第二部分 4-6章
第四章 存储管理
存储管理的基本概念
4.1.1 存储管理研究的课题
解决的问题：
- 存储分配问题：重点是研究存储共享和各种分配算法
- 地址再定位问题：研究各种地址变化机构，以及静态和动态再定位方法
- 存储保护问题：研究保护各类程序、数据区的方法
- 存储扩充问题：主要研究虚拟存储器问题及其各种调度算法
4.1.2 地址再定位
一个逻辑地址空间的程序装入到物理地址空间时，由于两个空间不一致，就需要进行地址变换，即地址的再定位
4.2.1 单一连续分配
优点是：方法简单、易于实现
缺点是：仅仅适用于单道程序，因而不能使处理机和主存得到充分利用
4.2.2 分区分配
分区分配是能满足多道程序设计需要的一种最简单的存储管理技术，分区管理法也称界地址存储管理法。
有
- 固定式分区
- 可变式分区
- 可再定位式分区分配
- 多重分区分配
优点：
- 实现了主存的共享
- 所占存储容量较少，算法也相对简单
- 实现存储保护的措施也比较简单
- 多重分区分配方案也能实现对子程序、数据段的共享
缺点：
- 主存不能充分利用
- 不能实现对主存的扩充
- 要求一个作业在执行之前必须全部放入主存
- 采用靠拢方法，虽然能解决碎片问题，需要处理大量信息，损失了处理机时间
- 除多重分区外，几个共行作业不不能共享存入主存的单一信息副本
4.3 分页存储管理
页面变换表
4.3.2 地址变换机构
动态地址变换机构DAT：
通过页面变换表来查找块号，慢、简单
每个作业都有一个页面变换表，通常各作业的页面变换表放在操作系统的一个工作区中，由页面变换地址寄存器（PMTAR）指出作业的页面变换表的起始地址
高速页面变换寄存器：
采用硬件的高速寄存器来实现作业地址空间到物理地址空间的变换
联想存储器：
一种折中的办法，高速寄存器作为DAT的辅助机构来实行地址变换，速度中等，费用中等
4.3.3 分页存储管理算法
- 作业表（JT）：整个系统一张表
- 存储分块表（MBT）：整个系统一张表
- 页面变换表（PMT）：每个作业一张表
当有一个作业进入系统时，就在作业表上登记页表的长度及状态信息，并为PMT表分配一个存储区，然后将PMT表的起始地址填入作业表中，最后搜索存储分块表，将存储块号填入PMT表中
4.3.4 分页存储管理方案的评价
优点：
- 不必像浮动分区法执行费时的靠拢操作
- 消除了碎片，便于多道程序设计
缺点：
- 采用动态地址变换会增加计算机成本和降低处理机的速度
- 各种表格占用了一定容量的主存空间，还需花费一定的处理机时间用来建立和管理这些表格
- 消除了碎片，但是每个作业的最后一页一般都有不能充分利用的空白区
- 存储扩充问题还是没有得到解决
4.4 请求分页存储管理
分页存储管理系统根据请求装入所需页面的方法，称为请求分页存储管理
将某一页从实存移到辅存称为“出页”，从辅存调入实存称为“入页”，入页和出页的操作称为“分页”操作
系统抖动：在请求分页系统中，从实存中刚刚移走某个页面后，根据请求有调入该页，这种反复进行入页和出页的现象称为“抖动”
发生系统抖动，在于页面置换算法和程序的问题
4.4.2 页面置换算法
先进先出算法（FIFO）：
最近最久未使用算法（LRU）：
当需要置换一页时，选择在最近一段时间最久未用的页予以淘汰
普遍适用于各种类型的程序，但是实现起来比较困难。因为要对先前的访问历史加以记录和更新，如果由软件来做，则系统开销过大，如果由硬件来完成，则会增加计算机成本，所以实际应用的推广的时一种简单而有效的LRU近似算法
LRU近似算法：
在存储分块表或页面变换表中设一“引用位”，当存储分块表中的页被访问时，该位由硬件自动置“1”，而由页面管理软件周期的把所有引用位置“0”。置换时，选择引用位为“0”的页
4.4.3 性能分析
程序设计的质量主要指程序的局部化程度，包括时间局部化和空间局部化
- 时间局部化：一旦某个位置——数据或指令——被访问了，它常常很快又要再次被访问。可以通过循环、变量、子程序来实现
