1、第四章 儲存器管理

2、第五章 虛擬儲存器

3、第六章 輸入輸出系統

4、第七章 檔案管理

參考：計算機作業系統(第四版)  -  湯小丹、樑紅兵、哲鳳屏、湯子瀛  - 西安電子科技大學出版社出版

一、第四章 儲存器管理

1、計算機系統儲存層次  P120 - P122

計算機的儲存層次如下：

• 暫存器 =》 具有與處理機一樣的速度 訪問速度最快 價格最貴 容量小
• 快取記憶體 =》 備份記憶體中常用資料 減少處理機對記憶體的訪問次數
• 主儲存器 =》 記憶體(主存)  用於儲存程序執行中的程式和資料
• 磁碟快取 =》 暫時存放頻繁使用的一部分磁碟資料或資訊  減少磁碟訪問次數
• 固定磁碟
• 可移動儲存介質

2、動態分割槽分配演算法  P130 - P131

基於順序搜尋的動態分割槽分配演算法：

• 首次適應演算法(first fit): 每次分配第一個找到的合適的空閒分割槽
• 迴圈首次適應演算法(next fit): 每次從上一次找到的空閒分割槽的下個分割槽開始查詢第一個合適的空閒分割槽
• 最佳適應(best fit): 每次分配最合適的(既能滿足要求又是最小的空閒分割槽)
• 最壞適應(worst fit): 與最佳適應相反

3、分頁儲存管理  P138 - P139

分頁儲存管理：

將使用者程式的地址空間分為若干個固定大小的區域，稱為頁或頁面，典型的頁面大小為1KB，相應的也將記憶體空間分為若干個物理塊或頁框，另外注意頁和塊的大小相同

分頁儲存管理的優缺點：

• 優點: 利用率高、碎片小、分配及管理簡單
• 缺點: 增加系統開銷、可能產生抖動

頁表：

頁表中記錄了程序地址空間中的頁在記憶體中對應的物理塊號，頁表的作用是實現從頁號到物理塊號的地址對映，通過查表找到每頁在記憶體中的物理塊號

分頁儲存管理地址計算(計算題)：

• 頁號 = INT[邏輯地址/頁面大小] 頁內地址 = 邏輯地址 % 頁面大小
• 邏輯地址 =》 實體地址: 根據頁號查出對應的塊號然後計算
• 邏輯地址 = 頁號 * 頁面大小 + 偏移量p
• 實體地址 = 塊號 * 塊大小 + 偏移量p

4、分段儲存管理  P145

分段儲存管理: 將使用者程式的地址空間分為若干個大小不同的段，每段可定義一組相對完整的資訊，在儲存器分配時，以段為單位，這些段在記憶體中可以不相鄰接

分段儲存管理的優缺點：

• 優點: 多道程式共享記憶體、各段程式修改互補影響
• 缺點: 記憶體利用率低、記憶體碎片浪費大

5、分頁和分段的區別  P148

分頁和分段的區別：

• 兩者的相同之處: 兩者都採用離散分配方式且通過地址對映結構實現地址變化
• 目的不同: 分頁僅僅是系統管理需要(使用者不可見) 分段是為了更好滿足使用者需要
• 大小: 頁的大小由系統決定 段的長度不固定(由使用者編寫的程式決定)
• 分頁的使用者程式地址空間是一維的 分段的使用者程式地址空間是二維的

二、第五章 虛擬儲存器

1、虛擬儲存器概述  P153 - P156

虛擬儲存器：是指具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上對記憶體容量加以擴充的一種儲存器系統

虛擬儲存器基本特徵：多次性、對換性、虛擬性

虛擬儲存器關鍵技術：分頁請求系統和請求分段系統

虛擬儲存器工作原理：基於分頁請求系統和請求分段系統 然後使用相應的頁面置換演算法進行操作

2、請求分頁儲存管理方式  P157

請求頁表：

在請求分頁系統中的每個頁表應該包含以下選項:

• 頁號
• 物理塊號
• 狀態位: 指示該頁是否已經調入記憶體中，供程式訪問時參考
• 訪問欄位: 記錄本頁在一段時間內被訪問的次數或記錄本頁最近已有多長時間未被訪問
• 修改位: 標識該頁在調入記憶體後是否被修改過
• 外存地址: 指出該頁在外存上的地址(物理塊號)

