操作系統(tǒng)導(dǎo)論復(fù)習(xí)要點(diǎn)張不同版

1、操作系統(tǒng)導(dǎo)論復(fù)習(xí)要點(diǎn)課程內(nèi)容第一章 操作系統(tǒng)概述（ 3）第二章 進(jìn)程和處理機(jī)管理（2+9）第三章存儲(chǔ)管理（6）第四章設(shè)備管理（4）第五章文件管理（2）第六章Windows操作系統(tǒng)第七章Unix 操作系統(tǒng)第一章 操作系統(tǒng)概述本章要點(diǎn)操作系統(tǒng)的地位：從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度 操作系統(tǒng)的定義：研究操作系統(tǒng)的四種視角 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征、功能、類型 基本概念：批處理、多道程序設(shè)計(jì)、作業(yè)、任務(wù)、進(jìn)程和線程、接口、虛擬存儲(chǔ)、文件講課順序的一些調(diào)整1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述1.2 操作系統(tǒng)的概念1.3 操作系統(tǒng)的功能1.4 操作系統(tǒng)的用戶接口1.5 操作系統(tǒng)的發(fā)展史1.6 操作系統(tǒng)的分類1.7 研究操作系統(tǒng)的幾種

2、視角操作系統(tǒng)：管理物理設(shè)備。實(shí)用程序：支持其他軟件編制和維護(hù)的軟件。應(yīng)用程序：特定應(yīng)用領(lǐng)域的專用軟件。操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位1.1 操作系統(tǒng)的地位1.2 操作系統(tǒng)郵種視角用戶接口資源管理虛擬機(jī)作業(yè)組織軟件的視角1.2.1 操作系統(tǒng)-軟件的視角操作系統(tǒng)作為軟件的外在特性和內(nèi)在特性外在特性：命令、調(diào)用、語(yǔ)法等等內(nèi)在特性：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.2.2 操作系統(tǒng)？?ai戶接口的視角操作系統(tǒng)為用戶提供不同的服務(wù)，不同的用戶提供不同的接口。最終用戶系統(tǒng)用戶（用戶）命令：指計(jì)算機(jī)用戶要求計(jì)算機(jī)為其工作的指示。命令的表現(xiàn)形式：字符形式：比較靈活，但是繁瑣而難記菜單形式圖形形式：直觀易記，不夠靈活命令的使用方式：月

3、機(jī)使用方式（off-line ）聯(lián)機(jī)使用方式（on-line）1.2.3 操作系統(tǒng)？?a資源管理的視角操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各類資源的管理者，它負(fù)責(zé)分配、回收以及控制系統(tǒng)中的各種軟硬件資源。跟蹤資源的使用狀況，滿足資源請(qǐng)求，提高資源利用率，以及協(xié)調(diào)各程序和用戶對(duì)資源的使用沖突。監(jiān)視資源分配/回收資源保護(hù)資源1.2.4 操作系統(tǒng)？虛擬機(jī)的視角操作系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)上的虛擬機(jī)器，它為應(yīng)用軟件提供了許多比計(jì)算機(jī)硬件功能更強(qiáng)或者 計(jì)算機(jī)硬件所沒(méi)有的功能。操作系統(tǒng)在虛擬機(jī)種充當(dāng)管理員和協(xié)調(diào)員的角色，管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，并協(xié)調(diào)多任務(wù)、多進(jìn)程的 運(yùn)行。擴(kuò)充：功能、計(jì)算機(jī)的數(shù)量1.2.5 操作系統(tǒng)

4、？?a乍業(yè)組織的視角操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作流程的組織者，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)在系統(tǒng)中運(yùn)行的各個(gè)軟件的運(yùn)行次序。用于巨型機(jī)和大型機(jī)上，以批文件方式提交作業(yè)，請(qǐng)求主機(jī)逐個(gè)運(yùn)行。主機(jī)操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)組織、協(xié)調(diào)各個(gè)作業(yè)的運(yùn)行，并報(bào)告執(zhí)行結(jié)果或者錯(cuò)誤消息。減少了人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)的效率。這種工作方式有利于有效利用造價(jià)高且性能強(qiáng)大的主機(jī)資源。操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件和硬件資源,合理地組織計(jì) 算機(jī)的工作流程，以便有效利用這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大的、使用方便的工作環(huán)境，從而在計(jì) 算機(jī)與用戶之間起到接口的作用。1.3 操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展操作系統(tǒng)簡(jiǎn)歷推動(dòng)操作系

