计算机软件基础课件：资源管理技术

资源管理技术BasicsofComputerSoftware答辩人：XXX操作系统的概念8.1应用程序各种编译程序系统实用程序操作系统8.1操作系统的概念所谓操作系统就是能有效地管理计算机系统中的各种软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，为用户创造良好工作环境的系统软件。它是加在计算机硬件上的第一层软件,

是硬件的首次扩充。裸机1手工操作阶段2早期批处理阶段3执行系统、多道批处理系统4多道批处理系统5分时系统6实时处理7现代操作系统8.1.1OS的发展过程8.1.1OS的发展过程第一阶段：手工操作阶段用户必须是计算机专家用户既是操作员又是程序员应用范围小主要用于科学计算没有操作系统只能用机器指令控制、操作计算机用户独占整个系统资源资源利用率低；CPU等待人工操作输入纸带（卡片）、电传打字机输出结果、在控制台上用搬键输入命令等面临的问题人机矛盾日益突出、系统资源利用率低8.1.1OS的发展过程第二阶段：早期批处理阶段面临的问题低高速CPU和低速I/O的矛盾加剧第一代操作系统为解决人机矛盾，提高资源利用率，让计算机保持不间断工作、减少人工干预程度。于是产生了把“零散的单一程序处理”变为“集中的成批程序处理”的处理方式减少了手工操作的时间使系统有相对较长的连续运行时间，从而提高了CPU利用率分工明确程序员负责把实际问题抽象为求解模型，并把它编为可运行程序；而上机操作则由操作员来完成按序存放把一批性质相同的程序按序存放在存储介质中一次性提交作业一次性提交给计算机进行处理开始摆脱手工操作方式由批处理监管程序来完成成批处理8.1.1OS的发展过程第三阶段：执行系统02中断技术在程序运行中，出现了某种紧急事件，必须暂时中止现行程序，转去处理此事件，然后再恢复中断程序的运行技术01通道技术CPU不再直接控制I/O设备，而是通过通道去控制，从而实现了CPU和I/O设备之间的并行工作，缓解了CPU和I/O速度不匹配的矛盾；也称为“I/O处理机”；借助于通道与中断技术，I/O工作可以在主机控制之下完成。这时，原有的监督程序不仅要负责调度作业自动地运行，而且还要提供I/O控制功能，它增强了原有的功能。这个优化后的监督程序常驻主存，称为执行系统。8.1.1OS的发展过程第四阶段：多道批处理系统多道批处理用户提交的作业都先放在外存上并排成一个后备队列，由作业调度程序按一定算法从中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU及系统中的各种资源。从微观上一个时刻只有一个程序在处理机上运行从宏观上几道程序都处于执行状态，有的在处理机上运行，有的在进行输入/输出，它们的工作都在向前推进8.1.1OS的发展过程第五阶段：分时系统02与批处理系统的区别在批处理系统中，一个作业可以长时间地占用CPU直至该作业执行完成；而在分时系统中，一个作业只能在属于它的那个时间片内使用CPU，时间一到，系统将剥夺作业的CPU使用权，把CPU分配给其他的作业使用01分时系统把处理机时间划分成很短的时间片轮流地分配给各个联机作业使用，如果某作业在分配的时间片内还未完成计算，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算。8.1.1OS的发展过程第五阶段：分时系统系统核心时间片轮流调度技术影响因素用户数目，时间片的长短、作业调度所必须的系统开销等特点同时性、独立性及时性、交互性必须考虑系统的响应时间?有人说：分时系统中分时时间片的长短问题无所谓，并不影响终端用户得到的及时响应。结论分时时间片的长短问题是一个重要问题，它将直接影响用户得到的及时响应8.1.1OS的发展过程第五阶段：分时系统8.1.1OS的发展过程第六阶段：实时系统02与分时系统的区别实时系统专用性很强，交互能力较差，用户数量有限；分时系统通用性很强，交互能力很强，允许用户运行或修改应用程序。01实时系统实时处理是以快速响应为特征的。“实时”二字的含义是指计算机对于外来信息能够在被控对象允许的截止期限内做出反应。称为特殊的分时系统8.1.1OS的发展过程第六阶段：实时系统系统核心时间片分时技术应用领域工业生产的过程控制、实时信息处理特点对时间有严格的限制，要求计算机能对外部随机事件做出及时响应，并处理分类实时控制系统、实时信息处理系统8.1.1OS的发展过程第七阶段：现代操作系统发展方向个人化、视窗化、网络化、智能化、分布式我国现状华为鸿蒙系统（HUAWEIHarmonyOS），特点多用户、图形界面、网络化及多媒体应用领域各行各业8.1.2OS的功能与任务操作系统的任务和作用操作系统的主要任务：是为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序有条不紊、高效地运行，并能最大限度的提高系统中各种资源的利用率和方便用户的使用。其作用有如下几个方面：（1）管理系统资源（2）为用户提供资源共享的条件和环境，并对资源的使用进行合理调度（3）提供输入输出的方便环境，提供良好的用户界面（4）规定用户的接口，进行各种错误处理8.1.2OS的功能与任务操作系统的功能这里主要指内存管理存储管理输入输出（I/O）设备设备管理命令控制、菜单驱动和图形用户界面用户接口操作系统的五大功能CPU管理进程、处理机管理又称外存管理文件管理资源管理技术BasicsofComputerSoftware答辩人：XXX

