 5-10 利用缓冲寄存器实现缓冲
送内 存
5.3.2 单缓冲和双缓冲
1. 单缓冲(Single Buffer)
用户进程
(a)
处理(C) 工作区
第五章 设 备 管 理
设备控制器主要职责是控制一个或 多个I/O设备,以实现I/O设备和计算机 之间的数据交换。
1. 设备控制器的基本功能
第五章 设 备 管 理
1) 接收和识别命令 2) 2) 数据交换 3) 3) 标识和报告设备的状态 4) 4) 地址识别 5) 5) 数据缓冲 6) 6) 差错控制
传送(M)
缓冲区
第五章 设 备 管 理
输入(T)
I/O设备
T1
T2
T3
T4
(b)
M1
M2
M3
C1
C2
C3
t
图 5-11 单缓冲工作示意图
2. 双缓冲(Double Buffer)
用户进程
(a)
工作区
《现代操作系统第四版》第五章答案

第五章输入/输出习题1.芯片技术的进展已经使得将整个控制器包括所有总线访问逻辑放在一个便宜的芯片上成为可能。
这对于图1-5 的模型具有什么影响?答:(题目有问题,应该是图1-6 )在此图中,一个控制器有两个设备。
单个控制器可以有多个设备就无需每个设备都有一个控制器。
如果控制器变得几乎是自由的,那么只需把控制器做入设备本身就行了。
这种设计同样也可以并行多个传输,因而也获得较好的性能。
2.已知图5-1 列出的速度,是否可能以全速从一台扫描仪扫描文档并且通过802.1 lg 网络对其进行传输?请解释你的答案。
答:太简单了。
扫描仪最高速率为400 KB/Sec ,而总线程和磁盘都为16.7MB/sec ,因此磁盘和总线都无法饱和。
3.图5-3b 显示了即使在存在单独的总线用于内存和用于I/O 设备的情况下使用内存映射I/O 的一种方法,也就是说,首先尝试内存总线,如果失败则尝试I/O总线。
一名聪明的计算机科学专业的学生想出了一个改进办法:并行地尝试两个总线,以加快访问I/O 设备的过程。
你认为这个想法如何?答:这不是一个好主意。
内存总线肯定比I/O 总线快。
一般的内存请求总是内CPU 要一直等待I/O 总线完成,那存总线先完成,而I/O 总线仍然忙碌。
如果就是将内存的性能降低为I/O 总线的水平。
4.假设一个系统使用DMA 将数据从磁盘控制器传送到内存。
进一步假设平均花费t2ns 获得总线,并且花费t1ns 在总线上传送一个字(t1>>t2 )。
在CPU 对DMA 控制器进行编程之后,如果(a)采用一次一字模式,(b)采用突发模式,从磁盘控制器到内存传送1000 个字需要多少时间?假设向磁盘控制器发送命令需要获取总线以传输一个字,并且应答传输也需要获取总线以传输一个字。
答:(a)1000 ×[(t1+t2)+(t1+t2)+(t1+t2)];第一个(t1+t2) 是获取总线并将命令发送到磁盘控制器,第二个(t1+t2) 是用于传输字,第三个(t1+t2) 是为了确认。
操作系统-第5章复习题答案
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操作系统-----第5章复习题一、选择题1、Spooling技术提高了( A )利用率。
A 独占设备B 共享设备C 文件D 主存储器2、在下面的I/O控制方式中,需要CPU干预最少的方式是(D )。
A 程序中断方式B 中断驱动I/O控制方式C 直接存储器访问DMA控制方式D I/O通道控制方式3、利用通道实现了(C)之间数据的快速传输。
A CPU和外设B 内存和CPU C内存和外设D外设和外设4、设备驱动程序是系统提供的一种通道程序,它专门用于在请求I/O的进程与设备控制器之间传输信息。
下面的选项中不是设备驱动程序功能的是( C )。
A 检查用户I/O请求的合法性。
B 及时响应由控制器或由通道发来的中断请求。
C 控制I/O设备的I/O操作。
D了解I/O设备的状态,传送有关参数,设置设备的工作方式。
5、下表中列出的是一段简单的通道程序(内含6条指令),在下面的各个选项中叙述不正确B 这些指令涉及的数据内存地址有相邻接的地方。
C 该段通道程序共处理了5条记录。
