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  第49题      
  知识点:   存储管理   文件的物理组织   磁盘   文件系统
  关键词:   磁盘   链式存储管理   逻辑记录   文件系统   存储管理        章/节:   操作系统       

 
文件系统釆用链式存储管理方式并应用记录的成组与分解技术,且磁盘块的大小为4096字节。若文件license.doc由7个逻辑记录组成,每个逻辑记录的大小为2048字节,并依次存放在58、89、96和101号磁盘块上,那么要存取文件的第12288逻辑字节处的信息,应访问(49)号磁盘块。
 
 
  A.  58
 
  B.  89
 
  C.  96
 
  D.  101
 
 
 

 
  第49题    2019年上半年  
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某文件管理系统在磁盘上建立了位示图(bitmap),记录磁盘的使用情况。若磁盘上物理块的编号依次为:0、1、2、...;系统中的字长..
  第48题    2019年上半年  
   61%
某文件管理系统在磁盘上建立了位示图(bitmap),记录磁盘的使用情况。若磁盘上物理块的编号依次为:0、1、2、...;系统中的字长..
  第48题    2020年下半年  
   38%
某文件管理系统在磁盘上建立了位示图(bitmap),记录磁盘的使用情况。若计算机系统的字长为32位(注:每位可以表示一个物理块“使..
   知识点讲解    
   · 存储管理    · 文件的物理组织    · 磁盘    · 文件系统
 
       存储管理
        在虚拟存储器的管理中,涉及载入(调入)、放置(放入分区)和置换(swapping)等问题。
        (1)调入策略:即何时将一页或一段从外存中调入内存,通常有两种策略,一种是请求调入法,即需要使用时才调入;另一种是先行调入法,即将预计要使用的页/段先行调入内存。
        (2)放置策略:也就是调入后,放在内存的什么位置,这与内存管理基本上是一致的。
        (3)置换策略:由于实际内存是小于虚存的,因此可能会发生内存中已满,但需要使用的页不在内存中这一情况(称为缺页中断)。这时就需要进行置换,即将一些内存中的页淘汰到外存,腾出空间给要使用的页,这个过程也称为swapping。
               置换算法
               常见的置换算法如下:
               (1)最优(Optimized, OPT)算法:选择淘汰不再使用或最将来才使用的页,这是理想的算法,但难以实现,常用于淘汰算法的比较。
               (2)随机(rand)算法:随机地选择淘汰的页,开销小,但可能选中立即就要访问的页。
               (3)先进先出(First In and First Out, FIFO)算法:选择淘汰在内存驻留时间最长的页,似乎合理,但可能淘汰立即要使用的页。另外,使用FIFO算法时,在未给予进程分配足够的页面时,有时会出现给予进程的页面数越多,缺页次数反而增加的异常现象,这称为belady现象。例如,若某个进程访问页面的顺序(称页面访问序列)是432143543215,当进程拥有3个主存页面时,缺页率比拥有4个主存页面时要小。
               (4)最近最少使用(Least Recently Used, LRU)算法:选择淘汰离当前点时刻最近的一段内使用得最少的页。例如,若某个进程拥有3个主存页面,已访问页面的顺序是4314,现在如果要访问第2页,则需要淘汰第3页,因为第1、4页刚刚使用了。这个算法的主要出发点是,如果某页被访问了,则它可能马上就要被访问。OPT算法和LRU算法都不会发生belady异常现象。
               局部性原理
               存储管理策略的基础是局部性原理,即进程往往会不均匀地高度局部化地访问内存。局部性分为时间局部性和空间局部性。时间局部性是指最近访问存储位置,很可能不久的将来还要访问;空间局部性是指存储访问有成组的倾向:当访问了某个位置后,很可能也要访问其附近的位置。
               根据局部性原理的特征性,Denning阐述了程序性能的工作集理论。工作集是进程频繁访问的页面的集合。工作集理论指出,为使进程有效地运行,它的页面工作集应驻留内存中。否则,由于进程频繁地从外存请求页面,而出现称为“颠簸”(抖动)的过度的页面调度活动。此时,处理页面调度的时间超过了程序的执行时间。显然,此时CPU的有效利用率会急速下降。
               通常用两种等价的方法确定进程的工作集,一种是将工作集确定为在定长的页面访问序列(工作集窗口)中的页面集合,另一种是将工作集确定为在定长时间间隔中涉及到页面的集合。工作集的大小依赖于工作集窗口的大小,在进程执行时,工作集会发生变化。有时,当进程进入另一个完全不同的执行阶段时,工作集会出现显著的变化。不过在一个进程的执行过程中,工作集的大小处于稳定状态的时间基本上占绝大多数。
               另一种控制颠簸的技术是控制缺页率。操作系统规定缺页率的上下限,当一个进程的缺页率高于上限时,表明该进程需要更大的内存空间,则分配较多的内存页面给它,当进程的缺页率低于下限时,表明该进程占用的内存空间过大,可以适当地收回若干内存页面。
 