进程与处理机管理8.2进程概念

进程调度死锁进程：就是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程管理也被称为处理机管理。处理机是计算机系统中的重要资源，所以它管理的好坏在很大程度上直接影响系统的效率。处理机管理又分两个部分：作业管理和进程管理。进程管理是由程序管理进化而来，是和程序管理密不可分的。进程概念

进程调度死锁进程与程序的主要区别进程具有并发性，而程序没有并发性进程和程序不是一一对应的：一个程序可对应多个进程即多个进程可执行同一程序；但一个进程只能对应1个程序。对应关系进程是动态的，而程序是静态的动态性进程有一定的生命期，是程序在数据集上的一次执行，生命周期不会跨越系统运行周期；而程序是指令的集合，是永存的生命周期性进程是竞争计算机资源的基本单位，程序不是资源竞争进程概念

进程调度死锁进程的特征多个进程实体在一段时间内能够并发执行并发性不同进程在逻辑上相互独立，有各的运行轨迹异步性进程的实质是程序的一次执行，因此进程是动态的动态性每个进程都是一个独立运行的基本单位，也是系统进行资源分配和调度的基本单位独立性系统为每个进程配置了一个进程控制块PCB。因此，从结构上看，每个进程都由程序段、数据段以及PCB这三部分组成结构性进程概念

进程调度死锁就绪状态已经获得投入运行所必需的一切资源，一旦分配到CPU，就可以立即执行运行状态进程获得了CPU及其它一切所需资源，正在CPU上运行着等待状态由于资源得不到满足，进程运行受阻，处于暂停状态，等待资源分配后，再投入运行进程状态运行状态等待状态

就绪状态

进程调度

等待资源时间用完获得资源进程概念

进程调度死锁进程控制块PCB1进程标识符2特征信息3执行状态信息4通信信息5调度优先数6现场信息7系统栈8进程映像信息9资源占有信息10族系关系进程概念

进程调度死锁进程调度：由于操作系统管理了系统的有限资源，当有多个进程要使用这些资源时，因为资源的有限性，必须按照一定的原则选择进程（请求）来占用资源。02可剥夺方式在某些条件下系统可以强制剥夺正在运行的进程使用处理机的权利，将其分配给另一个合适的就绪进程01不可剥夺方式也称不可抢占方式，一个进程在获得处理机后，除非运行结束或进入阻塞状态等原因主动放弃CPU,否则一直运行下去相关概念周转时间带权周转时间等待时间1周转时间进程从创建到执行完成所经历的时间周转时间T=完成时间-到达时间其值越接近平均运行时间，说明该调度算法越理想2带权周转时间周转时间和运行时间的比值。带权周转时间TW=周转时间/运行时间带权周转时间越接近1，说明该调度算法越理想。3等待时间进程从创建到执行完成所经历的时间减去占有CPU的时间等待时间W=周转时间-运行时间进程概念