D 单记录最大为230个字节。
6、基本的I/O设备处理进程一般处于( C )状态。
A 就绪B 执行C 阻塞D 死锁7、缓冲技术的缓冲池在( A )中。
A 内存B 外存C ROMD 寄存器8、通过硬件和软件的功能扩充,把原来独占的设备改造成能为若个用户共享的设备,这种设备称为( D )。
A 存储设备B 系统设备C 用户设备D 虚拟设备9、为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出,最好使用( A )结构的缓冲技术。
A 缓冲池B 循环缓冲C 单缓冲D 双缓冲10、如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成,这种数据交换方式是(C )。
A 程序查询B 中断方式C DMA方式D 无条件存取方式11、在采用SPOOLING系统中,用户的打印结果首先被送到( A )。
A 磁盘固定区域B 内存固定区域C 终端D 打印机12、设备管理程序对设备的管理是借助于一些数据结构来进行的,下面的( A )不属于设备管理数据结构。
第五章 计算机操作系统概论复习资料习题答案
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第五章复习题一、单项选择题1. 文件按用途分类,不包括(D)。
A. 系统文件B. 库文件C. 用户文件D. 档案文件2. 一种既方便顺序存取又适合随机存取的文件存储结构是(C)。
A. 顺序文件B. 链接文件C. 索引文件D. 串联文件3. 若把文件以顺序结构的方式存放到磁盘上,则存在的缺点是(B)。
A. 目录结构复杂B. 磁盘空间利用率低C. 计算地址困难D. 读写速度低4 磁带上的每个文件组成部分不包括(C)。
A. 文件头标B. 文件信息C. 文件正文D. 文件尾标5. 文件的信息按逻辑上独立的含义划分信息单位后就构成了记录式文件,这种划分信息的工作是(A)时完成的。
A. 用户组织文件B. 系统转储文件C. 系统装入文件D. 外设存取文件6. UNIX系统调用unlink的作用是( B )。
A. 为一个文件再取一个新文件名B. 删除文件的一个文件名C. 请求读一个已经打开的文件D. 建立两个文件的链接7. 下面对目录结构描述错误的是(A)。
A. 一级目录结构解决了文件的重名问题B. 树形目录结构解决了文件的重名问题C. 树形目录结构能进行存取权限的控制 C. 树形目录结构有利于文件分类8. 读一个文件信息时,应依次调用(A)。
A. 打开文件、读文件、关闭文件B. 建立文件、读文件、关闭文件C. 建立文件、读文件、写文件D. 读文件、保存文件、关闭文件9. 若允许用户按各自定义的文件名访问某个共享文件夹,则该系统应(C)。
A. 为每个用户复制一份文件B. 设置命名转换机制C. 采用多级目录结构D. 使该文件有多种物理结构形式10. 文件的存储结构采用哪种形式是与(C)有关。
A. 文件的逻辑结构B. 存储空间的管理方式C. 存储介质的类型D. 文件的长度11. 下列选项中属于存储介质的是(C)。
A. 磁带机B. 磁盘驱动器C. 软磁盘片D. 卡片机12. 实现记录的成组与分解能提高磁盘空间的利用率,但必须设置主存缓冲区,该缓冲区的长度应根据(A)来确定。
操作系统第五章-

▪ 修改位M: 表示该页在调入内存后是否被修改过。 ▪ 外存地址: 用于指出该页在外存上的地址,通常是
物理块号,供调入该页时使用。
操作系统12第五章-
2.缺页中断机构
在请求分页系统中,每当所要访问的页面不在内 存时,便要产生一缺页中断。
5 虚拟存储器
前一章介绍的各种存储器管理方式,都要求将一个 作业全部装入内存方能运行。 有的作业很大,所要求的空间超出内存容量,不能全部装
入内存,不能运行; 有大量的作业要求运行,内存不能容纳所有的这些作业。
问题解决: 机器自身的限制,增加系统 从逻辑上扩充内存容量,是虚拟存储技术所解决的主 要问题。
操作系统3 第五章-
5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理
