计算机操作系统 第四章.
计算机操作系统(第三版)汤小丹第4章
注意：1)“本章要点”部分，用红字标注的不是期末考试出题范围。
2)“习题部分”用蓝字标注的是重点习题，期末考试50%的题目是这些习题的原题。
红字标注的习题期末考试不考，仅供考研的同学参考。
3）大部分习题答案只给出要点，同学们可以自行适当补充，但一定要简明扼要。
4）如“本章要点”部分用红字标注的非考试内容，在“习题”部分有相关的重点习题，则对该部分内容只需做该习题即可。
------------------------------------------------------------第四章存储器管理要点4.1 存储器的层次结构理解P116图4-1的存储器层次结构，知道这种结构从经济上考虑，具有好的性能/价格比。
了解P117-118高速缓存CACHE和磁盘缓存，知道它们使用的淘汰算法与虚拟内存的页面置换算法是基本相同的。
4.2 程序的装入和链接这一小节的内容是一些重要的专业常识。
应了解本小节介绍的各种装入和链接方法，要求结合Windows操作系统及C 语言的实际去理解上述装入和链接方法（联系实际部分可上网查询）。
4.3 连续分配方式通用操作系统大都不用连续分配方式，有些嵌入式OS可能使用这种分配方式。
这一小节只需阅读P121-124即可。
4.4 基本分页存储管理方式这是本章最重要的一小节，要求全读。
重点理解页面、物理块、页表、页表的访存、物理地址、逻辑地址、快表（TLB）等概念及相互关系。
4.5 基本分段存储管理方式阅读4.5.1，知道为什么要分段。
阅读4.5.2 知道分段的原理。
考研的同学要知道段表、地址变换，知道分段和分页的主要区别。
阅读4.5.3 知道分段有利于信息共享，知道“纯代码”的概念。
阅读4.5.4 知道什么是段页式存储。
需要补充说明的是：教材说过，分段方便编程，主要是指方便汇编语言程序员，和设计高级语言编译器的程序员。
对使用高级语言进行应用编程的程序员来说，段是透明的，一般不能用高级语言代码去操作段。
MSE计算机操作系统第四章笔记
第四章1.一个作业从提交给计算机系统到执行结束退出系统，一般都要经历提交、收容、执行和完成四个状态。
一个作业在其处于从输入设备进入外部存储设备的过程成为提交状态。
处于提交状态的作业，因其信息尚未全部进入系统，所以不能被调用程序选取。
收容状态也称为后备状态，输入管理系统不断地将作业输入到外存中对应部分（或称输入井，即专门用来存放待处理作业信息的一组外存分区）。
若一个作业的全部信息已全部被输入进输入井，那么，在它还未被调度去执行之前，该作业处于收容状态。
作业调度程序从后备作业中选取若干作业到内存投入运行。
它为被选中作业建立进程并分配必要的资源，这时，这些被选中的作业处于执行状态。
当作业运行完毕，但它所占用的资源尚未全部被系统收回时，该作业处于完成状态。
一般来说，处理机调度可分为4级：作业调度、交换调度、进程调度、线程调度。
作业调度：又称宏观调度或高级调度，其主要任务是按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择，给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源，并建立相应的根程序，以使该作业的进程获得竞争处理机的权利，另外，当该作业执行完毕时，还负责回收系统资源。
交换调度：又称中级调度，其主要任务是按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中的就绪状态或就绪等待状态的进程调入内存，或把处于内存就绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。
交换调度主要涉及内存的管理和扩充，一般将它归在存储管理之中。
进程调度：又称微观调度或低级调度，其主要任务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的进程占用处理机。
只有在多道批处理系统中才有作业调度，而在分时和实时系统中一般只有进程调度、交换调度和线程调度。