进程调度死锁1.先来先服务(FCFS)调度算法进程概念

进程调度死锁当一个大进程运行时会使后到的小进程等待很长时间，这就增加了进程平均等待时间；不能为紧急进程优先分配CPU。算法思想按照进程进入就绪队列的时间次序分配CPU。算法特点具有不可抢占性的特点，处在就绪队列头部的进程首先获得CPU，一旦进程占用了CPU，一直运行到结束才放弃CPU，除非在运行中因等待事件被阻塞而放弃CPU。算法问题1.先来先服务(FCFS)调度算法进程概念

进程调度死锁进程到达时间运行时间开始时间完成时间等待时间周转时间带权周转时间P107P224P341P454平均周转时间平均带权周转时间平均等待时间运行进程P1

P2

P3P4

↑0↑7↑11↑12↑1607071711592.25111278812167112.75T=(7+9+8+11)/4=8.75TW=(1+2.25+8+2.75)/4=3.5W=(0+5+7+7))/4=4.75FCFS算法的运行时间轴2.短进程优先(SPF)调度算法进程概念

进程调度死锁必须预知进程的运行时间；对长进程不利；完全未考虑进程的紧迫程度算法思想每次进行进程调度时均选择运行时间最短的进程分配CPU算法特点SPF是以进程的运行时间长度作为优先级，进程运行时间越短，优先级越高算法问题进程概念

进程调度死锁进程到达时间运行时间开始时间完成时间等待时间周转时间带权周转时间P107P224P341P454平均周转时间平均带权周转时间平均等待时间运行进程P1

P3P2

P4

↑0↑7↑8↑12↑16070718126102.57834412167112.75T=(7+10+4+11)/4=8TW=(1+2.5+4+2.75)/4=2.56W=(0+6+3+7)/4=4FCFS算法的运行时间轴2.短进程优先(SPF)调度算法3.最短剩余时间优先算法进程概念

进程调度死锁后提交的大进程长期得不到响应算法思想每当有进程加入就绪队列时就需要调度，如果新到达的进程剩余时间比当前运行的进程剩余时间更短，则由新进程抢占处理机。另外，当一个进程完成时也需要调度。算法特点综合考虑了剩余时间和当前的短进程，算法的几个综合评价指标有所降低算法问题进程概念

进程调度死锁进程到达时间运行时间开始时间完成时间等待时间周转时间带权周转时间P107P224P341P454平均周转时间平均带权周转时间平均等待时间运行进程P1

P2

P3

P2

P4

P1

↑0↑7↑11↑160169162.2927151.2545011711261.5T=(16+5+1+6)/4=7TW=(2.29+1.25+1+1.5)/4=1.51W=(9+1+0+2)/4=3FCFS算法的运行时间轴3.最短剩余时间优先算法↑2↑4↑54.时间片轮转算法进程概念

进程调度死锁系统的效率与时间片大小的设置有关算法思想和分时系统类似算法特点时间片轮转为剥夺式调度算法，即当时间片用完后，即使当前进程没有执行结束，也会被剥夺CPU。时间片轮转算法比较适合交互式分时系统算法问题可将时间片分成多个规格，如10ms,20ms或50ms等。按时间片大小将就绪进程排成多个队列。优化方案5.优先级调度算法进程概念

进程调度死锁算法思想系统赋予每个进程一个优先数，用于表示该进程的优先级。调度程序总是从就绪队列中挑选一个优先级最高的进程，使之占有处理机02动态优先级调度优先级在进程运行中，可以动态调整01静态优先级调度优先级在进程创建时已经确定。在进程运行期间该优先数保持不变静态优先权法比较适合于实时系统，其优先级可根据事件的紧迫程度事先设定。动态优先级调度可根据实际情况调整优先级，处理更灵活短作业的进程可以赋予较高的优先级根据用户作业的申请，设置进程的优先级系统进程应当赋予比用户进程高的优先级I/O繁忙的进程应当优先获得CPU进程概念