2 .局部性原理
程序的执行时将呈现出局部性规律,即在一较短时 间内,程序的执行仅限于某个部分;相应的,它所访问的 存储空间也局限于某个区域。
操作系统4 第五章-
时间局限性:如果程序中的某一条指令一 旦执行,则不久后该指令可能再次执行;如 果某个数据结构被访问,则不久后该数据结 构可能再次被访问。产生的典型原因是程序 中存在大量的循环操作。
修改访问位和修改位
将一页从外存换入内存 修改页面
操作系统16第五章-
形成物理地址 地址变换结束
5.2.2 请求分页中的内存分配
1. 最小物理块数的确定
• 能够保证进程正常运行所需要的最少的物 理块数。若少于此值程序则不能正常运行。
• 它与计算机的硬件结构有关,取决于指令 的格式、功能和寻址方式。
• 单地址指令直接寻址,则所需最少物理块 数为2,一块用于存放指令的页面,另一块用 于存放数据所需的页面;如果允许间接寻 址,则至少需要3个物理块。
操作系统教程第5版第5章【存储管理】
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缺点
大作业可能无法装入 主存空间利用率不高,会出现内碎片 扩充困难 限制多道运行程序的个数
19
可变分区存储管理
可变分区存储管理: (1)按作业的实际大小来划分分区; (2)且分区个数也是随机的;
实现多个作业对主存的共享,进一步提高 主存资源利用率。
16
固定分区
分区1 分区2
分区3 分区4
OS
缺点:
分区4老被占用,进程难以 进入,但分区2是空闲的, 资源没有合理利用
17
固定分区
分区1 分区2
分区3 分区4
OS
Hale Waihona Puke 资源利用率提高 分区1分区2
分区3 分区4
OS
18
固定分区的优缺点
优点
能够解决单道程序运行在并发环境下不能与CPU速度匹 配的问题
8
地址重定位
物理地址(绝对地址,实地址) 内存中存储单元的地址,可直接寻址
为了保证CPU执行指令时,可以正确访问内存单元, 需要将用户程序中的逻辑地址转换为运行时可由机器 直接寻址的物理地址,这一过程称为地址重定位
9
静态重定位与动态重定位
静态重定位: 当用户程序加载到内存时,一次性实现逻辑地址到物 理地址的转换 一般由软件完成 动态重定位: 在进程执行过程中进行地址变换,即逐条指令执行时 候完成地址转换 需要硬件支持
进程 地址 空间
物理 内存
内存不足时,怎么办? 如何在较小的内存空间运行较大进程?
36
主存不足的存储管理技术
1.移动技术
操作系统 作业1 空闲区 作业2 空闲区 作业3 空闲区
操作系统 作业1 作业2 作业3 空闲区
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第五章习题一、选择题1、在一般大型计算机系统中,主机对外设的控制可通过通道、控制器和设备三个层次来实现。
从下述叙述中选出一条正确的叙述。
()(1)控制器可控制通道,设备在通道控制下工作;(2)通道控制控制器,设备在控制器控制下工作;(3)通道和控制器分别控制设备;(4)控制器控制通道和设备的工作。
2、从下面关于设备属性的叙述中,选择一条正确的论述。
()(1)字符设备的一个基本特征是可寻址的,即能指定输入时的原地址和输出时的目标地址;(2)共享设备是指在同一时刻允许多个进程同时访问的设备;(3)共享设备必须是可寻址的和随机访问的设备;(4)在分配共享设备和独占设备时,都可能引起进程死锁;3、通道是一种特殊的(A),具有(B)能力。
主机的CPU与通道可以并行工作,并通过(C)实现彼此之间的通信和同步。
A:(1)I/O设备;(2)设备控制器;(3)处理机;(4)I/O控制器B:(1)执行I/O指令集;(2)执行CPU指令集;(3)传输I/O命令;(4)运行I/O进程C:(1)I/O指令;(2)I/O中断;(3)I/O指令和I/O 中断;(4)操作员4、在I/O 设备控制的发展过程中,最主要的推动因素是(A)。
提高I/O速度和设备利用率,在OS中主要依靠(B)功能。
使用户所编制的程序与实际使用的物理设备无关是由(C)功能实现的。
