武汉大学 操作系统期末考试复习笔记(5)

2019-03-16 19:16

环保护机制:处理器状态分为多个环,分别具有不同的存储访问特权级,通常环的编号越小,特权级越高。 存取权限:除上述保护方案外,还有四种存取权限:禁止做任何操作,只能执行,只能读,读/写

内存分配:

分区储存管理分为:固定分区,动态分区

分区分配算法:首次适应算法,循环首次适应算法(从上次找到的空闲分区的下一个开始,使存储空间利用均衡),最佳适应算法(分区按容量递增的次序排列),最坏适应算法(分区按容量大小递减)

模拟实验显示,首次适应和最佳适应难分伯仲,但是首次适应快

内部碎片:分配给作业的存储空间中未被使用的部分

外部碎片:系统中无法利用的小存储块( 因为它们太小了) 解决碎片的方法:拼接/紧缩,要浪费很多的处理机时间

分页:将物理内存分为固定大小的块,称为帧。将逻辑内存也分为同样大小的块,称为页。在为进程分配存储空间时,总是以块为单位来分配,可以将进程中的某一页存放到主存的某一空闲块中。 分页没有外部碎片,有内部碎片

页的逻辑地址由页号和页内位移(page offset)组成 页的大小一般为512B-8KB

页表:记录页面在内存中对应物理块的数据结构

分页机制中,每一次的数据/指令存取需要两次内存访问(一次页表一次数据) TLB(translation look-aside buffer)转换后备缓冲区,即快表,存放当前访问的那些页表项

TLB失效:页号不在TLB内,则访问页表

如果TLB中的条目已满,则需要替换,替换策略有LRU(最近最少使用),随即替换等。有的TLB允许有些条目固定下来 TLB命中率:一般80%-90%

有效内存访问时间:如果内存一次存取时间是m,TLB访问一次时间是n,命中率为p。那么有效内存访问时间=p*(n+m)+(1-p)(2m+n)

存储保护

有效-无效位(valid-invalid bit):附在页表的每个表项中。当该位有效时,表示相关的页在进程的逻辑地址空间内,是合法的。反之不合法

共享页:如果代码是可重入代码(reentrant code纯代码)则可以共享(每个进程可以有自己的数据页,但可用同一段代码,访问内存的同一块) 可重入代码是不能自我修改的代码,它在执行期间不会改变

分段(segmentation):(考虑程序的逻辑完整性)一个程序是一些段的集合,一个段是一个逻辑单位。如一个程序可分段为:代码,全局变量,堆,每个线程的栈等

每个分段有自己的名字,由0开始编址并采用一段连续的地址空间。每段分配一个连续的内存区,但各段之间不要求连续 段表,类比页表

分段不会产生内部碎片

三种不连续内存管理方式是: 分页存储管理 、 分段存储管理 和 段页式存储管理 (访问两次内存)。

Chapter9 虚拟内存

虚拟内存技术:允许执行进程不必完全在内存中。是一种以时间换空间的技术 虚拟存储器的特征:离散型(不连续内存分配),多次性(一个作业多次装入内存),对换性(允许运行中换进换出),虚拟性(逻辑上扩充内存)

按需调页:只有在需要的时候才调入一个页(懒惰交换)

页错误:当访问无效页时,会产生页错误陷阱.分页硬件在通过页表转换地址时,将发现已设置了无效位,会陷入操作系统。

缺页中断:缺页中断处理程序根据该页在外存的地址把它调入内存。若内存有空闲空间,则缺页中断处理程序只需把缺页装入并修改页表中的相应项;若内存中无空闲物理块,则需要先淘汰内存中的某些页,若淘汰页曾被修改过,则还要将其写回外存。

有效访问时间:

内存的读写周期为t,缺页中断服务时间为tl(包含读入缺页、页表更新、快表更新时间), 快表的命中率为α,缺页中断率为f,快表访问时间为ε,则有效存取时间可表示为:

EAT= α *(ε +t )+(1- α )* [(1-f) *2 (ε +t ) +f*(tl+ 2 (ε+t ) )](里面包括了查快表时间)