进程调度死锁分配优先级需要考虑的因素6.高响应比优先调度算法进程概念

进程调度死锁需要估计每个进程的运行时间，而且每次调度时都要计算就绪队列中所有进程的响应比，这需要耗费不少的CPU时间算法思想每个进程都拥有一个动态优先数，该优先数不仅是进程运行时间（估计值）的函数，还是其等待时间的函数RP=响应时间/运行时间=1+等待时间/运行时间算法特点高响应比优先调度算法既照顾了短进程，又不使长进程等待时间过长，是先来先服务调度算法和短进程优先调度算法的一种很好的折中调度方案算法问题6.高响应比优先调度算法进程概念

进程调度死锁时刻事件和动作Rp值动作P1P2P3P40P1到，计算Rp1---P1运行2P2到

4P3到

5P4到

7P1结束，计算Rp-2.2541.5P3运行8P3结束，计算Rp-2.5-1.75P2运行12P2结束，计算Rp---2.75P4运行16P4结束

平均周转时间：T=(16+5+1+6)/4=7平均带权周转时间：TW=(2.29+1.25+1+1.5)/4=1.51平均等待时间：W=(9+1+0+2)/4=31.死锁的定义及产生进程概念

进程调度死锁死锁现象：每个进程所要求的资源都已被另一个进程占用，出现没有一个进程能继续运行，这种情况称“死锁”。打印机进程A进程B读卡机进程A申请到打印机进程A需要读卡机进程B申请到读卡机进程B需要打印机例如：进程A和B按下面的顺序推进，导致死锁。

1.A：申请打印机

2B：申请读卡机

3.A：申请读卡机4.B：申请打印机进程概念

进程调度死锁资源的部分分配需求某类资源的若干进程；每次只能申请或被分配其完全需求资源的一部分进程间非法交叉推进出现相关进程由于资源分配不当而出现循环等待资源独占性资源不能共享，外设只能由一个进程用完才能为其他进程所使用资源的不可剥夺性资源的非抢占式分配，一个进程占用外设时，另一个进程就不能把它夺过来，只能等待产生死锁的四个必要条件进程概念

进程调度死锁死锁的预防破坏产生死锁的4个必要条件中的任何一个死锁的避免躲避死锁的发生死锁检测与恢复允许死锁产生，但能检测出来并且有能力处理和恢复010203解决死锁的办法进程概念

进程调度死锁破坏资源的部分分配每个进程必须提出它所需要的全部资源，只有完全满足时，才能启动进程间非法交叉推进系统所有资源进行编号，并规定进程申请资源时必须按照资源编号的顺序进行破坏资源独占性采用假脱机技术（SPOOLing）可以使非共享设备变为共享设备破坏资源的不可剥夺性申请不到资源时，释放原先已占有的，进入等待，以后再一起申请2.死锁的预防提前确定系统资源分配算法，破坏产生死锁的四个必要条件中的任何一个或几个，以保证在系统运行中不发生死锁进程概念

进程调度死锁采用虚拟技术，使非共享设备变成共享设备，以预防死锁用户1用户2用户3••••••输出输出输出打印打印机主机2.死锁的预防进程概念

进程调度死锁2.死锁的预防系统资源进行统一编号。进程申请使用资源时，必须严格按照编号的升序进行进程A进程B进程C1、卡片输入机（3台）√√√2、行式打印机（2台）√√*3、卡片输入机（1台）√*4、磁带机（1台）进程概念