5、統(tǒng)發(fā)展的因素操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史手工操作？?操作系統(tǒng)的史前？。文明社單道批處理（早期批處理）？?想作系統(tǒng)的雛形多道批處理系統(tǒng)？a?現(xiàn)代意義上的操作系統(tǒng)的出現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展1.3.1 操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)歷50年代中期，第一個(gè)簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng)60年代中期，多道程序批處理系統(tǒng)不久，分時(shí)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)80年代，微機(jī)及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)，嵌入式操作系統(tǒng)。1.3.2 操作系統(tǒng)發(fā)展的推動(dòng)因素計(jì) 算機(jī)硬件的升級(jí)以及新的硬件的出現(xiàn)新 的服務(wù)，方便使用提 高計(jì)算機(jī)資源利用效率更 正軟件錯(cuò)誤計(jì) 算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展?-?-1.3.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展史？?拜工操作早 期的計(jì)算機(jī)是由 n 多個(gè)晶體管

6、組成的操 作和編程完全靠手工進(jìn)行，直接和硬件打交道獨(dú) 占資源，效率低下手 工操作，易出差錯(cuò)串 行作業(yè)，周期很長(zhǎng)1.3.4 操作系統(tǒng)的發(fā)展史-單道批處理系統(tǒng)批處理程序（監(jiān)督程序）常駐內(nèi)存操作步驟：1 、收集一批作業(yè)卡，使用專用的 I/O 計(jì)算機(jī)將作業(yè)逐個(gè)讀到磁帶上保存起來(lái)；2、批處理程序?qū)⒋艓系牡谝蛔鳂I(yè)讀入計(jì)算機(jī)，運(yùn)算結(jié)束后將結(jié)果輸出到輸出磁帶上；3、自動(dòng)讀入下一個(gè)作業(yè)，依次循環(huán)；4、當(dāng)一批作業(yè)全部執(zhí)行結(jié)束之后，取下輸入磁帶和輸出磁帶，輸入磁帶輸入下一批作業(yè)，輸出磁帶送到專用輸出計(jì)算機(jī)進(jìn)行脫機(jī)打印。單道批處理系統(tǒng)？aa評(píng)價(jià)解 決了作業(yè)間自動(dòng)轉(zhuǎn)接問(wèn)題，減少了機(jī)器時(shí)間浪費(fèi)串 行運(yùn)行獨(dú) 占資源，資源

7、利用率低對(duì) 短作業(yè)不公平交 互性差1.3.5 操作系統(tǒng)的發(fā)展史？?瞽道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)中，任意時(shí)刻任意時(shí)刻只允許一個(gè)作業(yè)在內(nèi)存中運(yùn)行，資源利用率低。為了提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，發(fā)展了多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)是真正現(xiàn)代意義的操作系統(tǒng)多道：指允許多個(gè)程序同時(shí)存在于內(nèi)存中，按照某種原則分派處理機(jī)，逐個(gè)執(zhí)行這個(gè)程序。批處理：用戶提交的作業(yè)首先在外存中排成一個(gè)隊(duì)列，然后由作業(yè)調(diào)度程序按照一定的算法從該隊(duì)列中 依次選取一個(gè)或者幾個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)入內(nèi)存中執(zhí)行。處理機(jī)自動(dòng)切換當(dāng)某個(gè)程序占用處理機(jī)執(zhí)行過(guò)程中遇到了輸入/輸出語(yǔ)句，可以啟動(dòng)專門負(fù)責(zé)輸入 /輸出的系統(tǒng)服務(wù)程序完成輸入/輸出操作，而處理機(jī)切換到

8、另外一個(gè)程序執(zhí)行。多道批處理多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)（ multiprogramming ）為了提高系統(tǒng)吞吐量和資源利用率，允許多個(gè)程序同時(shí)駐留內(nèi)存，使處理機(jī)在這些程序之間進(jìn)行切換，在一段時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完多個(gè)程序的處理技術(shù)稱為多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)大都采用了多道程序處理技術(shù)。資源利用率：指在給定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)中某一資源（如 CPU存儲(chǔ)器、外部設(shè)備等）實(shí)際使用時(shí)間所占比率。吞吐量（Throughput）:指單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所處理的信息量。它通常是以每小時(shí)或每天所處理的作業(yè)個(gè)數(shù)來(lái)度量。一個(gè)例子的具體使用情況如下表所示：假設(shè)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有256k主存（不包含操作系統(tǒng)），一個(gè)磁盤、一個(gè)終端和一臺(tái)打印機(jī)。三個(gè)

