【408考研笔记】操作系统完整知识点

完整知识点回顾，建议以思维导图形式进行回忆问答

一、概述

操作系统的概念

管理计算机软件和硬件资源
最基本的系统软件

特征

并发
- 区分并发（同一时间间隔）、并行（同时）
共享
- 互斥共享方式（临界资源）
- 同时访问方式
虚拟
- 逻辑上变多变大。如：虚拟处理器的分时；空分复用的虚拟存储器
  - 采用多道程序设计
异步
- 由于资源有限，进程走走停停
  - 可能会导致进程产生与时间有关的错误。访问顺序

目的和功能

1.管理计算机资源
- 功能
  - 处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理
- 目标：安全、有效
2.作为用户与计算机硬件系统之家的接口
- 命令接口
  
  用户操作作业执行
  - 联机命令接口
    - 用于分时或实时系统
  - 脱机命令接口
    - 用于批处理系统
- 程序接口（系统调用）间接使用
  - 由系统调用组成，提供给用户（包括程序员）的接口
  - 用户可以使用系统调用请求操作系统服务
    - 例如GUI
3.用作扩充机器（虚拟机）

操作系统的分类和发展

1.手工操作阶段
2.批处理阶段
- 单道批处理系统
- 多道批处理系统(操作系统开始出现)
  - 宏观上并行，微观上串行（多道程序同时装入内存，交替执行）
    - 无人机交互，无需人工干预
  - 多道批处理又分为抢占和非抢占，注意计算题中的计算，通过画图即可做出
- 批处理系统的缺点是缺乏交互性
3.分时操作系统
- 时间片轮转的方式（多个用户通过终端共享一台主机）
- 支持多道程序设计，（解决了人机交互），但不能在极短时间内作出处理
4.实时操作系统
- 分类
  - 硬实时系统
    - 必须在某规定时间内执行
      - 飞机飞行系统
  - 软实时系统
    - 偶尔违反
      - 订票，银行管理
- 可以优先反应一些紧急的任务
  - 及时性，可靠性
- 抢占式优先级调度
5.网络操纵系统
- 6、分布式操作系统（peer同等地位、资源共享、协同工作）
  - 7、嵌入式操作系统

运行机制

两种程序
- 内核程序（时钟、中断、原语、系统数据结构）
- 用户程序
两种命令
- 特权命令
  - 不允许用户直接使用的指令
- 非特权命令
  - 访管指令
两种处理器状态
- 核心态（管态，内核态）
- 用户态（目态）
中断
- 内中断(异常/陷入/例外)
  - CPU执行指令内部时发生错误比如非法操作，地址越界，算术溢出，缺页等等，一旦出现不能屏蔽，应该立即处理
- 外中断（中断）
  - 又叫强迫中断，比如IO外设请求，或者人的干预，这一类通常是与当前运行的程序无关的事件
处理中断
- 程序计数器PC保存断点
- PC寻址，进入中断服务程序
- 保存现场（指程序状态字寄存器PSWR和某些通用寄存器）
- 执行中断服务程序
- 恢复现场、返回断点处继续执行
系统调用(广义指令)
- 是操作系统为应用程序使用内核功能所提供的接口，只能通过用户程序间接使用
- 用户在程序中调用操作系统提供的子功能
  - 设备文件的管理
  - 进程的控制与通信
  - 内存管理
体系结构
- 大内核（功能都整体运行在和心态）
- 微内核（只保留基本功能在内核，其余在用户态，分离了用户与服务，但频繁切换性能消耗大）
总结
- 用户态核心态首先区分题目问的是执行还是调用