进程调度死锁3.死锁的避免

为了避免死锁的发生，系统对进程提出的每一个资源请求，先不是真正去分配，而是根据当时资源的使用情况，按一定的算法去进行模拟分配后的结果。只有当探测结果不会导致死锁，才真正接收进程提出的这一请求——银行家算法。银行家算法的思想:（假定在同类资源的分配上实行这一算法）系统接到一个进程的资源请求后，就先假定承认这一申请，把资源分配给它。然后系统用剩余的资源和每一个进程还需要的资源数相比，看能否找到这样的进程，系统把资源分配给它后，就能满足它对资源的最大需求，从而保证其运行完毕。如果能就分配给它，系统在其运行完后回收其占用的全部资源，就会有更多的剩余资源数。再重复这一过程，直到找不出这样的进程为止。请看下面示例：进程已分配数还需要数A13B42C53系统剩余2进程已分配数还需要数A22B42C53系统剩余1例：假定某系统有12台磁带机，A：最大需要量4，B：最大需要量6，C：最大需要量8银行家算法实例经过若干次申请、分配系统的状态进程A提出申请1台磁带机后，采用银行家算法系统假定分配后的状态进程概念

进程调度死锁3.死锁的避免进程概念

进程调度死锁4.死锁的检测和恢复操作系统可定时运行一个“死锁检测”程序，该程序按一定的算法去检测系统中是否存在死锁。其实质是确定是否存在“循环等待”条件资源号占有本资源进程号a1b3c2d2e1进程号等待资源1c2b3ee132bc进程间对资源的循环等待经过考察资源分配表并填写资源申请表，发现出现了循环等待链，产生了死锁。资源分配表进程等待表出现进程循环链的现象进程1资源a资源e进程3资源c进程2资源b资源d允许死锁发生，但当死锁发生时能检测出来，并且有能力处理，进行恢复。可用进程

资源有向图来检测系统在某一特定状态时是否将来会处于死锁状态。进程概念

进程调度死锁4.死锁的检测和恢复进程概念

进程调度死锁4.死锁的检测和恢复02撤销进程撤销死锁进程，将它们占有的资源分配给另一些死锁进程，直到死锁解除为止01剥夺资源使用挂起/激活机制挂起一些进程，剥夺它们占有的资源给死锁进程，以解除死锁，待以后条件满足时，再激活被挂起的进程死锁解除法可归纳为两大类资源管理技术BasicsofComputerSoftware答辩人：XXX存储管理8.3基本概念

分区管理页式管理段式管理段页式管理目录基本存储概念1分区存储管理2页式存储管理3段式存储管理4段页式存储管理5基本概念

分区管理页式管理段式管理段页式管理内存空间的共享与保护对内存中的程序和数据实施保护内存空间的扩充实现内存的逻辑扩充，提供给用户更大的存储空间，允许超过内存容量的程序运行内存空间的分配与回收按程序要求进行内存分配，当程序运行结束后，适时回收其占用的内存实现地址转换实现程序中的逻辑地址到内存物理地址的转换存储管理应具有以下4个基本功能逻辑（相对）地址程序中按逻辑顺序编排的代码及数据的地址称为逻辑地址物理（绝对）地址程序中按代码及数据在内存中实际存储位置的地址成为物理地址重定位将逻辑地址转化为物理地址的过程称为重定位，又称地址映射或地址变换。一般由操作系统的链接过程完成。分为静态和动态两种。基本概念