9、作業(yè)分別被命名為JOB1、JOB2、JOB3。各作業(yè)運(yùn)行時(shí)間分別為 5分鐘、15分鐘和10分鐘。它們對(duì) 資源的具體使用情況如下：作業(yè)1主要使用CPU作業(yè)2主要使用終端（鍵盤和顯示器）；作業(yè)3主要使用磁盤和打印機(jī)。多道程序設(shè)計(jì)引發(fā)的問(wèn)題處理機(jī)的分配與回收內(nèi)存的分配與保護(hù)I/O設(shè)備的共享與效率文件的有效組織作業(yè)的組織1.3.6 操作系統(tǒng)的發(fā)展史？?吩時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)的資源利用率和吞吐量提高了，但是交互性很差，作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間比較長(zhǎng)為了改進(jìn)響應(yīng)時(shí)間和性能，提供交互式工作環(huán)境，分時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)。分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是，在多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上，為多個(gè)用戶配置一個(gè)聯(lián)機(jī)終端。分時(shí)系統(tǒng)的工作方式：一臺(tái)主機(jī)

10、連接有若干個(gè)終端。用戶交互式地向系統(tǒng)提出命令請(qǐng)求，系統(tǒng)接受命令,采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理請(qǐng)求,并在終端上顯示結(jié)果。分時(shí)：是指多個(gè)用戶分時(shí)使用CPU的時(shí)間。將CPU的單位時(shí)間(比如5ms)劃分成若干個(gè)時(shí)間段(時(shí)間片)批處理系統(tǒng)：目標(biāo)是提高機(jī)器的使用效率。適用于比較成熟的大型作業(yè)。用作業(yè)控制語(yǔ)言。分時(shí)系統(tǒng)：目標(biāo)是對(duì)用戶請(qǐng)求的快速響應(yīng)，提供交互性工作環(huán)境。適用于短小作業(yè)。終端鍵入命令。實(shí)時(shí)系統(tǒng)當(dāng)對(duì)處理機(jī)操作或數(shù)據(jù)流動(dòng)有嚴(yán)格時(shí)間要求時(shí)，就需要使用實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)：實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)：工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)控制，軍事上的飛機(jī)運(yùn)行、導(dǎo)彈發(fā)射等。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)：民航機(jī)票的預(yù)訂、查詢，銀行系統(tǒng)的借貸，情報(bào)信息檢索等系統(tǒng)

11、。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)實(shí)時(shí)性。計(jì)算機(jī)對(duì)隨機(jī)發(fā)生的外部事件能夠及時(shí)地響應(yīng)和處理。(2)可靠性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制和處理的對(duì)象往往是重要的經(jīng)濟(jì)和軍事目標(biāo)，而且又是現(xiàn)場(chǎng)直接控制處理。重要的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，采用雙工機(jī)制。(3)可確定性。是指系統(tǒng)按照固定的、預(yù)先確定的時(shí)間或時(shí)間間隔執(zhí)行指定的操作。其可確定性取決于系統(tǒng)響應(yīng)中斷的速度和處理能力。1.3.7 操作系統(tǒng)的發(fā)展史？?操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中提供網(wǎng)絡(luò)管理、通信、安全、資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等功能的操作系統(tǒng)。目標(biāo)：為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)計(jì)算機(jī)之間的通信和網(wǎng)絡(luò)資源共享，提高網(wǎng)絡(luò)資

12、源的利用率和網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。分布式操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)是指多個(gè)處理機(jī)通過(guò)通信線路相互連接而成的系統(tǒng)，系統(tǒng)地處理和控制功能分布在各個(gè)處理機(jī)上。配置在分布式系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)成為分布式操作系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)分布式系統(tǒng)中的任務(wù)分配、資源管理等功能服務(wù)。嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)在控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行。電視機(jī)、微波爐、移動(dòng)電話、汽車、儀器嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、 成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.4 操作系統(tǒng)的功能及特征操作系統(tǒng)功能處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理設(shè)備管理（輸入輸出設(shè)備）文件管理提供接口服務(wù)操作系統(tǒng)的特征并發(fā)性共享性隨機(jī)性可重構(gòu)性虛擬