这是因为在分时和实时系统中，为了缩短响应时间或为了满足用户需求的截止时间，作业不是建立在外存中，而是直接建立在内存中。
2.作业调度作业调度的功能：（1）记录系统中各作业的状况，包括执行阶段的有关情况。
通常，系统为每个作业建立一个作业控制表JCB记录这些有关信息。
计算机操作系统第四章存储器管理复习资料
第四章存储器管理第一部分教材习题（P159）15、在具有快表的段页式存储管理方式中，如何实现地址变换？答：在段页式系统中，为了便于实现地址变换，须配置一个段表寄存器，其中存放段表始址和段长TL。
进行地址变换时，首先利用段号S，将它与段长TL进行比较。
若S<TL，表示未越界，利用段表始址和段号来求出该段所对应的段表项在段表中的位置，从中得到该段的页表始址，并利用逻辑地址中的段内页号P来获得对应页的页表项位置，从中读出该页所在的物理块号b，再利用块号b和页内地址来构成物理地址。
在段页式系统中，为了获得一条指令或数据，须三次访问内存。
第一次访问内存中的段表，从中取得页表始址；第二次访问内存中的页表，从中取出该页所在的物理块号，并将该块号与页内地址一起形成指令或数据的物理地址；第三次访问才是真正从第二次访问所得的地址中，取出指令或数据。
显然，这使访问内存的次数增加了近两倍。
为了提高执行速度，在地址变换机构中增设一个高速缓冲寄存器。
每次访问它时，都须同时利用段号和页号去检索高速缓存，若找到匹配的表项，便可从中得到相应页的物理块号，用来与页内地址一起形成物理地址；若未找到匹配表项，则仍须再三次访问内存。
19、虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？答：虚拟存储器有以下特征：多次性：一个作业被分成多次调入内存运行，亦即在作业运行时没有必要将其全部装入，只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可；以后每当要运行到尚未调入的那部分程序时，再将它调入。
多次性是虚拟存储器最重要的特征，任何其他的存储器管理方式都不具有这一特征。
因此，认为虚拟存储器是具有多次性特征的存储器系统。
对换性：允许在作业的运行过程中进行换进、换出，也即，在进程运行期间，允许将那些暂不使用的程序和数据，从内存调至外存的对换区（换出），待以后需要时再将它们从外存调至内存（换进）；甚至还允许将暂不运行的进程调至外存，待它们重又具备运行条件时再调入内存。
计算机操作系统第四章-存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。
但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。
2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。
(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。
1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。
物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。
计算机操作系统课后答案
计算机操作系统课后答案计算机操作系统课后答案第一章：操作系统概述1.1 操作系统的定义与作用操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理和控制计算机硬件资源，为用户和应用程序提供统一的接口和服务。
1.2 操作系统的发展历程操作系统的发展经历了批处理系统、分时系统、实时系统和网络操作系统等阶段，逐步提高了计算机的效率和可靠性。
1.3 操作系统的功能和特点操作系统的功能包括进程管理、内存管理、文件管理和设备管理等。
其特点包括并发性、共享性、虚拟性和异步性等。
第二章：进程管理2.1 进程的概念和属性进程是程序在执行过程中的一个实例，具有独立的地址空间和执行状态。
2.2 进程的调度算法常见的进程调度算法有先来先服务调度、短作业优先调度、高响应比优先调度和时间片轮转调度等。
