計算機操作系統期末考試復習資料(2)

　　掌握：能根據給定的邏輯地址和段表內容轉換出物理地址(注意在進行地址變換前要注意判斷段號和段地位移量是否越界。)

　　9、分段和分頁的主要區別

　　a. 分頁和分段都采用離散分配的方式，且都要通過地址映射機構來實現地址變換，這是它們的共同點;

　　b. 對于它們的不同點有三，第一，從功能上看，頁是信息的物理單位，分頁是為實現離散分配方式，以消減內存的外零頭，提高內存的利用率，即滿足系統管理的需要，而不是用戶的需要;而段是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對完整的信息，目的是為了能更好地滿足用戶的需要;

　　c. 頁的大小固定且由系統確定，而段長度不固定，決定于用戶所編寫的程序; d. 分頁的作業地址空間是一維的，而分段的作業地址空間是二維的.

　　10、虛擬存儲器的特征及其內部關聯

　　a. 虛擬存儲器具有多次性，對換性和虛擬性三大主要特征;

　　b. 其中所表現出來的最重要的特征是虛擬性，它是以多次性和對換性為基礎

　　的，而多次性和對換性又必須建立在離散分配的基礎上。

　　11▲

　　1、 FIFO

　　2、 最佳置換算法OPT

　　3、 最近最久未使用(LRU)置換算法

　　4、 Clock置換算法

　　5、 最少使用(LFU)置換算法

　　1)要求：掌握算法思想、名稱縮寫。并能對前3種算法根據算法思想計算缺頁中斷次數和缺頁中斷率，參考書P150頁和作業題。)

　　2)掌握先進先出FIFO、最佳置換算法OPT、最近最久未使用(LRU)置換算法的性能評價

　　– 先進先出：實現簡單;性能最差，與進程實際的運行不相適應，且有可能會出

　　現Belady現象(即在未給進程或作業分配它所要求的全部頁面時，有時會出現

　　分配給作業的內存塊數增多，缺頁次數反而會增多的奇怪現象)

　　– 最佳置換算法OPT：理論上，性能最佳;實際上，無法實現;通常只用在研究其它算法時，做參考評價。

　　最近最久未使用(LRU)置換算法：性能較好;實現復雜，需要硬件支持。

　　12、分段保護

　　采取以下措施保證信息安全：越界檢查、存取控制檢查、環保護機構

　　第五章 設備管理

　　1、I/O設備按使用特性、傳輸速率、信息變換、共享屬性如何分類

　　按設備的使用特性分類：存儲設備(又稱外存、后備存儲器、輔助存儲器);輸入輸出設備(又可具體劃分：輸入設備(鍵盤、鼠標、掃描儀、視頻攝像、各類傳感器)、輸出設備(打印機、繪圖儀、顯示器、數字視頻顯示設備、音響輸出設備)、交互式設備)

　　按傳輸速率分類：低速設備(鍵盤、鼠標、語音的輸入輸出設備);中速設備(行式打印機、激光打印機);高速設備(磁帶機、磁盤機、光盤機)。

　　按信息交換的單位分類：塊設備(磁盤);字符設備(交互式終端、打印機) 按設備的共享屬性分類：獨占設備;共享設備(磁盤);虛擬設備

　　2、設備控制器的組成

　　設備控制器由以下三部分組成：(1)設備控制器與處理機的接口，該接口用于實現CPU與設備控制器之間的通信，提供有三類信號線：數據線、地址線和控制線。(2)設備控制器與設備的接口，可以有一個或多個接口，且每個接口連接一臺設備。每個接口都存在數據、控制和狀態三種類型的信號。(3)I/O邏輯，用于實現對設備的控制。其通過一組控制線與處理機交互，處理機利用該邏輯向控制器發送I/O命令，I/O邏輯對收到的命令進行譯碼。

　　3、I/O通道設備如何引入

　　雖然在CPU和I/O設備之間增加了設備控制器后，已能大大減少CPU對I/O的干預，但當主機配置的外設很多時，CPU的負擔仍然很重，為此，在CPU和設備控制器之間又增設了通道。

　　I/O通道是一種特殊的處理機，它具有執行I/O指令的能力，并通過執行通道(I/O)程序來控制I/O操作。

　　通道與普通處理機的區別：1)沒有自己的內存，且與主機共享主機內存2)執行的指令單一，主要執行與I/O有關的指令。

　　通道分為：字節多路通道(主要連接低速字符設備);數組選擇通道(主要連接高速塊設備);數組多路通道(主要連接中高速塊設備)

　　4、有哪幾種I/O控制方式?各適用于何種場合?