二、进程管理

进程

资源分配的基本单位

组成（进程实体）
- 程序段
- 数据段
- PCB（进程存在的唯一标志）
  - 包括标识符、状态信息、资源清单
  - 链接方式（PCB链接成队列）、索引方式（索引表项指向相应PCB）
状态及转换
- 运行态，就绪态（等待被调度），阻塞态（等外设），创建态，结束态，主要掌握前三个相互转换的条件
- 就绪队列最多有 n-1个进程，阻塞队列最多有n个进程（死锁）
进程控制
- 进程创建
  - 用户登录
  - 作业调度
  - 提供服务
  - 应用请求
- 进程终止
  - 正常结束
  - 异常结束：越界错误，非法指令，等待超时等等
  - 外界干预
- 阻塞及唤醒
  - 请求共享资源失败
  - 等待操作完成：比如IO操作
  - 等待新任务到达
  - 新数据未到达
- 进程切换
  - 掌握转换的原语
通信
- 共享存储
- 消息传递
- 管道通信
  - 固定大小的缓冲区，对管道两端进程而言就是一个文件
  - 半双工信道，同一时刻只能一个方向传输
  - 满时写被阻塞，空时读被阻塞（互斥访问）

线程

线程是最基本的调度单位，但是最基本拥有资源的基本单位还是进程
- 处理机的管理是对进程的管理
进程可以创建多个进程，线程可以创建多个线程（线程之间共享父进程的资源）
分类
- 用户级线程
- 内核级线程
多线程模型
- 多对一（用户空间进行线程管理，高效；内核一阻塞用户线程都阻塞）
- 一对一（并发能力强，开销也大）
- 多对多（并发和开销的折中）

处理机调度

不能进行进程调度和切换的时机：
- 处理中断时
- 进程处于临界区
- 完全屏蔽中断的原子操作过程中（加锁解锁）
三种调度
- 作业调度（适用于多道批处理系统）
- 内存调度（暂时不运行的进程调至外存）
- 进程调度
调度相关概念
- CPU利用率
- 周转时间（从提交到完成所经历时间）
- 等待时间（处于就绪队列中的等待总时间）
- 响应时间（提交请求到首次响应）
- 平均周转时间
  - n个作业的周转时间相加最后除以n
- 带权周转时间 （作业周转时间 / 运行时间)
调度算法
- 先来先服务 FCFS
  - 效率不高，对长作业更有利，不利于IO繁忙型
- 短作业优先 SJF
  - 平均等待时间、平均周转时间最少
- 优先级调度（适合实时OS）
  - 可分抢占式/非抢占
  - 一般优先级顺序：系统》用户，IO型》计算型
- 高响应比优先（等待时间+服务时间 / 服务时间 ）
  - 同等待时间，短作业优先，SJF
  - 同服务时间，等待时间更长先被调度，FCFS
  - 克服了饥饿状态
- 时间片轮转（适合分时）
  - 大小选择要恰当，很长就退化成FCFS
- 多级反馈队列
  - 多个就绪队列，每个队列不同优先级，不同时间片大小
  - 第一个队列没运行完，降级进下面队列
  - 先执行完第一个队列再是第二个队列

进程同步

临界资源：注意可重用的程序代码属于临界资源
- 进入区（检查能否进入，并设置标志）
- 临界区
  - 可重入代码：不能修改的代码，因此可以共享
- 退出区（清除标志）
- 代码剩余部分
同步（先后次序）与互斥
- 有限等待只等待有限时间
- 让权等待——进不去临界区立即释放处理器，不忙等不空转
实现临界区互斥的基本方法
- 软件实现
  - 单标志法（turn 0变1；缺点: 必须交替执行）
  - 双标志先检查法（i，j 改变 True False；缺点：可能同时进临界区）
  - 双标志后检查法（先改变TF再检查循环；缺点：可能都空转进不去）
  - 皮特森算法（有i，j有turn；能同步不会饥饿）
- 硬件实现
  - 开关中断
  - 原子硬件指令（利用共享布尔变量lock，初始为False进入时被设为True）
    - TestAndSet指令
    - Swap指令
信号量机制
- wait(S) signal(S) 即 P V操作
  - 整形信号量： value++ –
  - 记录型信号量：信号量S有value和等待队列 L
  - 执行P操作后，value < 0时，进程挂起，该进程进阻塞队列；
  - 下次V操作，Value++，若value仍 <= 0 , 把阻塞队列第一个等待进程唤醒
- 实现同步
  - S初始为0，进程1 x——V操作，进程2 P操作——y；则语句x必在语句y前
- 实现互斥
  - S初始1； P(S)——临界区——V(S)
- 实现前驱关系
  - 设置多个S初始为0，先的进程尾巴V(S), 后的进程头部P(S)
管程