2.3 进程同步与通信进程同步是指协调多个进程之间的执行顺序，进程通信是指进程之间的数据交换和共享。
第三章：内存管理3.1 内存管理的基本概念内存管理包括内存的分配和回收，以及地址转换和内存保护等操作。
3.2 内存分配的算法常见的内存分配算法有首次适应、最佳适应和最坏适应等。
3.3 虚拟内存的实现原理虚拟内存通过将主存和辅存进行映射，将不常用的数据和程序置换到辅存中，以提高内存利用率。
第四章：文件管理4.1 文件的概念和组织方式文件是存储在存储介质上的数据集合，文件组织方式包括顺序文件、索引文件和哈希文件等。
4.2 文件共享与保护文件共享是指多个进程可以同时访问同一个文件，文件保护是指对文件进行权限和访问控制。
4.3 文件系统的实现原理文件系统通过文件目录和文件控制块来管理文件和目录的存储和访问。
第五章：设备管理5.1 设备管理的基本概念设备管理包括设备的分配和回收，以及设备的驱动程序和设备控制器等。
5.2 设备独立性和设备分配算法设备独立性是指操作系统对设备的不同类型进行统一管理，设备分配算法有等待队列调度和优先级调度等。
5.3 设备中断和错误处理设备中断是指设备发出的中断信号，操作系统需要及时响应并处理中断。
计算机操作系统-陆丽娜-课后答案第四章
14. 设 N 为整型数，初始值为 3，两个并发进程 A 和 B 的程序如下：
process A
process B
do{ N＝N＋5； }
do{ print（N）；
N＝0；
} 若 process A 先执行了三个循环后，process A 和 process B 又并发执
行了一个循环，写出可能出现的打印值。请用 P、V 操作实现同步， 使两并发进程能正确执行。
量 S1 和 S2 初值均为 0。试问 P1、P2 并发执行后，x、y 的值各为多 少？
P1：
P2：
begin
begin
y:=1;
x:=1;
y:=y+3;
x:=x+5;
V(S1);
P(S1);
z:=y+1;
x:=x+y;
P(S2);
V(S2);
y:=z+y
end
z:=z+x;
end 答：x=10 y=9 z=15
9. 列举死锁的各种预防策略。 答： 静态分配资源策略：要求每一个进程在开始执行前就要申请它所需要 的全部资源，仅当系统能满足进程的资源申请要求时才把资源分配给 进程，该进程才能开始执行（注意，所有并发执行的进程要求的资源 总和不能超过系统拥有的资源数）。（破坏第二个条件）
按序分配资源策略：把系统中所有资源排一个顺序，对每一个资源给 一个确定的编号，规定任何一个进程申请两个以上资源时总是先申请 编号小的资源，后申请编号大的资源（或者先申请编号大的，后申请 编号小的资源）。系统按进程对资源的申请顺序来分配资源。按序分 配策略将阻止死锁 的第四个条件（循环等待条件）的出现。
end
Ⅱ 单项选择题
计算机操作系统(习题集)第四章 答案
第四章存储器管理一、单项选择题1、存储管理的目的是（C ）。
A.方便用户B.提高内存利用率C.方便用户和提高内存利用率D.增加内存实际容量2、在（ A）中，不可能产生系统抖动的现象。
A.固定分区管理B.请求页式管理C.段式管理D.机器中不存在病毒时3、当程序经过编译或者汇编以后，形成了一种由机器指令组成的集合，被称为（B ）。
A.源程序B.目标程序C.可执行程序D.非执行程序4、可由CPU调用执行的程序所对应的地址空间为（D ）。
A.符号名空间B.虚拟地址空间C.相对地址空间D.物理地址空间5、存储分配解决多道作业[1C]划分问题。
为了实现静态和动态存储分配，需采用地址重定位，即把[2C]变成[3D]，静态重定位由[4D]实现，动态重定位由[5A]实现。
供选择的答案：[1]：A 地址空间 B 符号名空间 C 主存空间 D 虚存空间[2]、[3]： A 页面地址 B 段地址 C 逻辑地址 D 物理地址 E 外存地址 F 设备地址[4]、[5]： A 硬件地址变换机构 B 执行程序 C 汇编程序D 连接装入程序E 调试程序F 编译程序G 解释程序6、分区管理要求对每一个作业都分配（A ）的内存单元。
A.地址连续B.若干地址不连续C.若干连续的帧D.若干不连续的帧7、（C ）存储管理支持多道程序设计，算法简单，但存储碎片多。