13、性1.4.1 操作系統(tǒng)的功能1.4.2 操作系統(tǒng)的特征？?現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征隨機(jī)性（randomicity）可重構(gòu)性（reconstruction ）虛擬性物理實(shí)體轉(zhuǎn)化為若干邏輯上的對(duì)應(yīng)物1.5 一些基本概念多道程序設(shè)計(jì)進(jìn)程與線程作業(yè)任務(wù)接口系統(tǒng)調(diào)用虛擬存儲(chǔ)文件多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中允許多道程序同時(shí)準(zhǔn)備運(yùn)行、當(dāng)正在運(yùn)行的那道程序因?yàn)槟撤N原因（比如等待輸入輸出數(shù)據(jù)）暫 時(shí)不能繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)地啟動(dòng)另一道程序運(yùn)行；一旦原因消除（比如數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)或者數(shù)據(jù)已 經(jīng)傳輸完畢），暫時(shí)停止運(yùn)行的那道程序在將來(lái)的某個(gè)時(shí)候還可以被系統(tǒng)重新啟動(dòng)繼續(xù)運(yùn)行。問(wèn)題協(xié)調(diào)因爭(zhēng)奪處理機(jī)或者輸入輸出設(shè)備而產(chǎn)生的沖突，解決同步、互

14、斥和死鎖問(wèn)題。防止各道程序之間的交叉和沖突，防止作業(yè)被有意無(wú)意地破壞。必須有高效可靠和方便的文件系統(tǒng)，有效地管理和存取系統(tǒng)中的軟件資源和輔存空間。進(jìn)程與線程進(jìn)程是指，程序的一次執(zhí)行，包括可執(zhí)行的程序、程序所需的數(shù)據(jù)和相關(guān)狀態(tài)信息。進(jìn)程是擁有資源的 最小實(shí)體，在傳統(tǒng)os中，進(jìn)程同時(shí)也是系統(tǒng)調(diào)度的最小單位。線程是指，程序的一次相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行過(guò)程；在現(xiàn)代os中，線程是系統(tǒng)調(diào)度的最小單位。作業(yè)作業(yè)是指，計(jì)算機(jī)用戶在一次上機(jī)過(guò)程中要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為其所做工作的集合；作業(yè)中的每項(xiàng)相對(duì)獨(dú)立 的工作稱為作業(yè)步。通常,人們用一組命令來(lái)描述作業(yè)；其中，每個(gè)命令定義一個(gè)作業(yè)步。作業(yè)的基本類型脫機(jī)作業(yè)聯(lián)機(jī)作業(yè)任務(wù)在經(jīng)典

15、的多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境下，任務(wù)與進(jìn)程是等同的，都被認(rèn)為是系統(tǒng)的最小工作單位任務(wù)是從系統(tǒng)資源分配的角度描述程序在系統(tǒng)中的運(yùn)行進(jìn)程則從處理器利用和工作流程控制的角度描述程序的執(zhí)行程序員習(xí)慣稱呼進(jìn)程，而工程師則習(xí)慣稱呼為任務(wù)系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供的最基本的一級(jí)服務(wù)，供用戶程序調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用只能在程序中作為程序語(yǔ)句使用，不能單獨(dú)使用。接口英文Inteface在操作系統(tǒng)中具有接口和界面兩種含義。接口多用于描述系統(tǒng)硬件之間的連接關(guān)系，以及軟件和程序模塊之間的調(diào)用關(guān)系。如總線接口、打印機(jī) 接口等。界面多用于描述用戶與系統(tǒng)之間的操作環(huán)境，以及人機(jī)之間的交互方式和過(guò)程，如字符界面、圖形用戶 界面等。虛擬存