- 空间局部化：一旦某个位置被访问到，那么她附近的位置很快也要用到
第五章 文件系统
5.1 文件系统概述
5.1.3 文件系统的基本功能
- 文件的结构及有关存取方法
- 文件的目录结构和有关处理
- 文件存储空间的管理
- 文件的共享和存取控制
- 文件的操作和使用
5.2 文件的结构和存取法（具体应用）
5.2.2 文件的物理结构
连续结构（类似于定长数组）：
知道文件存储的起始块号和文件块数，可以立即找到所需的信息。缺点是，建立文件时，需要用户给出文件的最大长度；不便于记录的增、删操作，一般只能在末端进行
串联结构（类似于链表）：
动态增删，不需要事先声明文件的最大长度。缺点是只适合顺序存取，不便于直接存取。设置链接字破坏了物理信息的完整性
索引文件：
具备串联结构的所有优点，还克服了它的缺点，可以随机存取。缺点是增加了索引表的空间开销，存取文件时需要区得索引表，增加了一次访盘操作，降低了文件访问的速度
多个索引表块的组织方式：串联文件方式和多重索引方式
在UNIX系统中，文件的物理结构就采用多重索引结构
系统把常规文件分成小型（0~9，直接）、中型（10，间接）、大型（11，二次间接）和巨型（12，三次间接）四种文件
5.2.4 存取方法
5.3 文件目录
5.3.1 简单的文件目录
存在以下几个问题：
- 存在“重名”问题
- 当系统文件数量过多时，目录项数会很大，查找起来就要花费较长时间（效率问题）
解决问题的方法是建立二级或多级目录
5.4 文件存储空间的管理
5.4.1 空白文件目录
我们把盘空间上一个连续的未分配区域称为“空白文件”。系统为所有这些“空白文件”单独建立一个目录
这种方法仅当有少量空白文件时才有较好的效果。如果存储空间中有大量的小的空白文件，则使该目录变得很大，因而效率降低。其次，这种管理技术仅适用于连续文件
5.4.2 空白块链
采用链接结构时，释放和分配的空白块都可以在链首处进行，其主要问题时修改几个有关的链接字。
采用指针，要读几个盘块，工作量较大；采用索引表，工作简单，存储空间较大，对系统来说也是一种负担
UNIX使用了空白块成组链接法
5.4.3 位示图
一位代表一个物理块
分配和释放都可以在内存的位示图上完成，而且速度较快。这一优点是它能被广泛采用的主要原因。其缺点是，尽管位示图较小，但还是要占用存储空间
5.5 文件的共享
同名共享
异名共享：文件的勾连
- 允许目录项链接到目录树的任一节点上
- 只允许链接到数据文件的叶子节点上
实现方法：
- 基于索引节点的共享方法
- 基于符号链的共享方法：能跨越文件系统共享
5.5.2 打开文件结构中的共享
5.5.3 管道文件
一种特殊的打开文件，有以下部分组成：
- 一个外存索引节点
- 相应的内存索引节点
- 两个系统打开文件表
5.6 文件的存取控制
5.6.1 文件存取控制法
- 存取控制矩阵：优点是简单，缺点是不够经济。矩阵本身将占据大量空间
- 存取控制表：一个文件只于几个用户有关
- 用户权限表：
- 口令：优点是，对每个需要保护的文件只须提供少量的保护信息，口令的管理简单易于实现。缺点是，别人存取你的文件，要告诉别人口令，操作系统和系统程序员可能会得到系统的全部口令
- 加密：具有保密性强，节省存储空间的优点，但是是以花费大量编码和译码的时间为代价换来的
第六章 输入/输出系统
6.1 I/O设备类型
6.1.3 I/O系统的硬件组织
- 循环I/O测试方式
- 程序中断I/O方式
- DMA方式
- 通道方式
6.1 I/O系统的软件组织
6.3.1 I/O系统软件的层次结构
6.4 缓冲技术
为什么要有缓冲：缓冲技术的引入可明显的提高CPU与外设的并行程度，提高系统的处理能力和设备利用率
缓冲技术的基本思想是在CPU和外设之间设立缓冲区，用于暂存CPU和外设之间交换的数据，从而缓和CPU和外设速度不匹配产生的矛盾
6.5 磁盘的驱动调度
- 先来先服务算法FCFS
- 最短查找时间优先法SSTF
- 电梯调度算法