代表共享资源的数据结构，及对其操作的一组函数
- 操作封装成函数，无需程序员自己实现互斥
  - 条件变量（信号量有值，condition没有值，仅实现排队等待）
  - 每次只允许一个进程进入管程
  - 管程的 wait() \ signal() 同样会进行阻塞、插入队列的操作
经典同步问题
- 生产者消费者——橘子苹果盘问题（注意连续执行关系）
  - mutex互斥夹紧
  - 用什么P一下
  - 提供什么V一下
- 读者写者
  - 计数信号量count，用mutex保证互斥更新
  - ‘读优先’ 的
  - ‘写优先’ 的（增加一对P(w) ,V(w) ）
- 哲学家进餐问题
  - semphore chopstick[5] = {1，1，1，1，1}
  - 防止死锁的限制：
    - 5只筷子，最多允许4个人同时进餐
    - 仅当两边筷子都空闲时才抓起筷子（给两个连续的P用mutex夹紧）
- 吸烟者问题
  - finish互斥进行抽烟动作； offer1 offer2 offer3代表三种组合

死锁

产生的必要条件（同时满足四个）
- 互斥 + 非抢占 + 请求并保持(有资源又请求资源) + 循环等待(A持有的被B申请)
不死锁最少设备数：
- n1-1 + n2-1 +……+ 1
处理策略
- 死锁预防
  - 破坏4个必要条件其中之一（一次申请所有资源/按编号顺序申请资源）
- 银行家算法（死锁避免）
  - 安全状态（不安全状态可能死锁）
  - 银行家算法
    - 已知条件： MAX矩阵、Allocation矩阵
      1. 求Need矩阵
      2. 比较request[i] <= Need[i]
      3. 比较request[i] <= Available[i]
      4. 试探性分配，更新 Allocation、Need矩阵，Available向量
      5. 安全性算法，安全才正式分配，否则打回请求
  - 安全性算法
    - 工作向量Work，初始Work = Available
      1. 依次从Need矩阵找<=Work的行Pi
      2. Pi加入安全序列，释放其资源，Work += Allocation[i]（注意是加Allocate[i], 不要加need！）
      3. 直至所有进程进入安全序列，否则是不安全状态
- 死锁检测及解除
  - 资源分配图
    - 简化边（资源能满足结点P1的请求，则消去结点P1的请求边分配边）
  - 死锁定理（S为死锁等价于 S的资源分配图不可完全简化）
  - 死锁解除
    - 抢占资源、撤销进程、回退进程

三、内存管理

逻辑地址空间分为很多页，物理地址空间分为块（页框）

程序执行

编译
链接（逻辑地址形成阶段，目标模块和库函数连一起形成完整装入模块）
- 程序的指令里使用的是逻辑地址，而最后被装入到物理地址，需要转换
- 也分三个时机：装入前、装入时、运行时
装入（把程序放入内存）
- 绝对装入（编译时就把指令中地址改为绝对地址，只适用于单道程序）
- 可重定位装入（装入时进行地址转换，对指令和数据中的地址进行修改）
  - 又叫静态重定位，一旦装入必须分配其所需全部内存空间
- 动态重定位
  - 不是装入时立即转换，而是推迟到程序要开始执行时
  - 需要一个重定位寄存器（存起始位置）
内存保护（一对寄存器）
- 逻辑地址 < 界地址寄存器， +重定位寄存器映射成物理地址