分区管理页式管理段式管理段页式管理几个概念基本概念

分区管理页式管理段式管理段页式管理静态重定位静态重定位是指当用户程序被装入内存时，一次性实现逻辑地址到物理地址的转换，并在程序运行期间不再改变基本概念

分区管理页式管理段式管理段页式管理动态重定位动态重定位是指在程序运行过程中要访问数据时再进行地址变换，即在指令逐条执行时完成地址转换RR：基地址寄存器，又称重定位寄存器ER：逻辑地址寄存器基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理分区管理的概念02可变分区存储管理动态分区法在作业执行前并不建立分区，而是在处理作业的过程中按需要建立分区，而且其大小可随作业或进程对内存的要求而改变01固定分区存储管理固定分区管理是在处理任务前，内存事先划分为若干个大小不等或相等的区域，这些区域一旦划分好则固定不变，每个任务占一个分区，任务是连续存放的分区式存储管理对内存采用连续分配方式，即根据用户程序的需求为其在内存分配一段连续的存储空间内存的分配释放、存储保护以及地址变换都通过分区说明表进行。基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理固定分区管理分区号大小始址状态19KB20KB已分配225KB29KB可用340KB54KB可用4162KB94KB可用优点：分配回收方便，适用于用户不多的小型系统；缺点：内存使用不充分，每一分区剩余部分无法利用。动态分区采用三张表对内存管理，分别为已分配分区表、空闲分区表和资源请求表。基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理动态分区管理分区号起始地址大小状态150k20kP1290k15kP23260k40kP3:

分区号起始地址大小170k20k2105k155k3300k100k:

作业名大小:

P430kP590k:

已分配分区表空闲分区表资源请求表基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理动态分区的分配算法动态分区法在分配前，只有一个空白区。分配时，按一定的算法从空白表区中找，看是否有满足作业的可用分区，如果存在则分配，并修改两张表的内容，否则系统报错。首次适应算法可用分区按起址递增的次序排列，顺序查找空闲区，一旦找到满足要求的分区，则结束查找，从中划分所要求的内存长度分配给用户，把剩余的部分合并后修改可用区中的相应表项。最佳适应算法可用分区按大小递增的次序排列，顺序查找到第一个满足要求的空白区时停止查找，从中划分所要求的内存长度分配给用户，把剩余的部分合并后修改可用区中的相应表项。最坏适应算法可用分区按大小递减的次序排列，顺序查找到第一个满足要求的空白区时停止查找，从中划分所要求的内存长度分配给用户，把剩余的部分合并后修改可用区中的相应表项。基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理动态分区的分配算法【例】有一程序序列：程序A要求18KB,程序B要求25KB,程序C要求30KB，初始内存分配情况如左图所示（其中阴影为已分配区）。问首次适应算法、最佳适应算法和最差适应算法中哪种能满足该程序序列的分配?对于(b)，能满足三个程序的空闲区请求，对于(a)和(c)，能满足程序A和B的空闲区请求，但程序C不能及时分配空闲区空闲分区表空闲分区表空闲分区表基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理动态分区的回收回收区与上、下两个空闲分区相邻把这三个区域合并成一个新的空闲分区，在空闲区表中删除下空闲区表，将上空闲区表的长度设为三个分区长度之和若回收区只与上空闲区相邻将这两个相岭区域合并成一个新空闲分区，新空闲分区起始地址为上空闲区起始地址，大小为回收区与上空闲区大小之和若回收区只与下空闲区相邻将这两个相岭区域合并成一个新空闲分区，新空闲分区起始地址为下空闲区起始地址，大小为回收区与下空闲区大小之和回收区上、下都不与空闲分区相邻回收区单独作为一个空闲分区放入空闲分区表中，同时作为一个新空闲区节点，按不同的分配算法插入到空闲分区表中基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理页式存储的基本原理（1）划分块（实页）:将物理内存划分成位置固定、大小相同的块（实页面）（2）划分页：将用户逻辑地址空间也分成同样大小的页面，成为虚拟空间的虚页面（3）建立页表：建立页表，每个作业一张，按虚页号进行登记（4）地址变换：将虚页面的逻辑地址转化为实页面的物理地址，在程序执行时改变为物理地址，属于作业的动态重定位，一般由地址转换机构（硬件）完成注：在分页存储管理中，程序中的一维逻辑地址被转换为页号和页内地址。例如，设某系统的1页的大小为2K，即2048B，在程序中将地址为2500的一维地址转换为二维逻辑地址的方法如下：2500÷2048=1…452地址2500经转换后，其页号为1，页内地址为452。基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理页式存储的基本原理页式存储管理逻辑空间和物理空间示意图基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理页式存储中的数据结构（2）存储分块表：整个系统一张，记录整个内存的使用情况。有位示图、空白块链等方法。（1）页表：每个程序一张，其表项包括页号、块号、中断位、改变位、淘汰位等基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理页式存储的地址转换基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理页面置换算法在页表中登记进入的次序,淘汰时选择最先进入的页面先进先出算法首先淘汰到当前时间为止，被访问次数最少的那一页最不经常使用页面淘汰让循环多的页面驻留内存，适合循环多的大程序，缺点是系统开销大循环检测法利用在页表中设置一个访问位即可实现最近没有使用页面淘汰选择离当时时间最近的一段时间内最久没有使用过的页面先淘汰最近最少使用页面淘汰在无法确定哪些页的访问概率较低时，随机选择某个用户的页面进行淘汰随机数淘汰页面算法最优淘汰算法基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理页式管理的优缺点02缺点采用硬件的动态变址机构，成本大、降低了CPU速度各种管理表格占用了部分存储空间块内还有零头要求运行的作业必须全部装入主存01优点有效地解决了存储空间的零头垃圾问题易于实现代码段的共享用户可以连续编址基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理段式存储的基本原理把程序按内容或过程关系分成段，每段有自己的名字，段内从0开始连续编址，系统以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把段式虚拟存储地址转化为内存中的实际地址。注：在分段存储管理中，程序中的地址包括段号和段内地址。格式如下：段号：段内地址在系统中为每个进程建立一张段映像表，简称为段表。每个段在表中占有一表项，在其中记录了该段在内存中的起始地址（又称为基址）和段的长度。基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理段式存储的内存映射基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理段式存储的地址转换段式页式（1）分段由用户设计自己划分，每段对应的程序模块，有完整的逻辑意义（2）段是信息的逻辑单位，便于段的共享（3）段长不等，可动态装入，有利于新数据增加（4）逻辑空间是二维地址空间（5）一次可装入整个段（1）分页是由操作系统为内存管理划分划分的，用户看不见（2）页是信息的物理单位，一般不能共享（3）页面大小相同，位置不能动态增加（4）逻辑空间是一维地址空间（5）往往需要多次缺页中断才能把所需的信息完整地调入内存基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理段式和页式的比较基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理段页式存储的基本原理（1）采用二维地址空间，如段号、页号和页内单元号；（2）系统建两张表格每一作业一张段表，每一段建立一张页表，段表指出该段的页表在内存中的位置；（3）地址变换机构类似页式机制，只是前面增加一项段号（4）每一段分成若干页，再按页式管理，页间不要求连续；（5）用分段方法分配管理作业，用分页方法分配管理内存；（6）段页式管理是段式管理和页式管理结合而成，兼有段式和页式基本概念分区管理页式管理段式管理段页式管理段页式存储的地址转换资源管理技术BasicsofComputerSoftware答辩人：XXX