　　(1)I/O控制方式：程序I/O方式、中斷驅動I/O控制方式、

　　DMA I/O控制方式、I/O通道控制方式。

　　(2)程序I/O方式適用于早期的計算機系統中，并且是無中斷的計算機系統; 中斷驅動I/O控制方式是普遍用于現代的計算機系統中;

　　DMA I/O控制方式適用于I/O設備為塊設備時在和主機進行數據交換的

　　一種I/O控制方式;

　　當I/O設備和主機進行數據交換是一組數據塊時通常采用I/O通道控制方式，但此時要求系統必須配置相應的通道及通道控制器。

　　5、DMA控制器的組成

　　(1)DMA控制器由三部分組成：主機與DMA控制器的接口、DMA控制器與塊設備的接口、I/O控制邏輯。

　　(2)DMA方式與中斷控制方式的區別：

　　相同點是都是以塊為單位進行傳輸。

　　區別是：1)CPU處理中斷的時間：

　　● 中斷控制方式：是在數據緩沖寄存器滿之后要求CPU進行中斷處理

　　● DMA方式：是在所要求轉送的數據塊全部傳送結束時要求CPU進行中

　　斷處理。這就大大減少了CPU進行中斷處理的次數。

　　2)數據傳送的完成者：

　　● 中斷控制方式：是在中斷處理時由CPU控制完成的，

　　● DMA方式：是DMA控制器完成的。

　　6、為了實現主機與控制器之間成塊數據的直接交換，需設置DMA控制器中四類寄存器

　　DR：數據寄存器，暫存從設備到內存或從內存到設備的數據

　　MAR：內存地址寄存器

　　DC：數據計數器，存放本次CPU要讀或寫的字(節)數

　　CR：命令\狀態寄存器，接收從CPU發來的I/O命令，或相關控制信息，或

　　設備狀態

　　7、緩沖的引入原因

　　操作系統引入緩沖機制的主要原因可歸結為以下幾點：(1)緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾;(2)減少對CPU的中斷頻率，放寬對中斷響應時間的限制;(3)提高CPU與I/O設備之間的并行性。

　　8、緩沖池的組成、工作方式

　　三個隊列：空緩沖隊列、輸入隊列、輸出隊列

　　四種工作緩沖區：(1)用于收容輸入數據的工作緩沖區;(2)用于提取輸入數據的工作緩沖區;(3)用于收容輸出數據的工作緩沖區;(2)用于提取輸出數據的工作緩沖區;

　　9、SPOLLing系統的定義、組成、特點

　　SPOOLing系統是對脫機I/O工作的模擬，其必須有高速隨機外存(通常采用磁盤)的支持。SPOOLing系統主要有以下四個部分：

　　(1)輸入井和輸出井，為磁盤上開辟的兩大存儲空間，分別模擬脫機輸入/出時的磁盤，并用于收容I/O設備輸入的數據和用戶程序的輸出數據;(2)輸入緩沖區和輸出緩沖區，在內存中開辟，分別用于暫存由輸入設備和輸出井送來的數據;

　　(3)輸入進程SPi和輸出進程SPo，分別模擬脫機輸入/出時的外圍控制機，用于控制I/O過程;(4)I/O請求隊列，由系統為各個I/O請求進程建立的I/O請求表構成的隊列。

　　SPOLLing系統的特點：提高了I/O的速度;將獨占設備改造為共享設備;實現了虛擬設備功能。

　　10、磁盤的類型和訪問時間組成

　　磁盤分為兩類：固定頭磁盤(一般為大容量磁盤)和移動頭磁盤(一般為中小型容量磁盤)。

　　磁盤訪問時間=尋道時間+旋轉延遲時間+數據傳輸時間

　　11、磁盤磁盤調度算法▲

　　1、 先來先服務FCFS

　　2、 最短尋道時間優先SSTF

　　3、 掃描(Scan)算法(又稱為“電梯調度算法“)

　　4、 循環掃描(CScan)算法

　　1)要求：掌握算法思想、名稱縮寫。并能根據算法思想計算碰頭的尋道軌跡，尋道距離和尋道時間，參考書P194頁和作業題。)

　　2)掌握算法性能評價

　　● 先來先服務FCFS：公平、簡單;平均尋道時間可能較長，

　　● 最短尋道時間優先SSTF：平均尋道時間比FCFS算法短，但可能會出現“饑

　　餓現象”和“磁臂粘著”現象。

　　● 掃描(Scan)算法：消除了“饑餓”現象，但可能會出現“磁臂粘著”現象。 ● 循環掃描(CScan)算法：改進了對于邊緣區磁道訪問的不公平，但可能會

　　出現“磁臂粘著”現象。

　　5.N-Step-Scan和FSCAN算法：可避免出現“磁臂粘著”現象。

　　第六章 文件管理

　　1、文件的定義、屬性

　　文件是指由創建者所定義的、具有文件名的一組相關信息的集合，可分為有結構文件和無結構文件。

　　文件的屬性包括：文件類型、文件長度、文件的物理位置、文件的建立時間 2、文件類型按用途、文件中數據的形式、存取控制屬性、組織形式和處理方式如何劃分?