内存早期扩充技术

覆盖
交换：对交换的管理以提高换入换出速度为目标

内存连续分配

用户进程在内存中都是连续存放的

单一连续（单任务）
固定分区分配（提前固定大小分区，有内部碎片）
动态分区分配（换入换出，无内部碎片，产生外部小碎片）
- 可通过‘紧凑’整理外部碎片
- 动态分区分配策略
  - 首次适应（按地址递增第一个能满足）性能最好
  - 最佳适应/最坏适应（分别找最小能满足/最大能满足）

非连续分配

进程的空间可分散分布在内存不同区域，需要额外索引

分页/分段根据分区大小是否固定：

分页存储管理

以页/块为单位申请空间，不会产生外部碎片，有很小内部碎片
- 区分页表大小，页表项大小，页号和页框号(块号)
- 地址变换流程
  
  有个页表寄存器，存放（页表始地址，页表长度）
  
  逻辑地址：页号|页内偏移
  
  段表项：<页号，块号>
  1. 由逻辑地址、页面大小得 页号(P=A/L) 页内偏移(W=A%L)
  2. 比较页号和页表长度（有无越界,产生中断）
  3. 对应页表项地址 = 页号P*页表项长度 + 页表始地址
  4. 该页表项内容即为物理块号b
  5. 物理地址 E = 块号b*页面大小L + 页内偏移W
- 多级页表？
  - 隐藏条件：顶级页表最多只能有一个页面 !
  - 目的：建立索引，不浪费主存空间去存储所有页表项
  - 地址格式： <一级页号，二级页号，页偏移>
  - （需要多次访存）
- 快表（TLB）？
  - 无快表，需要两次访存，一次读页表一次取指令
  - 给出页号，在快表中查找，找到则只需一次访存取指令
  - 未找到，就去主存中页表，并将该页表项存入快表
分段存储

按照用户进程中的自然段划分空间，不会产生内部碎片

段内连续段间不连续，每段长度不一定相同
- 逻辑地址：段号|段偏移（必须都由用户显示提供，二维）
- 段表项： <段号，段长度，本段起始地址>
- 地址变换
  
  段表寄存器，存放段表始地址，段表长度
  1. 逻辑地址得段号、段偏移（比较段表长，有无越界）
  2. 对应段表项地址 = 段号*段表项长度 + 段表始地址
  3. 该段表项前几位是段长，比较段内偏移 < 段长
  4. 物理地址 E = 本段起始地址 + 段内偏移
段页式存储管理

进程地址空间先分为段，再分为逻辑页（内存分为若干对应块）
- 一个段表，每段一个页表
- 逻辑地址：段号|页号|页内偏移
- 段表项<段号，页表长度，页表始址> 页表项<页号，内存块号>
- 地址变换：
1. 段号以及段表寄存器找到段号对应的页表的起始地址，
2. 再根据地址位中的页号*页表长度加上始址得到页表项对应的地址，
3. 根据页表项，找到对应的物理块号
4. 得到物理地址 E = 块号+页内偏移（三次访问内存）

虚拟内存

通过使用外存上的空间进行换入换出来虚拟地扩大内存空间

特点
- 多次：进程无需一次性装入内存，而是分多次部分调入
- 对换：无需运行时一直在内存中，允许换进和换出
- 虚拟性：用户看到的容量远大于实际内存容量
实现
- 请求分页
  - 缺页中断：要访问的页面不在内存中时，将缺页进程阻塞
    - 把所缺页调入内存
    - 内存有空闲块，分配一个块给该页，修改相应页表项
    - 内存无空闲块，淘汰某页（被修改过的页要写回外存）
  - 页表项： <页号，块号，状态位，访问位，修改位，外存地址>
  - 地址变换：
    - 找到了要访问的页，则修改其访问位、修改位
    - 状态位表示是否在内存中
- 请求分段
- 请求段页式