16、儲(chǔ)定義：為了能在有限的內(nèi)存空間中運(yùn)行更大、更多的進(jìn)程（程序），可以將一部分磁盤空間虛擬為邏輯 內(nèi)存，使用戶感覺(jué)到一個(gè)比物理內(nèi)存空間更大的邏輯內(nèi)存空間，即實(shí)際物理內(nèi)存空間與虛擬的那部分邏輯內(nèi)存空間的總和，統(tǒng)稱為虛擬內(nèi)存空間。文件文件是若干相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，有的操作系統(tǒng)將程序、數(shù)據(jù)以及各種外部設(shè)備統(tǒng)統(tǒng)稱為文件。唯一的文件名對(duì)文件的操作：建立、修改、刪除、重命名、設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限等概括地說(shuō)，文件就是命名了的字節(jié)流，它是現(xiàn)代操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中種類繁多的外部設(shè)備進(jìn)行高度 抽象的結(jié)果。1.6 操作系統(tǒng)的分類1.7 操作系統(tǒng)分類重點(diǎn)總結(jié)第二章 用戶接口與作業(yè)管理幾個(gè)問(wèn)題？主要內(nèi)容2.1 作業(yè)的基本概念定義作業(yè)

17、步 作業(yè) 作業(yè)流作業(yè)控制方式：批處理和交互式2.2 批處理作業(yè)的管理作業(yè)的組織 I/O 調(diào)度 控制2.3 交互式作業(yè)管理常用操作使用接口2.4 用戶和操作系統(tǒng)之間的接口程序一級(jí)接口（系統(tǒng)調(diào)用）作業(yè)控制一級(jí)接口2.1 作業(yè)的概念作 業(yè)步：每一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的加工步驟作 業(yè)：用戶要求計(jì)算機(jī)處理的問(wèn)題作 業(yè)流：若干作業(yè)按照次序合成一批2.1.2作業(yè)的控制方式2.2 批處理作業(yè)的管理2.2批處理作業(yè)的管理：組織-I/O-調(diào)度-控制2.2批處理作業(yè)的管理：組織-I/O-調(diào)度-控制2.2批處理作業(yè)的管理：組織-I/O-調(diào)度-控制SPOOLing 系統(tǒng)工作原理Simultaneous Peripheral Op

18、erations On-Line含義：同時(shí)的外圍設(shè)備聯(lián)機(jī)操作（假脫機(jī)技術(shù)）包括：輸入程序模塊輸出程序模塊作業(yè)調(diào)度程序SPOOLing 系統(tǒng)工作原理（續(xù)2）作業(yè)執(zhí)行前用慢速設(shè)備將作業(yè)預(yù)先輸入到后援存儲(chǔ)器（如磁盤、磁鼓，稱為輸入井）中，稱為預(yù)輸入作業(yè)運(yùn)行后，使用數(shù)據(jù)時(shí)，從輸入井中取出作業(yè)執(zhí)行不必直接啟動(dòng)外設(shè)輸出數(shù)據(jù)，只需將這些數(shù)據(jù)寫入輸出井中作業(yè)全部運(yùn)行完畢，再由外設(shè)輸出全部數(shù)據(jù)和信息，稱為緩輸出實(shí)現(xiàn)了對(duì)作業(yè)輸入、組織調(diào)度和輸出的統(tǒng)一管理使外設(shè)在CPU直接控制下，與CPU并行工作作 業(yè)調(diào)度的主要功能? 審查系統(tǒng)是否能滿足用戶作業(yè)的資源要求? 按照一定的算法選取作業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)度算法應(yīng)考慮的原則選擇調(diào)度算

19、法考慮的因素單道批處理系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度算法調(diào)度算法評(píng)價(jià)調(diào)度實(shí)質(zhì)上是一個(gè)策略問(wèn)題設(shè)定的目標(biāo)往往是相互沖突的目標(biāo)：?jiǎn)?位時(shí)間內(nèi)運(yùn)行盡可能多的作業(yè)使 處理機(jī)盡可能保持?° 忙碌?±使 各種 I/O 設(shè)備得以充分利用對(duì) 所有的作業(yè)都是公平合理的設(shè)計(jì)調(diào)度算法時(shí)應(yīng)考慮的因素：調(diào)度算法應(yīng)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)保持一致注意系統(tǒng)資源均衡使用保證提交的作業(yè)在截止時(shí)間內(nèi)完成設(shè)法縮短作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間大多數(shù)操作系統(tǒng)都采用比較簡(jiǎn)單的調(diào)度算法作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間=作業(yè)流中作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間之和/ 作業(yè)流中作業(yè)的個(gè)數(shù)作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間 =作業(yè)的結(jié)束時(shí)間 -作業(yè)的提交時(shí)間T= () X作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)算法(F