A:(1)提高资源利用率;(2)提高系统吞吐量;(3)减少主机对I/O控制的干预;(4)提高CPU与I/O设备的并行操作吃呢高度B,C:(1)设备分配;(2)缓冲管理;(3)设备管理;(4)设备独立性;(5)虚拟设备5、磁盘属于(A),其信息的存取是以(B)为单位的;磁盘的I/O控制主要采取(C)方式;打印机的I/O控制主要采取(D)方式。
A:(1)字符设备;(2)独占设备;(3)块设备;(4)虚拟设备B:(1)位(bit)(2)字节(3)帧(4)固定长数据块C、D:(1)程序I/O方式;(2)程序终端;(3)DMA;(4)Spooling6、在程序I/O方式中,对于输出设备,准备就绪是指(A)。
A:(1)输出缓冲区已空;(2)输出缓冲区已有数据;(3)输出设备已开始工作;(4)输出设备已收到I/O指令7、在利用RS-232接口进行通信时,其通道速率为9.6kb/s (b为bit)。
如果在通信接口中仅设置了一个8位寄存器作为缓冲寄存器,这意味着大约每隔(A)的时间便要中断一次CPU,且要求CPU必须在(B)时间内予以响应。
A,B:(1)80μs (2)0.1ms ;(3)0.8ms ;(4)1ms ;(5)8ms8、假定把磁盘上一个数据块中的信息输入到一单缓冲区中的时间T为100μs,将缓冲区中的数据传送到用户区的时间M为50μs,而CPU对这一块数据进行计算的时间C为50μs。
这样,系统对每一块数据的处理时间为(A);如果将单缓冲区改为双缓冲区,则系统对每一块数据的处理时间为(B)。
A,B:(1)50μs;(2)100μs;(3)150μs ;(4)200μs; (5)250μs9、操作系统中采用缓冲技术的目的是为了增强系统(A)的能力;为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出,最好使用(B)。
A:(1)串行操作;(2)并行操作;(3)控制操作;(4)中断操作B:(1)缓冲池;(2)单缓冲;(3)双缓冲; (4)循环缓冲10、为了对缓冲池中的队列进行操作而设置了互斥信号量MS[type]和资源信号量RS[type],相应地,两个操作过程Getbuf及Putbuf的描述如下:Procedure Getbuf(type)Begin(A);(B);B(n):=Takebuf(type);(C);EndProcedure Putbuf(type,n)Begin(B );Addbuf(type,n);(C);(D);EndA,B,C,D:(1)wait(MS[type]); (2) signal(MS[type]);(3) wait (RS[type]); (4) signal(RS[typt])11、从下面关于设备独立性的叙述中选择一条正确的论述:(1)设备独立性是指I/O设备具有独立执行I/O功能的一种特性;(2)设备独立性是指用户程序独立于具体使用的物理设备的一种特性;(3)设备独立性是指能独立实现设备共享的一种特性;(4)设备独立性是指设备驱动程序独立于具体使用的物理设备的一种特性。
12、设备独立性是指(A)独立于(B)。
A:(1)设备控制器;(2)设备驱动程序;(3)用户程序;(4)设备独立性软件。
B:(1)主机;(2)操作系统;(3)设备驱动程序;(4)物理设备。
13、在单用户系统中可为(A)设置一张逻辑设备表,在多用户系统中应为(B)设置一张逻辑设备表。
A,B:(1)整个系统;(2)每个用户(进程);(3)每种逻辑设备;(4)每种物理设备14、为实现设备分配,应为每个设备设置一张(A),在系统中配置一张(B);为实现设备独立性,系统中应设置一张(C)。
A,B:(1)设备控制表;(2)控制器控制表; (3)系统设备表;(4)设备分配表C:(1)设备开关表;(2)I/O请求表(3)逻辑设备表(4)设备分配表15、从下面关于虚拟设备的论述中选择一条正确的论述。
(1)虚拟设备是指允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备;(2)虚拟设备是指允许用户以标准方式来使用物理设备。