页面置换算法

选择该从内存中调出哪一页（初始化后前几次都是缺页的）

最佳置换算法 OPT
- 调换出之后最长时间内不再被访问的页面
先进先出置换算法 FIFO
- 换出最早进入内存的页面
- 会出现BELADY异常（分配的物理块数增大，页故障数反而也增大）
最近最久未使用 LRU算法
- 换出最近最长时间内未访问过的页面
- （需要寄存器和栈的硬件支持）
时钟Clock算法(最近未用算法)
- 简单CLOCK
  - 每帧有一个 使用位，被装入或被访问时都置为1
  - 循环扫描
    - 遇到使用位为0的，则替换
    - 使用位为1的，则此次把它置成0
- 改进的CLOCK
  - 增加 修改位
  - 首先换出未被访问的页面，再选择未被修改的页面
  - 优点：替换时首选没有变化的页

页面分配策略

固定分配局部置换（提前为进程分配固定数目的物理块，换出只能用本进程物理块
可变分配全局置换（维持一个空闲物理块队列，换页时从该队列分配物理块
可变分配局部置换（用本进程物理块换出，但队列会调控不同进程物理块数目
调页时机：
- 预调页、请求调页（运行时调入）
从何处：
- 外存中有文件区、对换区（更快，放的是被换出的页面）

工作集

驻留集：给一个进程分配的物理页框的集合

工作集就是在某段时间间隔（窗口：最近K次）内进程访问过的页面集合

为防止抖动，分配的驻留集要大于工作集大小

抖动

又叫颠簸，指一个进程频繁地换入换出，调换的时间大于执行的时间

四、文件管理

逻辑：盘块/ “簇” 物理：磁盘扇区

逻辑结构

文件内部的逻辑结构，是由用户看到的用户定义的

无结构文件（流式文件）

源程序文件、目标代码文件通常是无结构文件，以字节为单位
有结构文件(记录式文件)
- 顺序文件
  - 文件中的记录顺序排列
- 索引文件
  
  区分索引文件(逻辑结构）与索引分配(存储结构）
  - 索引文件：用户建立索引，方便检索记录， <关键字-》记录的逻辑地址>
  - 索引分配：操作系统建立索引表，映射： <逻辑块号-》物理块号>
- 索引顺序文件
  - 顺序文件分为若干组，先通过索引找到其所在组，在组内顺序查找

目录结构

多个文件在逻辑上是如何组织的

文件控制块FCB

存放文件描述信息，如文件名、物理位置、文件大小、权限等
索引节点inode

文件描述信息单独形成索引结点inode，每个文件都有一个索引结点

包括文件标识符、类型、权限，以及物理地址项（直接或间接）

文件被打开后，索引结点会被加载到内存中
目录的两种方式：
- 方式一：一个FCB就是一个文件目录项
- 方式二(索引结点)：目录项仅由 <文件名，i结点指针> 组成。
目录的几种结构
- 单级：整个文件系统只有一张目录表，不允许重名
- 二级：分为主目录和用户目录两级
- 多级(树形)目录：用路径名标识文件，/作为分隔符（但级数越多磁盘访问次数多）
- 无环图目录结构：树形基础上增加了指向同一结点(共享节点)的边，
  - 实现文件共享（多个进程共享同一文件，系统中只需一个副本）
    - 硬链接：多个指针指向同一个 i 结点，只要还有一个指针指向该i结点，它就不能被删除，只是用户删除自己的一个目录项
      - 软链接(符号链接)：把到达共享文件的路径记录为一个文件保存在用户的目录下，只有文件拥有者才有指向索引节点的指针

目录实现：线性表/哈希表

目录查询要不断io，因此把当前使用的文件目录复制到内存

文件分配

文件分配即文件物理结构(存储结构)，注意与内部逻辑结构区分

连续分配

要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块
- 支持顺序访问和随机访问
- 只适用于长度固定的文件
链接分配

文件即对应磁盘块链表，访问磁盘n次
- 隐式链接分配：
  - 目录指向首块，每个盘块都有指针指向下一磁盘块
- 显式链接分配：
  - 整个系统使用一张文件分配表FAT，FAT表在内存中
  - FAT表项：<盘块号，下一盘块号> -1代表文件结尾，-2为空闲盘块
- 只能顺序访问，不支持随机访问，易扩展
索引分配