20、CFS: First Come First Serve)最短作業(yè)優(yōu)先算法(SJF: Shortest Job First)最高響應(yīng)比優(yōu)先算法(HRN ： Highest Response Ratio Next)響應(yīng)比R=作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間/作業(yè)運(yùn)行時(shí)間=(作業(yè)運(yùn)行時(shí)間+作業(yè)等待時(shí)間)/作業(yè)運(yùn)行時(shí)間=1 + (作業(yè)等待時(shí)間/作業(yè)運(yùn)行時(shí)間)單道批處理系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)(FCFS):按照作業(yè)提交的先后次序進(jìn)行調(diào)度，先進(jìn)入系統(tǒng)者先調(diào)度；即啟動(dòng)等待時(shí)間最長(zhǎng) 的作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、公平缺點(diǎn)：沒(méi)考慮資源利用率和作業(yè)的特殊性(短作業(yè))先來(lái)先服務(wù)算法已很少作主要的調(diào)度策略，常被結(jié)合在其它的調(diào)度策略中使用。調(diào)

21、度算法基于優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法(HPF ： Highest Priority First )(a)由用戶規(guī)定優(yōu)先數(shù)(外部?jī)?yōu)先數(shù))用戶提交作業(yè)時(shí)，根據(jù)急迫程度規(guī)定適當(dāng)?shù)膬?yōu)先數(shù)作業(yè)調(diào)度程序根據(jù)JCB優(yōu)先數(shù)決定進(jìn)入內(nèi)存的次序(b)由系統(tǒng)計(jì)算優(yōu)先數(shù)(內(nèi)部?jī)?yōu)先數(shù))均衡調(diào)度算法算例假設(shè)在單道批處理環(huán)境下有四個(gè)作業(yè)，已知它們進(jìn)入系統(tǒng)的時(shí)間、估計(jì)運(yùn)行時(shí)間應(yīng)用先來(lái)先服務(wù)、最短作業(yè)優(yōu)先和最高響應(yīng)比優(yōu)先作業(yè)調(diào)度算法，分別計(jì)算出作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和 帶權(quán)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法最短作業(yè)優(yōu)先作業(yè)算法最高響應(yīng)比優(yōu)先作業(yè)算法算例FCFS112.54.975SJF953.25HRN87.54.075前情回顧：操作系統(tǒng)概述2

22、.3.2 菜單技術(shù)2.3.3 窗口技術(shù)2.3.4 操作命令的執(zhí)行過(guò)程交互式系統(tǒng)實(shí)例？“時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)中的用戶控制作業(yè)的執(zhí)行大致有四個(gè)階段：終端的連接用戶登錄控制作業(yè)執(zhí)行用戶退出主要內(nèi)容2.1 作業(yè)的基本概念定義作業(yè)步？aa乍業(yè)？aa乍業(yè)流作業(yè)控制方式：批處理和交互式2.2 批處理作業(yè)的管理作業(yè)的組織曳/o?a空制（調(diào)度）2.3 交互式作業(yè)管理常用操作使用接口2.4 用戶和操作系統(tǒng)之間的接口程序一級(jí)接口（系統(tǒng)調(diào)用）作業(yè)控制一級(jí)接口2.4用戶與操作系統(tǒng)之間的接口2.4用戶與操作系統(tǒng)之間的接口主要內(nèi)容2.1 作業(yè)的基本概念定義作業(yè)步？aa乍業(yè)？aa乍業(yè)流作業(yè)控制方式：批處理和交互式2.2 批處理作業(yè)

23、的管理作業(yè)的組織卻O?調(diào)度？aa空制2.3 交互式作業(yè)管理常用操作使用接口2.4 用戶和操作系統(tǒng)之間的接口程序一級(jí)接口（系統(tǒng)調(diào)用）作業(yè)控制一級(jí)接口重點(diǎn)總結(jié)作業(yè)P421 .(1) (2) (3) (5) (7)2 .操作系統(tǒng)原理Principles of Operating System第三章進(jìn)程和處理機(jī)管理本章內(nèi)容要點(diǎn)進(jìn)程的描述及控制進(jìn)程調(diào)度互斥與同步進(jìn)程通信死鎖3.1 進(jìn)程的概念程序傳統(tǒng)的程序是一組指令的集合，是靜態(tài)概念,無(wú)法描述程序在內(nèi)存中的執(zhí)行情況，即我們無(wú)法從程序的字 面上看出它何時(shí)執(zhí)行，何時(shí)停頓，也無(wú)法看出它與其它執(zhí)行程序的關(guān)系，因此，程序這個(gè)靜態(tài)概念已不 能如實(shí)反映程序并發(fā)執(zhí)行過(guò)程