　　按用途分類：系統文件、用戶文件、庫文件

　　按文件中數據的形式分類：源文件、目標文件、可執行文件

　　按存取控制屬性分類：只執行文件、只讀文件、讀寫文件

　　按組織形式和處理方式劃分：普通文件、目錄文件、特殊文件

　　(其中目錄文件：由文件的目錄信息構成的文件特殊文件：被視為文件的設備稱為設備文件，也叫特殊文件。)

　　3、有結構文件按不同方式組織形成哪幾種文件? 順序文件、索引文件、索引順序文件

　　4、順序文件的適用場合、優缺點

　　最佳適用場合是在對諸記錄進行批量存取時。

　　批量存取時對順序文件的存取速率是所有邏輯文件中最高的;只有順序文件能存儲在磁帶上，并能有效地工作。

　　在交互應用場合，順序文件表現出來的性能很差;如果想增加或刪除一個記錄都比較困難。

　　5、外存分配方式

　　1. 連續分配

　　2. 鏈接分配

　　3. 索引分配

　　要求：掌握三種分配方式如何實現對一個文件分配外存空間，及三種方式的優缺點。

　　1) 連續分配：要求為每一個文件分配一組相鄰接的盤塊;應在文件的目錄項中記

　　錄第一個記錄所在的盤塊號和文件長度;(優點：(1)順序訪問容易;(2)順序

　　訪問速度快;(3)所需的磁盤尋道次數和尋道時間最少。缺點： (1)要求有連

　　續的存儲空間(有外碎片問題);(2)必須事先知道文件的長度,文件不能動態

　　增長(3)不利于文件插入和刪除。

　　2) 鏈接分配：一個文件的信息存放在若干不連續的物理塊中，各塊之間通過鏈接

　　指針連接，由前一個物理塊指向下一個物理塊，將同屬于一個文件的多個離散

　　的盤塊鏈接成一個鏈表，由次所形成的物理文件稱為鏈接文件。

　　鏈接方式又可分為隱式鏈接和顯式鏈接。

　　優點：(1)提高了磁盤空間利用率,不存在 外部碎片問題;(2)有利于文件

　　插入和刪除;(3)有利于文件動態擴充。 缺點：只適合順序存取，不適于

　　隨機存取;(2)不可靠，如指針出錯;(3)需更多的尋道次數和尋道時間;

　　3) 索引分配：一個文件的信息存放在若干不連續物理塊中，系統為每個文件建立

　　一個專用數據結構——索引表，將這些分配給文件的所有物理塊號的塊號都存

　　放在該索引表中，并在文件目錄項中填上指向該索引表的指針。

　　相應的文件結構稱為“索引結構”，相應的物理文件稱為“索引文件”。

　　分類：單級索引分配、多級索引分配、混合索引分配。

　　優點：(1)即能順序存取,又能隨機存取;(2)滿足了文件動態增長、插入

　　刪除的要求;(3)也能充分利用外存空間。缺點：需更多的尋道次數和尋道

　　時間。

　　6、對目錄管理的要求有哪些?

　　有以下要求：a) 實現―按名存取‖ b) 提高對目錄的檢索速度 c) 文件共享 d) 允許文件重名

　　7、目錄的三種結構

　　單級目錄結構、 雙級目錄結構、 樹型目錄結構。

　　1)單級目錄結構：在整個文件系統中建立一張目錄表，每個文件占一個目錄項。優點：簡單，能實現目錄管理的基本功能----按名存取。缺點：查找速度慢;不允許重名;不便于文件共享。

　　2)雙級目錄結構：為每個用戶建立一個單獨的目錄UFD;系統中再建立一個主文件目錄MFD，在主文件目錄中，每個目錄文件都占用一個目錄項。優點：檢索速度較快;不同的用戶目錄中文件可以同名;不同用戶可以共享文件。

　　3) 樹型目錄結構：若在兩級目錄結構中，進一步允許用戶創建自己的子目錄并相應地組織自己的文件，便可將兩級目錄變為三級文件目錄。依次類推，可進一步形成四級、五級文件目錄。把三級及以上文件目錄結構稱樹型目錄結構。

　　樹型目錄具有檢索效率高、允許重名、便于實現文件共享等一系列優點。

　　8、文件存儲空間常用的管理方法

　　1空閑表法和空閑鏈表法(分為：空閑盤塊鏈和空閑盤區鏈);

　　2位示圖法;

　　3成組鏈接法

　　其中位示圖是利用二進制的一位來表示磁盤中一個盤塊的使用情況。由所有盤塊對應的位構成一個集合，稱為位示圖。

　　9、常用的兩種文件共享方式

　　基于索引結點的共享方式、利用符號鏈實現文件共享

　　10、文件的訪問控制方式有：

　　訪問控制矩陣、訪問控制表、訪問權限表、口令、密碼