3、頁面置換演算法(計算題)  P163 - P167

常見的頁面置換演算法：

• 最佳置換演算法
• 先進先出置換演算法
• 最近最久未被使用置換演算法(LRU)
• 最少使用置換演算法

缺頁率計算： 缺頁率 = 缺頁次數/總的頁面訪問次數

簡單的Clock置換演算法(最近未用Not Recently Used, NRU演算法)：

給每一幀關聯一個附加位，稱為使用位。當某一頁首次裝入主存時，該幀的使用位設定為1；當該頁隨後再被訪問到時，它的使用位也被置為1。

對於頁替換演算法，用於替換的候選幀集合看做一個迴圈緩衝區，並且有一個指標與之相關聯。當某一頁被替換時，該指標被設定成指向緩衝區中的下一幀。

當需要替換一頁時，作業系統掃描緩衝區，以查詢使用位被置為0的一幀。每當遇到一個使用位為1的幀時，作業系統就將該位重新置為0；

如果在這個過程開始時，緩衝區中所有幀的使用位均為0，則選擇遇到的第一個幀替換；如果所有幀的使用位均為1,則指標在緩衝區中完整地迴圈一週，

把所有使用位都置為0，並且停留在最初的位置上，替換該幀中的頁

改進型Clock置換演算法:
在使用位的基礎上再增加一個修改位，則得到改進型的CLOCK置換演算法。這樣，每一幀都處於以下四種情況之一(u為訪問位，m為修改位)：

1. 最近未被訪問，也未被修改(u=0, m=0)
2. 最近被訪問，但未被修改(u=1, m=0)
3. 最近未被訪問，但被修改(u=0, m=1)
4. 最近被訪問，被修改(u=1, m=1)

演算法執行如下操作步驟：

1. 從指標的當前位置開始，掃描幀緩衝區。在這次掃描過程中，對使用位不做任何修改。選擇遇到的第一個幀(u=0, m=0)用於替換。
2. 如果第1)步失敗，則重新掃描，查詢(u=0, m=1)的幀。選擇遇到的第一個這樣的幀用於替換。在這個掃描過程中，對每個跳過的幀，把它的使用位設定成0。
3. 如果第2)步失敗，指標將回到它的最初位置，並且集合中所有幀的使用位均為0。重複第1步，並且如果有必要，重複第2步。這樣將可以找到供替換的幀。

三、第六章 輸入輸出系統

1、IO系統基本介紹 P178

IO系統管理的主要物件：IO裝置和相應的裝置控制器

IO系統的基本功能：

• 隱藏物理裝置的細節
• 與裝置無關
• 提高I/O裝置的利用率、控制IO裝置
• 確保對裝置的正確共享、錯誤處理

IO裝置的控制方式:

• 採用輪詢的可程式設計IO方式
• 採用中斷的可程式設計IO方式
• 直接儲存器訪問方式(DMA)
• IO通道方式

IO裝置和裝置控制器之間的介面：資料訊號線、控制訊號線、狀態訊號線

2、中斷處理  P189 - P191

什麼是中斷:

CPU對IO裝置發來的中斷訊號的一種響應，CPU暫停正在執行的程式，保留CPU環境之後自動轉去執行該IO裝置的中斷處理程式，執行完畢後回到斷點，繼續執行原來的程式

中斷處理程式的過程(簡答題)：

1. 測定是否有未響應的中斷訊號
2. 保護被中斷程序的CPU環境
3. 轉入相應的裝置處理程式
4. 中斷處理
5. 恢復CPU的現場並退出中斷

四、第七章 檔案管理

1、檔案及檔案系統  P221

檔案: 具有檔名的若干相關元素的集合

檔案系統: 作業系統用於明確儲存裝置或分割槽上的檔案的方法和資料結構；即在儲存裝置上組織檔案的方法

檔案系統的目的：

檔案系統是對檔案儲存器空間進行組織和分配，負責檔案儲存並對存入的檔案進行保護和檢索的系統。

具體地說，它負責為使用者建立檔案，存入、讀出、修改、轉儲檔案，控制檔案的存取，當用戶不再使用時撤銷檔案等

2、檔案的分類  P223

• 按用途劃分: 系統檔案、使用者檔案、庫檔案
• 按資料形式: 原始檔、目標檔案、可執行檔案(exe)
• 按存取屬性: 只執行檔案、只讀檔案、讀寫檔案
• 按組織形式: 普通檔案、目錄檔案、特殊檔案