24、的特征。為了深刻描述程序動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程的性質(zhì)，人們引入？。進(jìn)程(Process)?甄念。因此應(yīng)該采取措施來(lái)制約、控制各并發(fā)程序段的執(zhí)行速度反映程序的運(yùn)行過(guò)程程序在執(zhí)行過(guò)程中是不斷申請(qǐng)資源，程序作為共享資源的基本單位是不合適的所以需要引入一個(gè)概念，它能動(dòng)態(tài)描述程序的執(zhí)行過(guò)程而且可以作為擁有資源的基本單位，這個(gè)概念就 是進(jìn)程。思考？為什么引入進(jìn)程？1 .為了開發(fā)同一作業(yè)中不同作業(yè)步之間的并發(fā)，作業(yè)機(jī)制已不能滿足需要，引入了進(jìn)程機(jī)制。2 .動(dòng)態(tài)描述程序的執(zhí)行過(guò)程，制約、控制各并發(fā)程序段的執(zhí)行速度3 .作為擁有資源的基本單位4Q0.3.1 進(jìn)程的概念和定義1. 進(jìn)程的定義2. 進(jìn)程和程序的主要區(qū)別3.

25、進(jìn)程的特征3.1.2進(jìn)程的定義進(jìn)程與程序的關(guān)系?°進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過(guò)程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位?±。進(jìn) 程是操作系統(tǒng)中最基本、重要的概念。是多道程序系統(tǒng)出現(xiàn)后，為了刻畫系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)情況，描述系統(tǒng)內(nèi)部各道程序的活動(dòng)規(guī)律引進(jìn)的一個(gè)概念,所有多道程序設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)都建立在進(jìn)程的基礎(chǔ)上。進(jìn)程的特征引入進(jìn)程帶來(lái)的問(wèn)題增 加了空間開銷：為進(jìn)程建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)額 外的時(shí)間開銷：管理和協(xié)調(diào)、跟蹤、填寫和更新有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、切換進(jìn)程、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)更 難控制：競(jìng)爭(zhēng)和共享資源、協(xié)調(diào)3.1 進(jìn)程的概念和定義3.2 進(jìn)程的狀態(tài)和進(jìn)程控制塊3.2.1 進(jìn)程的狀態(tài)3.2.2 進(jìn)程的狀態(tài)演變

26、3.2.3 進(jìn)程控制塊3.2進(jìn)程的狀態(tài)和進(jìn)程控制塊3.2.2進(jìn)程的狀態(tài)演變思考？1 如果系統(tǒng)中有N 個(gè)進(jìn)程，運(yùn)行的進(jìn)程最多幾個(gè)，最少幾個(gè)；就緒進(jìn)程最多幾個(gè)最少幾個(gè)；等待進(jìn)程最多幾個(gè)，最少幾個(gè)？2 . 有沒(méi)有這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，為什么？(1)等待？運(yùn)行(2)就緒？等待前情回顧為什么引入進(jìn)程？進(jìn)程的定義進(jìn)程和程序的區(qū)別同一程序同時(shí)運(yùn)行于若干個(gè)數(shù)據(jù)集合上，它將屬于若干個(gè)不同的進(jìn)程。也就是說(shuō)同一程序可以對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程的特征動(dòng)態(tài)性、并行性、獨(dú)立性、異步性、結(jié)構(gòu)特征進(jìn)程的狀態(tài)及狀態(tài)演變思考？為什么引入進(jìn)程？1 .為了開發(fā)同一作業(yè)中不同作業(yè)步之間的并發(fā)，作業(yè)機(jī)制已不能滿足需要，引入了進(jìn)程機(jī)制。2 .動(dòng)態(tài)描述

