复习笔记--操作系统下

第八章 内存管理

• 程序执行步骤：

  • 编译--从C到汇编
    
  • 链接--从汇编到可执行程序
    

• 重定位：为执行程序而对其中出现的地址所做的修改，重定向可以执行的时间有：

  • 在编译链接时
  • 载入时

• 可执行程序经过编译产生了逻辑地址，逻辑地址和运行物理地址间要地址转换

• 虚拟地址由用户编写程序时定义的全局地址，逻辑地址是用户定义的局部地址，是虚拟地址的组成部分

• 逻辑地址空间：在实际应用中，将虚拟地址和逻辑地址经常不加区分，统称为逻辑地址。逻辑地址的集合称为逻辑地址空间

• 线性地址空间：CPU地址总线可以访问的所有地址集合称为线性地址空间

• 物理地址空间：实际存在的可访问的物理内存地址集合称为物理地址空间

• MMU：实现将用户程序的虚拟地址(逻辑地址)->物理地址映射的CPU中的硬件电路

• 基地址：在进行地址映射时，经常以段或页为单位并以其最小地址(即起始地址)为基值进行计算

• 偏移量：在以段或页为单位进行地址映射时，相对于基地址的地址值

• 程序请求的空间=code+data+stack+heap，前面2个固定不变，后面的动态变化，需要预留空间

• 页面尺寸通常为4K，32位机器，有$2^{20}$个页面

• 页表项(PTE)是页基本数据结构，页代表的地址，包含对应的页框号，32位地址空间+4K大小页面+页面连续=>$2^{20}$个页表项，每个4字节则要4M内存
  

• 多级页表时的地址翻译
  进程切换时段表和页表跟着切换
  

• 段页式
  

• Intel x86的内存管理

  • 实模式，内存地址20位，1M，段寄存器(CS,DS,ES,SS)中存储段基址，
  • 保护模式(CS,DE,ES,FS,GS,SS)，地址32位，4G，开启分页机制，段选择器存储段描述符表中的索引
  • CR0.PE位=1进入实模式
  • GDT为全局段表，记录OS使用的内存区域的段信息，对所有进程均可用，LDT为局部段表，每个进程的局部空间的所有段描述符集中存放在这张表中，GDTR和LDTR为32位段表基址(线性地址)+16位段表长度，分别指出GDT和LDT的位置

• 当TI=0表示段描述符在GDT中
  
   
  

• 为1时表示在LDT中
  
   
  

第九章 虚拟内存

• 调页，也称惰性交换，以页为单位在内外存之间交换

• 请求调页，也称按需调页，即对不在内存中的“页”，当进程执行时要用时才调入，否则有可能到程序结束时也不会调入

• 系统内进程增多=>每个进程缺页率增大=>缺页率增到到一定程度，进程总等待调页完成=>CPU利用率降低=>进程进一步增多=>颠簸现象，解决的根本手段是给进程分配足够多的帧

• Belady异常现象：对有的页面置换算法，页错误率可能会随着分配帧数增加而增加，栈式算法无这个现象，LRU算法属于此

第十章 I/O设备管理

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第十一章 磁盘与文件

• 基本概念：

  • 扇区：物理盘存储空间基本编址单位，一般为512字节
  • 主引导记录MBR：硬盘的第一个扇区的内容，含引导代码和主分区表
  • 分区：磁盘中可以作为逻辑盘管理的一组扇区集合
  • 可拓展分区：可以继续划分成“分区”的硬盘分区
  • 引导分区：标记有引导标记的硬盘分区，这种分区有引导扇区和引导文件
  • 引导扇区：引导分区的第一个扇区
  • 可拓展分区引导记录：可引导分区中第二个扇区中的内容

• 磁盘访问延迟 = 队列时间 + 控制时间 + 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间，前两项可以忽略不计，关键在于最小化寻道时间和旋转延迟

• FCFS磁盘调度，花费时间较长，磁头在长途奔袭

• SSTF，以最短寻道时间先后移动磁头
  

• SCAN磁盘调度，扫描/电梯算法，即SSTF+中途不回折
  

• C-SCAN磁盘调度，SCAN+直接移到另一端
  

• C-LOOK磁盘调度，CSCAN+看一看：前面没有就回移
  

新来的磁道请求，C[i+1] < x < C[i]或者x > C[i+1] > C[i]

• 扇区 = 头+数据区+尾，头尾中包含只有磁盘控制器能识别的扇区号码和纠错码等信息

• 磁盘寻址：盘面+磁道+扇区，为了花最少的时间访问最多的扇区：磁臂不动，磁盘旋转一周，访问磁头所遇到的所有扇区，让这些扇区的编制邻近：

  • CHS(Cylinder/Head/Sector)，外圈磁道比内圈磁道多，故采用线性寻址，即以扇区为单位进行寻址
  • 扇区编号(Logical Block Addressing LBA)：按照(C,H,S)将扇区形成一维数组，数组索引就是扇区编号
    

• 有一组命令寄存器组，I/O的端口地址为1F0H~1F7H：

  • 1F2H 扇区计数寄存器
  • 1F3H 扇区号，或LBA块地址0~7
  • 1F4H 柱面数低8位，或LBA块地址8~15
  • 1F5H 柱面数高8位，或LBA块地址16~23
  • 1F6H 驱动器/磁头，或LBA块地址24~27
  • 1F7H 状态寄存器  命令寄存器
  • CHS或LBA在磁头寄存器中指定

• 文件的实现：

  • 物理盘块连续分配，File Header或FCB存放起始盘块和盘块个数，权限等信息
  • 链式分配
  • 索引分配
    

第十二章 文件系统

• 文件系统是“抽象盘块”的一层软件，将盘块“变”成文件集

• 典型分区结构：UNIX分区的基本结构
  

• 提高文件系统的效率

  • 磁盘缓存
  • 将某些目录文件的FCB常驻内存
  • 同一目录中的文件inode在一个柱面
  • ...

• 分区空闲盘块的管理

  • 方法1：空闲位图
  • 方法2：空闲链表

• RAID的基本思想是冗余，发现错误时拷贝整个磁盘(恢复)，每次写两个磁盘，发现错误转向另一个磁盘

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MINIX文件系统V1.0的实现

• 逻辑结构布局示意图
  

• 根据文件名访问文件内容的过程示意图