(3)虚拟设备是指允许用户程序不必全部装入内存就可使用系统中的设备;(4)虚拟设备是指允许用户程序不必全部装入内存就可以使用系统中的设备。
16、Spooling是对脱机I/O工作方式的模型,Spooling系统中的输入井是对脱机输入中的(A)进行模拟,输出井是对脱机输出中的(B)进行模拟,输入进程是对脱机输入中的(C)进行模拟,输出进程是对脱机输出中的(D)进行模拟。
A,C:(1)内存输入缓冲区;(2 )磁盘;(3)外围控制机;(4)输入设备B,D;(1)内存输出缓冲区;(2)磁盘;(3)外围控制机;(4)输出设备17、从下列有关Spooling系统的论述中,选择两条正确的论述。
(1)构成Spooling系统的基本条件是具有外围输入机和外围输出机;(2)构成Spooling系统的基本条件是只要具有大容量、高速硬盘作为输入井与输出井;(3) 构成Spooling系统的基本条件是只要操作哦系统中采用多道程序技术;(4)Spooling系统建立在分时系统中;(5)Spooling系统是虚拟存储技术的体现;(6)Spooling系统是在用户程序要读取数据时启动输入进程输入数据;(7)当输出设备忙时,Spooling系统中的用户程序暂停执行,待I/O空闲时在被唤醒去执行操作;(8)Spooling系统实现了对I/O设备的虚拟,只要输入设备空闲,Spooling可预先将输入数据从设备传送到输入井中供用户程序随时读取;(9)在Spooling系统中,用户程序可随时将输出数据送到输出井中,待输出设备空闲时再执行数据输出操作。
18、从下列论述中选出一条正确的论述。
(1) 在现代计算机系统中,只有I/O设备才是有效的中断源;(2)在中断处理过程中,必须屏蔽中断(即禁止发生新的中断);(3)同一用户所使用的I/O设备也可以并行工作;(4)Spooling是脱机I/O系统。
19、从下列关于驱动程序的论述中,选出一条正确的论述。
(1)驱动设备与I/O设备的特性紧密相关,因此应为每一个I/O设备配备一个专门的驱动程序;(2)驱动程序与I/O设备的特性紧密相关,因此对DMA方式应该以字节为单位去启动设备进行中断处理;(3)由于驱动程序与I/O设备(硬件)紧密相关,故必须全部用汇编语言书写;(4)对于一台多用户机,配置了相同的八个终端,此时可只配置一个由多个终端共享的驱动程序。
20、下列磁盘调度算法中,平均寻道时间较短,但容量产生饥饿现象的是(A);电梯调度算法是指(B);能避免磁臂粘着现象的算法是(C)。
A,B,C:(1)SSTF;(2) FCFS; (3) SCAN ; (4)CSCAN; (5 )FSCAN21、磁盘高速缓冲设在(A)中,其主要目的是(B)A:(1)磁盘控制器;(2)磁盘;(3)内存;(4)CAcheB:(1)缩短寻道时间(2)提高磁盘I/O的速度(3)提高磁盘空间的利用率;(4)保证数据的一致性;(5)提高CPU执行指令的速度。
22、从下面的论述中选出一条错误的论述。
(1)虚拟盘是一种易失性存储器,因此它通常只用于存放临时文件;(2)优化文件物理快的分布可显著地减少寻道时间,因此能有效地提高磁盘I/O的速度;(3)对随机访问的文件,可通过提前读提高对数据的访问速度;(4)延迟写可减少启动磁盘的次数,因此能等效地提高了磁盘I/O的速度。
23、在Unix系统中,作为核心与驱动程序的接口是(A),其中每个表目含有相应类型设备驱动程序的(B)。
A:(1)系统设备表;(2)设备控制表;(3)逻辑设备表;(4)设备开关表。
B:(1)字符串类型的函数名;(2)各函数的入口地址;(3)指向设备控制表的指针;(4)指向系统设备表的指针;(5)指向逻辑设备表的指针24、在UNIX系统中提供了三种写的方式,相应地提供了三种写过程:启动磁盘后,在把缓冲区中的数据写入磁盘时,进程不需等待写操作完成就可返回的过程,称为(A);而需要等待写操作完成的过程为(B);而另一种写方式则并不真正启动磁盘,只是在缓冲区的首部打上某种标志即可返回,称为(C)。
A,B,C:(1)write;(2)bwrite ;(3)bawrite;(4)bdwrite。