设备管理8.4目录设备管理概述1程序程序方式2中断处理方式3直接内存存取DMA方式4通道技术5设备管理概述

程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术设备管理概述

程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术1.设备的分类又称外存或辅存，用于永久保存信息。既是输入设备又是输出设备存储设备通过虚拟技术(如SPOOLing技术)，将一台独占设备改造成若干台逻辑上共享的设备虚拟设备指在一段时间内只允许一个用户(进程)访问的设备独占设备指数据按二进制位一位一位地顺序传送的设备，串口串行设备在一段时间内允许多个用户同时访问的设备。但这里的共享是宏观上的共享设备指8位数据同时通过并行线进行传送的设备，相应的接口称作并行接口或并口并行设备I/O设备设备管理概述

程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术2.设备管理的任务完成用户的I/O请求按照一定的规则启动设备，完成实际的输入、输出操作改善I/0设备的利用率优化设备的调度，提高设备的利用率管理好I/O设备根据各种设备的特点确定分配和回收策略方便用户要向用户提供一组有关设备操作的统一的、友好的使用界面，方便进行系统调用设备管理概述

程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术3.设备管理的功能系统将设备分配给进程（或作业），使用完毕时系统将其及时收问，以备重新分配设备分配每个设备都响应带有参数的特定的I/O指令设备控制为了能对设备实施分配和控制,系统要在任何时间内都能快速地跟踪设备状态状态跟踪按一定策略，以确定哪个请求者将获得一台设备、使用多长时间以及何时存取设备设备存取包括对缓冲区的管理，以提高CPU和I/O设备之间的并行操作，减少中断；为改善系统的可适应性和可扩展性，应使用户程序与实际使用的I/O物理设备无关等其它功能设备管理概述

程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术4.