页面置换(页面淘汰):

为进程分配的帧越多,页错误越少

内存的引用序列称为引用串(reference string)

采用如下引用串讨论页置换算法:7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1(分配3个可用帧)

先进先出置换算法(FIFO)

(会有15次页面错误)(注:计算页面错误时,注意前三个必产生3个页面错误) Belady异常:页错误率可能随分配的帧数的增加而增加

最优置换(OPT算法/MIN算法)(不会有belady异常)产生的页错误率最低 置换最长时间不会用到的页(看未来) 难实现

LRU页置换 最近最少使用算法。可以画栈看会有多少页面错误

近似LRU算法:附加引用位算法(被使用过就标记1并添置高位(前八位)舍弃最后一位),二次机会算法,增强型二次机会算法

基于计数的页面置换:最不经常使用算法(LFU),最常使用页置换算法(MFU)

页面缓冲算法:页面缓冲算法是FIFO算法的发展。它在系统中保存一个空闲帧缓冲池。

页面缓冲置换算法采用FIFO选择被置换页面,选择出的页面不是立即换出,而是放入空闲帧池。

帧分配

帧的最小数量:分配的帧要大于最少数量(不然产生太多的页面错误)

分配算法:平均分配,比例分配(根据进程大小,将可用的帧分给每个进程),按优先级分配

全局分配与局部分配 固定分配和可变分配

将分配策略和置换范围组合可得如下三种策略: 固定分配局部置换 可变分配全局置换 可变分配局部置换

颠簸/抖动:频繁的页调度行为而几乎不能完成任何有效的工作。如果一个进程在换页上用的时间多于执行的时间,那么这个进程就在颠簸。

Chapter 10 文件系统接口

文件系统:操作系统中与管理文件有关的软件和数据的集合。

文件系统负责管理外存上的文件,并为用户提供对文件进行存取、共享及保护的手段。

文件是具有文件名的一组相关信息的集合,文件存放在外存上的。 文件由若干记录组成。

记录是一些相关数据项的集合。

数据项是数据组织中可以命名的最小逻辑单位。

文件属性包含:名称,标识符,类型,位置,大小,保护,时间日期和用户标识 所有的文件的属性信息都保存在目录结构中

通常目录项包含文件名及标识号,而标识号定位文件其他属性信息。

文件操作:建立,删除,读,写,打开,关闭(文件的操作除了正常的访问之外,还要包括对目录项的操作)

在文件内重定位:搜索相应的目录表项,设置当前文件指针给定值

文件类型:实现文件类型的常用技术是在文件名称内包含类型:如名称.扩展名

文件分类方法

按用途分类:系统文件(系统软件构成的文件),库文件(系统提供给用户使用的各种标准过程、函数和应用程序),用户文件(用户委托文件系统保存的文件) 按保护级别分类:只读文件,读写文件,执行文件(允许核准用户调用执行,但不允许读写),不保护文件(不加任何访问限制) 按信息流向分类:输入文件(来自输入设备的文件),输出文件,输入输出文件(如磁盘上的文件,可以读也可以写)

按数据形式分类:源文件(由源程序和数据构成的文件),目标文件(源程序经过编译但未链接成可执行代码的目标代码文件),可执行文件(链接过的可运行文件)

文件结构:

逻辑结构:又称文件组织,是从用户观点出发所看到的文件组织形式。 物理结构:又称文件的存储结构,是文件在外存上的存储组织形式。 文件的逻辑结构:记录式文件(有结构文件),流式文件(无结构文件,由字符序列构成)

记录式文件的组织方式:顺序文件(顺序排列,记录通常是定长的),索引文件(有索引表),索引顺序文件(分组顺序排列,索引) 文件的物理结构:顺序结构(连续),链接结构(指针),索引结构(索引表)

文件存取方法:顺序存取法(按照文件中记录的顺序依次访问),直接存取法(任意顺序快速读写),按键存取法

目录:用来组织文件。目录可看作符号表,它能将文件名称转换成目录项。


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