每个文件有一个索引块，存着索引表，表项为 <第i条，指向文件第i盘块的指针>
- 支持随机访问和顺序访问，但索引表增加了存储开销
- 一个索引块通常大小为一个磁盘块（通常先读入内存以减少一次IO）
- 混合索引
  - 既采用直接地址，又采用单级索引、多级索引
- 若m级索引，访问磁盘m+1次
  - 若修改记录，则需要‘写回’磁盘，还需多一次访问磁盘

存储空间管理

实质：对空闲块的组织、分配、回收

空闲表法（为所有空闲盘块建立一张表，连续分配）
空闲链表法（把所有空闲盘块/盘区用指针连接为一张链表）
位示图
- 用二进制的一位表示一个盘块的使用，‘1’已占用，‘0’空闲
- 注意转换行号列号(区分从‘0’还是**‘1’编号**) i=(b-1)/n +1 ; j = (b-1) mod n +1
成组链表法（空闲扇区之间用链表，扇区内部建空闲表）

磁盘调度算法

磁道（同心圆）、扇区（即盘块，弧形块），各扇区数据量相同

先来先服务
最短寻找时间优先
- 优先服务最近的请求，会产生“饥饿”
扫描SCAN算法
- 指定方向上最近的，一个方向一直到头才变更方向
- LOOK调度：到达最远端的请求即可返回，不必到头
循环扫描C—SCAN
- 只有一个方向提供服务，回时方向快速移动不服务
- 默认SCAN都为LOOK调度

时间计算

Ts + Tr + Tt (注意时间单位min、s、ms)

寻道时间 Ts = 跨磁道数n*常数 + 启动磁臂时间
旋转延迟时间：（找到数据所在扇区）
- Tr = 1/2r (r为磁盘旋转速度)
传输时间: Tt = 字节数b / rN (N为一个磁道上字节数)

磁盘管理

磁盘初始化：
- 低级格式化（物理分区）
- 逻辑格式化（创建文件系统）
引导块（开机过程）
- 通电，读入位于ROM内的BIOS程序
- 硬件自检
- 执行引导块上的boot引导程序，找到磁盘上的操作系统，把它装入内存
- 开始运行操作系统
坏块：

处理就是标明记录坏块，让系统不去使用；

坏块是硬件故障，无法被OS修复

五、I/O管理

I/O设备

1外设、2存储设备（磁盘磁带）、3网络通信设备（网络接口）
分类：
- 块设备（所有存储的设备，因为存储信息都以数据块为单位）
- 字符设备（用于数据输入输出的设备，基本传输单位是字符）

I/O控制器

就是I/O设备的电子部件，用来控制设备

组成：

与CPU的接口、与设备的接口、自身I/O逻辑

功能与需要部件：

接收识别CPU命令：控制寄存器（存命令和参数）
向CPU报告设备状态：状态寄存器
数据交换：数据寄存器
地址识别：给上述寄存器编址，通过CPU送来的地址来识别控制哪个寄存器
- 内存映像I/O：寄存器地址与内存统一编址
- 寄存器独立编址：寄存器使用独立地址

IO控制方式

控制设备和内存或cpu之间的数据传送

程序直接控制（关键：‘’轮询“）
- CPU发出命令后读取I/O模块的状态，一直没准备好就会一直轮询检查
- 数据传送单位：每次读写一个字
- 数据流向：内存——CPU——I/O设备
- 缺点： CPU和I/O串行工作，CPU长期忙等待，利用率极低
中断驱动方式

