第三章 计算机系统

1.1 Cache

1.Cache的相关概念

(1)Cache的功能:提高CPU数据输入输出的速率,突破冯诺依曼瓶颈,即CPU与存储系统间数据传送带宽限制。

(2)在计算机的存储系统体系中,Cache是除寄存器以外,访问速度最快的层次。

(3)使用Cache改善系统性能的依据是局部性原理(包括时间局部性和空间局部性)。

2.Cache映像方式【直接由硬件完成地址映像】

(1)直接相联映像:电路难于设计和实现,只适用于小容量的Cache,冲突率较低。

(2)全相联映像:只适用于小容量的Cache,冲突率较低。

(3)组相联映像:直接相联与全相联的折中。

3.Cache的读写过程

(1)写直达:同时写Cache与内存。

(2)写回:只写Cache,淘汰页面时,写回内存。

(3)标记法:只写入内存,并将标志位清零。

1.2 磁盘阵列

RAID0(条块化):性能最高,并行处理,无冗余,损坏无法恢复。

RAID1(镜像结构):可用性,可修复性好,仅有50%利用率。

RAID10:RAID0和RAID1长处的结合,高效也可靠。

RAID5(分布式奇偶校验的独立磁盘):N+1模式,无固定的校验盘,坏一个盘可恢复。具有容错功能。

RAID6(两种存储的奇偶校验):N+2模式,无固定的校验盘,坏两个盘可恢复。

RAID7(具有最优化的异步I/O速率和高数据传输率的磁盘阵列):目前最高档次的磁盘阵列。

1.3 虚拟存储

|----------|------------------------|
| 分类方式 | 分类 |
| 拓扑结构不同 | 对称式和非对称式 |
| 实现原理不同 | 分为数据库虚拟和虚拟文件系统 |
| 实现方式不同 | 主机级虚拟化 存储设备级虚拟化 网络级虚拟化 |

1.4 操作系统

1.互斥和同步

互斥:同类资源的竞争关系。

同步:进程间的协作关系。

2.页式存储

(1)概念:程序与内存均划分为同样大小的块,以页为单位将程序调入内存。

优点:利用率高,碎片小,分配及管理简单

缺点:可能产生抖动现象

(2)逻辑地址=页号+业内地址 物理地址=页帧号+页内地址

(3)页面置换算法:先淘汰最近未被访问的(访问位为0),其次淘汰未被修改的。

3.段式存储

(1)概念:按用户作业中的自然段来划分逻辑空间,然后调入内存,段的长度可以不一样。

优点:利用率高,碎片小,分配及管理简单。

缺点:内存利用率低,内存碎片浪费大。

4.段页式存储

(1)概念:段式与页式的综合体,先分段,再分页。

优点:空间浪费小,存储共享容易,存储保护容易,能动态连接。

缺点:由于管理软件的增加,需要的硬件以及占用的内容有所增加,使得执行速度大大下降。

5.死锁

死锁的四大条件:互斥;保持和等待;不剥夺;环路等待。

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