A.段式B.页式C.固定分区D.段页式8、处理器有32位地址，则它的虚拟地址空间为（ B）字节。
A.2GBB.4GBC.100KBD.640KB9、虚拟存储技术是（ A）。
A.补充内存物理空间的技术B.补充相对地址空间的技术C.扩充外存空间的技术D.扩充输入输出缓冲区的技术10、虚拟内存的容量只受（ D）的限制。
A.物理内存的大小B.磁盘空间的大小C.数据存放的实际地址D.计算机地址字长11、虚拟存储技术与（A ）不能配合使用。
A.分区管理B.动态分页管理C.段式管理D.段页式管理12、（B ）是指将作业不需要或暂时不需要的部分移到外存，让出内存空间以调入其他所需数据。
计算机操作系统os45
4.6 虚拟存储器的基本概念
1968年，Denning.P提出了局部性原理，为虚拟存储技术 的发展奠定了理论基础。
一. 局部性原理 1. 局部性原理：
指程序在执行过程中的一个较短时间内，所执行的指 令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域。可以 表现为： 1) 时间局部性：一个数据结构或指令在有限时间内再次被
• A访问字段：页面访问统计, 在近期内被访问的次数，或最近 一次访问到现在的时间间隔.为淘汰算法提供依据
• 外存地址 :通常是物理块号。
二. 地址变换机构: （MMU）
( MMU )处理机卡上的
CPU
存储管理单元
逻辑地址 MMU
内
磁盘
存
控制器
物理地址
总线
• 硬件支持：页表机制、缺页中断机构、地址变换机构 • 软件支持：缺页中断处理程序。
根据段号查得2号段 的页表地址为2010H， 可到内存2010H地址 处读得该段的页表。
INT（2500/1024）=2 2500 Mod 1024=452
可得物理地址为： 1024*4+452=4096+452=4548
本章主要内容
4.1 存储器的层次结构 4.2 程序的装入和链接 4.3 连续分配方式 4.4 基本分页存储管理方式 4.5 基本分段存储管理方式 4.6 虚拟存储器的基本概念 4.7 请求分页存储管理方式 4.8 页面置换算法 4.9 请求分段存储管理方式
作业空间 （MAIN）=0 0
内存空间
0
30K （X）=0
0
20K （D）=2 0
15K （S）=3
0
10K
段号 段长 基址
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3.进程调度方式 非抢占方式(Nonpreemptive Scheduling) 抢占方式(Preemptive Scheduling) 常见的原则有：时间片原则、优先级原则、任务紧迫性、重要性原则等等。 进程调度方式实现进程之间的轮流交替的一个方面。
4.进程调度算法 先来先服务算法(FCFS) 时间片轮转算法(RR) RR算法需要设计一个定时器，定时器的值为0时将产生一个中断。系统 用分配给进程的时间片设置定时器的初值，之后进程开始执行。进程运 行过程有三种可能情况： 例子：假定某分时系统有3个同时依次到达的进程A、B和C，它们的任务如下：
表4-5 例2的作业信息 作业号 提交时刻 9:00 9:10 9:45 10:00 作业大小(小时） 0.8 1 0.6 0.4
J1
J2 J3 J4
三、进程调度
1.进程调度含义 2.进程调度功能
进程调度方式：运行状态的进程何时以什么方式停止或暂时停止运行 进程调度算法：从就绪队列中按照指定的算法选择一个进程，准备执行 处理器切换 进程结束时资源回收
表4-9 任务A和B的事件产生时间表 任务A A1 A2 A3 A4 A5 发生时间 0 20 40 60 80 完成时限 20 40 60 80 100 任务B B1 B2 B3 … 发生时间 0 56 112 完成时限 56 112 162
• HRN思想 • HRN特点 • 综合了先来先服务算法(FCFS)和短作业优先算法(SJF) • 响应比R与作业的大小成反比，体现SJF算法 • 响应比R与作业的等待时间成正比，体现FCFS算法
4.作业调度算法例子