CPU与设备的通信方式短中断处理方式通道方式程序查询方式DMA方式设备管理概述程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术程序查询方式原理通过设置一个测试I/O设备“忙/闲”状态标志的触发器。若它置“闲”，则执行I/O操作，若它置“忙”，则CPU不断对它进行监测，直至设备“闲”下来为止。在早期计算机系统中主要采用这种方式。设备管理概述程序查询方式中断处理方式

DMA方式通道技术1.中断相关概念（1）中断：计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行的过程（2）中断源：引起中断的事件称为中断源。（3）中断请求：中断源向主机提出的进行处理的请求称为中断请求。（4）断点：发生中断时，在主机上正在运行的程序暂时停止，程序的暂停点称为断点。（5）中断装置：发现中断、响应中断的硬件称为中断装置。（6）中断响应：主机暂停执行原来的程序，转去处理中断，这样的过程称为中断响应。（7）中断处理程序：对已经得到响应的中断请求进行处理的程序称为中断处理程序，它是操作系统中与硬件最接近的一部分，是操作系统和硬件的界面。设备管理概述程序查询方式中断处理方式

DMA方式通道技术2.

CPU处理中断的过程1査找、识别中断源2保护断点现场3执行中断处理子程序4恢复现场和退出中断设备管理概述程序查询方式中断处理方式

DMA方式通道技术3.中断方式的优缺点02缺点I/O操作还依赖于CPU，如果I/O处理频繁，CPU也将很忙。特别是对字符设备，传送一个字符，就要响应一次中断处理；若字符I/O设备很多、传输量很大时，CPU可能完全陷入I/O处理中而不能自拔01优点CPU和I/O设备可并行工作，速度快，提高了资源的利用率设备管理概述程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术1.DMA方式的基本概念在DMA方式中，外部设备在DMA控制器支持下绕过CPU直接与内存交换数据，每次交换可以传送一个数据块，在每个数据块的传送期间无须CPU的干预。1内存与设备之间以数据块为单位进行数据传输，即每次至少传输一个数据块2DMA控制器获得总线控制权直接与内存进行数据交换，CPU不介入数据传输事宜3CPU仅在数据块传送的开始和结束时进行干预，而数据块的传输和I/O管理均由DMA控制器负责DMA控制方式具有以下三方面特点设备管理概述程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术2.DMA方式的处理过程STEP01STEP03STEP02STEP04响应阶段传送结束阶段申请阶段数据传送阶段在设备与内存之间进行数据传输，并修改内存地址寄存器和数据计数器的值设备管理概述程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术3.DMA方式的优缺点02缺点DMA方式只能完成简单的数据传输，不能满足更复杂的I/O操作要求01优点I/O操作处理速度快设备管理概述程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术1.通道的概念02通道的作用通道就可以独立地完成输入、输岀的任务，而主机就不再干预，实现了主机和通道的并行操作01通道定义通道指专门用来控制输入、输出设备的处理器，又被称为输入/输出（I/O）处理器。它是独立于CPU的专门负责数据输入、输出传输工作的处理机设备管理概述程序查询方式中断处理方式DMA方式通道技术2.通道的硬件连接结构单一通道I/O系统从主机的内存到各设备之间，只有唯一的一个通路多重通道I/O系统允许每台设备连有多条通道，称为多重通道交叉连接I/O系统一个通道可以同时连接多个控制器，一个控制器又可以连接多个设备，连接的方式有多种资源管理技术BasicsofComputerSoftware答辩人：XXX

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