       文件的物理组织
        在文件系统中,文件的存储设备通常划分为若干个大小相等的物理块。文件的物理结构是指文件在存储设备上的存储方法,常用的文件物理结构有连续文件、串联文件和索引文件。
        (1)连续文件(顺序文件):连续文件是一种最简单的物理文件结构,它把一个在逻辑上连续的文件信息依次存放到物理块中。连续文件的优点是一旦知道文件在文件存储设备上的起始位置和文件长度,就能进行存取。连续文件适合于顺序存取,在连续存取相邻信息时,存取速度快。其缺点是在文件建立是专长须指定文件的信息长度,以后不能动态增长,一般不宜于需要经常修改的文件。
        (2)串联文件(链接文件):串联文件用非连续的物理块来存放文件信息,这些物理块之间没有顺序关系,其中每个物理块设有一个指针,指向下一个物理块的地址,这样,所有的物理块都被链接起来,形成一个链接队列。串联文件的优点是可以解决存储器的碎片问题,提高存储空间利用率。由于串联文件只能按照队列中的链接指针顺序查找,因此搜索效率低,一般只适用于顺序访问,不适用于随机存取。
        (3)索引文件:索引文件是另一种对文件存储不连续分配的方法。为每个文件建立一张索引表,索引表中的每一表项指出文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。索引文件既可以满足文件动态增长的要求,又可以方便而迅速地实现随机存取。对一些大的文件,当索引表的大小超过一个物理块时,会发生索引表的分配问题。一般采用多级(间接索引)技术,这时在由索引表指出的物理块中存放的不是文件住处而是存放文件信息的物理块地址。这样,如果一个物理块能存储n个地址,则一级间接索引,将使可寻址的文件长度变成n2块,对于更大的文件可以采用二级甚至三级间接索引(例如,UNIX操作系统采用三级索引结构)。
        索引文件的优点是既适用于顺序存取,又适用于随机存取。缺点是索引表增加了存储空间的开销。另外,在存取文件时至少需要访问两次磁盘,一次是访问索引表,另一次是根据索引表提供的物理块号访问文件信息。为了提高效率,一种改进的方法是,在对某个文件进行操作之前,预先把索引表调入内存。这样,文件的存取就能直接从在内存的索引表中确定相应的物理块号,从而只需要访问一次磁盘。
 
       磁盘
        在磁表面存储器中,磁盘的存取速度最快,且具有较大的存储容量,是目前广泛使用的外存储器。磁盘存储器由盘片、驱动器、控制器和接口组成。盘片的两面用来存储信息。驱动器用于驱动磁头(读/写头)沿盘面作径向运动以寻找目标磁道位置,驱动盘片以额定速率稳定旋转,通常是5400~15000r/min(Revolution Per Minute,RPM),并且控制数据的写入和读出。控制器接收主机发来的命令,将它转换成磁盘驱动器的控制命令,并实现主机和驱动器之间数据格式的转换及数据传送,以控制驱动器的读/写操作。一个控制器可以控制一台或多台驱动器。接口是主机和磁盘存储器之间的连接逻辑。
        磁盘存储器也称为硬盘存储器。硬盘存储器具有存储容量大,使用寿命长,存取速度较快的特点。硬盘存储器的硬件包括硬盘控制器(适配器)、硬盘驱动器以及连接电缆。硬盘控制器(Hard Disk Controller,HDC)对硬盘进行管理,并在主机和硬盘之间传送数据。硬盘控制器以适配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上,然后通过电缆与硬盘驱动器相连。硬盘驱动器(Hard Disk Drive,HDD)中有盘片、磁头、主轴电机(盘片旋转驱动机构)、磁头定位机构、读/写电路和控制逻辑等。
        为了提高单台驱动器的存储容量,在硬盘驱动器内使用了多个盘片,它们被叠装在主轴上,构成一个盘组;每个盘片的两面都可用作记录面,所以一个硬盘的存储容量又称为盘组容量。
        硬盘的接口方式可以说是硬盘另一个非常重要的技术指标,这点从SCSI硬盘和IDE硬盘的巨大差价就能体现出来,接口方式直接决定硬盘的性能。现在最常见的接口有IDE(ATA)和SCSI两种,此外还有一些移动硬盘采用了PCMCIA或USB接口。
        .IDE(Integrated Drive Electronics):IDE接口最初由CDC、康柏和西部数据公司联合开发,由美国国家标准协会(ATA)制定标准,所以又称ATA接口。普通用户家里的硬盘几乎全是IDE接口的。IDE接口的硬盘可细分为ATA-1(IDE)、ATA-2(EIDE)、ATA-3(Fast ATA-2)、ATA-4(包括UItraATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66)与Serial ATA(包括Ultra ATA/100及其他后续的接口类型)。基本IDE接口数据传输率为4.1Mb/s,传输方式有PIO和DMA两种,支持总线为ISA和EISA。后来为提高数据传输率、增加接口上能连接的设备数量、突破528MB限制及连接光驱的需要,又陆续开发了ATA-2、ATAPI和针对PCI总线的FAST-ATA、FAST-ATA2等标准,数据传输率达到了16.67MB/s。
        .小型计算机系统接口(Small Computer System Interface,SCSI):SCSI并不是专为硬盘设计的,实际上它是一种总线型接口。由于独立于系统总线工作,所以它的最大优势在于其系统占用率极低,但由于其昂贵的价格,这种接口的硬盘大多用于服务器等高端应用场合。
 
       文件系统
        由于计算机系统处理的信息量越来越大,所以不可能将所有的信息保存到主存中。特别是在多用户系统中,既要保证各用户文件存放的位置不冲突,又要防止任一用户对外存储器(简称外存)空间占而不用;既要保证各用户文件在未经许可的情况下不被窃取和破坏,又要允许在特定的条件下多个用户共享某些文件。因此,需要设立一个公共的信息管理机制来负责统一管理外存和外存上的文件。
        所谓文件管理系统,就是操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合,专门负责管理和存取文件信息的软件机构,简称文件系统。文件系统的功能包括按名存取,即用户可以“按名存取”,而不是“按地址存取”;统一的用户接口,在不同设备上提供同样的接口,方便用户操作和编程;并发访问和控制,在多道程序系统中支持对文件的并发访问和控制;安全性控制,在多用户系统中的不同用户对同一文件可有不同的访问权限;优化性能,采用相关技术提高系统对文件的存储效率、检索和读/写性能;差错恢复,能够验证文件的正确性,并具有一定的差错恢复能力。
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第49题    在手机中做本题