例1 假定在某脱机单道批处理系统中，有一批作业，它们的提交时刻和 作业大小如表4-1所示，假定在10:00时开始调度，求分别采用FCFS、 SJF、HRN作业调度算法时的调度顺序、各作业的周转时间、各算法的 平均周转时间。
短作业优先算法(SJF)
• 一个作业运行时所需的处理器时间总和，简称为作业大小 • SJF思想 • SJF特点 • 算法思想简单，但实现困难 • 拥有最小平均周转时间,吞吐量大 • 存在“饥饿”现象
高响应比优先算法(HRN)
• 一个作业的响应比R是
作业等待时间 作业大小
其中，作业等待时间 = 系统当前时间 - 作业提交时刻
优先级算法(Priority) 思想 实现关键
静态优先级/动态优先级 非抢占优先级/抢占优先级 优先数的确定
多级队列算法 UNIX系统为用户设置两个典型的队列：前台队列和后台队列
四、实时系统的进程调度算法
1.实时系统中的任务通常分为周期性任务和非周期性的任务 2.实时系统的时间参数 任务就绪时限 任务开始时限 任务完成时限 任务处理时间
例子：假定在某单道批处理系统中，一批作业A、B、C和D在同一时间先后几乎
同时到达。已知它们都是纯计算性的简单任务，运行时需要占用处理器时间分别 是10、3、2和5。把到达时间(提交时间)设为0。
TA=10，TB=13，TC=15，TA=20，TB=3，TC=5， TD=20； TD=10； T=( TA+ TB+ TC+ TD)/4 T=( TA+ TB+ TC+TD)/4 =(10+13+15+20)/4 =(20+3+5+10)/4 =14.5 =9.5
3.调度的性能指标 周转时间和平均周转时间 Ti = 作业Ji的完成时刻 - 作业Ji的提交时刻
T ( Ti) / n
i 1
n
响应时间 R = 请求处理过程第1次得到结果的时刻 - 请求提交的时刻 评价调度性能的其他指标
公平合理 提高资源利用率 吞吐量
二、作业调度
1.作业状态
表4-1 例1的作业信息 作业号 提交时刻 作业大小(小时）
J1
J2 J3 J4
9:00
9:10 9:45 10:00
0.8
1 0.6 0.4
例2 在某联机单道批处理系统中，有一批作业，它们的提交时刻和作业 大小如表4-5所示。分别采用FCFS、SJF、HRN作业调度算法时的调度 顺序、各作业的周转时间、各算法的平均周转时间。
第4章 处理器调度
一、操作系统中的调度
1.什么是调度
调度(Scheduling)是管理的一种方法、是一种决策，资源（如工作、人力、车辆等）经 过管理得到合理、有效地利用。调度的目标是找出一种合理的、有效的安排方法，提 高资源的利用率。
2.操作系统中的调度
作业调度 进程调度 交换调度 设备调度
那么，系统是可调度的 。 某实时系统要求处理n个周期性的任务，它们的时间周期分别是P1、 P2、…、Pn，而处理时间分别是C1、C2、…、Cn，那么，在不考虑系统开 销的理想情况下，如果满足
Ci 1 i 1 Pi
n
那么，这n个任务是可调度的。
4.时限调度算法 例如，有2个周期性任务A、B，它们的周期分别是20ms和56ms，处理时 间分别是8ms和32ms。以完成时限为调度参数，那么，如何画出采用时限 进程调度算法的调度图呢？
3.实时系统的可调度 一组事件或进程是可调度的(Schedulable) 系统是可调度的 设λ是单位时间内到达的请求数，μ是处理器单位时间可处理的请求数 (处理器的处理能力)，那么，系统是可调度的必要条件是 μ≥λ 假定系统只有一个周期性任务，任务的周期为P，处理时间为C，那么
C 1 P
进程A： 2ms CPU 10ms I/O 2ms CPU
进程B： 9ms CPU 5ms I/O R算法，时间片为3ms时，请画出RR算法的调度图。
响应时间
简单RR算法，假设就绪队列中的进程数为n，时间片为T，那么，响 应时间R，则 R= T*n
2.批处理系统为什么需要作业调度？ 3.作业调度的主要功能 设计数据结构，登记调度所需要的参数 执行指定的算法，从作业的后备队列中选择一个作业 为选中的作业分配资源，创建进程 作业完成时的资源回收 4.作业调度算法 先来先服务算法(FCFS) • 思想：排队 • 特点 • 公平合理 • 算法简单，容易实现 • 服务质量欠佳(有于大作业，不利于小作业)