CPU与IO控制器可并行，数据传送单位依旧是一个字，
1. CPU发出读写命令后，就把等待I/O的进程阻塞，切换到别的进程
2. 当I/O完成时控制器会向CPU发中断信号
3. 在每个指令周期末尾检查中断，有则开始处理中断
  - CPU保存当前进程运行环境信息，转去执行中断服务程序，从IO控制器读写
4. CPU恢复等待I/O进程的运行环境，继续执行
DMA（直接存储器存取）方式
- 数据的传送单位是”块“
- 仅在传送数据块开始和结束时，才需要CPU，
- 数据流向是内存——IO设备
- DMA控制器
  - DMA也是以字为单位读入读出的，读完一块或连续的多块后，才给CPU发送中断信号
  - 有命令、地址、数据寄存器，来实现设备到主机的直接数据交换
- 缺点：读多块必须要求连续的多块，离散会多次呼叫CPU
通道控制方式
- ”通道“是一种硬件，人称小CPU
- CPU给通道发指令和通道程序在内存的位置，就做其他事
- ‘通道’执行该通道程序（一堆事情），执行完后给CPU发中断

层次结构

中间三层叫”I/O核心子系统“

用户层软件（库函数）
设备独立性软件（不涉及硬件，对各种设备的公共管理工作）
- 向用户层提供统一接口（如read/write系统调用）
- 执行对设备的共有操作如分配回收、设备保护、逻辑物理设备名映射
设备驱动程序（涉及硬件细节的所有操作，驱动IO设备工作）
中断处理程序
- 设备准备好，设备完成了I/O 都会发中断
硬件（有机械部件、电子部件）

设备的分配回收

安全性
- 安全分配方式（分配I/O设备后就把进程阻塞）
- 不安全分配（分配IO后进程继续执行）
分配方式
静态分配（运行前分配全部资源）、动态分配（运行过程中动态申请资源）
数据结构：
- 设备控制表DCT
- 控制器控制表COCT
- 通道控制表CHCT（以上三个代表三种资源，都有等待队列）
- 系统设备表SDT（整个系统所有设备情况）
”一个通道控制多个控制器，一个控制器控制多个设备“（树形关系）
逻辑、物理设备名映射：
- 一张逻辑设备表 LUT，表项 <逻辑地址，物理地址，驱动程序入口>
- 进程第一次用逻辑设备名请求分配设备时，在LUT中新增一个表项
- 之后再利用逻辑设备名请求I/O操作时，直接查找LUT表

缓冲区管理

目的：CPU很快，把数据放到内存缓冲区里，就可以去做别的事

I/O设备慢，自己从缓冲区慢慢取数据就行，不用打扰CPU

特点：

只有空了才能输入数据，只有满了才能输出数据

缓冲区管理策略：

单缓冲（1个缓冲区）
- 两个相互通信的机器用单缓冲区，只能半双工（同一时刻单向）
双缓冲（2个缓冲区）
- 两个机器双缓冲，可以全双工
循环缓冲（多个大小相等缓冲区连接为一个队列，in指向第一个空的，out指向第一个满的缓冲区）
缓冲池
- 有三个队列（空的、输入队列、输出队列）
- 有四种缓冲区（收容/提走输入和输出）

重点：

每处理一块数据需要花费多长时间？

各部件传输需花费时间：设备—T—缓冲区—M—工作区—C—处理

单缓冲区 MAX(T,C) + M
- 初始状态工作区满，缓冲区空
双缓冲区 MAX( T, C+M)
- 初始状态，工作区满，两个缓冲区一满一空
记忆： MAX (设备进，CPU处理) + 内存传括号单缓冲区包一个双包两个

注意读一个和读多个不一样，要加剩余处理时间，区分来算！

假脱机SPOOLing

可以把一台物理设备虚拟为多台逻辑设备，

把独占式设备改造为共享设备

脱机技术：使用”外围控制机“，脱离主机控制来进行输入和输出
组成：
- 输入井、输出井（磁盘上的存储区域）
- 输入输出缓冲区
- 输入输出进程
应用：共享打印机
- 每个进程提出请求后，都为其在磁盘的输出井分配一个存储区（逻辑上独占）
- 每个进程的打印信息表放入任务队列，依次输出

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