27、程序的執(zhí)行過(guò)程，制約、控制各并發(fā)程序段的執(zhí)行速度3 .作為擁有資源的基本單位4Q0.3.2.2 進(jìn)程的狀態(tài)演變多個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)存資源內(nèi)存資源緊張無(wú)就緒狀態(tài)，處理機(jī)空閑：I/O速度比較慢，全部進(jìn)程都處于阻塞狀態(tài)交換技術(shù)（swapping）:換出一部分虛擬存儲(chǔ)技術(shù)掛起狀態(tài)阻塞：等待事件掛起：換出內(nèi)存就緒狀態(tài)阻塞狀態(tài)就緒/掛起（靜止就緒）阻塞/掛起（靜止阻塞）3.2.3 進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊的組成3.1 進(jìn)程的概念和定義3.2 進(jìn)程的狀態(tài)和進(jìn)程控制塊3.3 進(jìn)程控制3.3.1 進(jìn)程家族及分類補(bǔ)充操作系統(tǒng)內(nèi)核3.3.2 進(jìn)程控制的基本操作3.3進(jìn)程控制補(bǔ)充？0?操作系統(tǒng)內(nèi)核（kernel）操作系統(tǒng)的核心

28、，是基于硬件的第一層軟件擴(kuò)充，提供操作系統(tǒng)最基本的功能，是OS的基礎(chǔ)。現(xiàn)代OS設(shè)計(jì)中，為減少系統(tǒng)本身的開銷，往往將一些與硬件緊密相關(guān)的（如中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程 序等）、基本的、公共的、運(yùn)行頻率較高的模塊（如時(shí)鐘管理、進(jìn)程調(diào)度等）以及關(guān)鍵性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獨(dú)立 開來(lái)，使之常駐內(nèi)存，并對(duì)他們進(jìn)行特殊保護(hù)，通常把這一部份成為OS內(nèi)核。補(bǔ)充？0?操作系統(tǒng)內(nèi)核（kernel）用戶通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用訪問(wèn)操作系統(tǒng)的功能，這些功能都通過(guò)操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)。一般地，操作系統(tǒng)內(nèi)核的功能可以概括地劃分為資源管理功能和支撐功能。資源管理：進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、I/O設(shè)備管理支撐功能：中斷處理、統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)、時(shí)鐘管理、原語(yǔ)操作等3.3

29、.2進(jìn)程控制的基本操作進(jìn)程控制原語(yǔ)進(jìn)程創(chuàng)建與撤銷進(jìn)程切換進(jìn)程的阻塞與喚醒進(jìn)程的掛起與激活進(jìn)程控制的基本操作3.1 進(jìn)程的概念和定義3.2 進(jìn)程的狀態(tài)和進(jìn)程控制塊3.3 進(jìn)程控制3.4 進(jìn)程的互斥與同步3.4.1 臨界區(qū)3.4.2 進(jìn)程互斥3.4.3 進(jìn)程同步多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)駐留內(nèi)存并發(fā)執(zhí)行。問(wèn)題如何協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)資源（內(nèi)存、外部設(shè)備等）的競(jìng)爭(zhēng)和共享？如何解決多個(gè)進(jìn)程因競(jìng)爭(zhēng)資源而出現(xiàn)結(jié)果異常，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定、失效等問(wèn)題？多個(gè)進(jìn)程同時(shí)申請(qǐng)文件打印，如何有效分配？例子存折和銀行卡ATM和柜臺(tái)存款（1000, 2000元）余額5000兩個(gè)進(jìn)程同時(shí)讀余額并進(jìn)行修改多個(gè)進(jìn)程同時(shí)修改

30、一數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行控制在多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的OS中對(duì)諸多進(jìn)程的并發(fā)控制是非常重要和必須的。3.4.1 臨界區(qū)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)資源首先必須解決 ？?；コ庥戭}題。某些共享資源必須互斥使用，如打印機(jī)、共享變量、表格、 文件等。這類資源又稱為臨界資源，訪問(wèn)臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)。任何時(shí)刻，只允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)，以此實(shí)現(xiàn)進(jìn)程對(duì)臨界資源的互斥訪問(wèn)。臨界資源輸入機(jī)、打印機(jī)、磁盤機(jī)變量、數(shù)據(jù)、表格、棧。進(jìn)程互斥進(jìn)入臨界區(qū)當(dāng)進(jìn)程需要使用臨界資源時(shí)，通過(guò)獲得臨界區(qū)的使用權(quán)實(shí)現(xiàn)。首先在進(jìn)入?yún)^(qū)判斷是否可以進(jìn)入臨界區(qū)，如果可以，則必須設(shè)置臨界區(qū)使用標(biāo)志，阻止其他后來(lái)的進(jìn)程 進(jìn)入臨界區(qū)。后來(lái)的進(jìn)程通過(guò)查看臨界區(qū)的使用標(biāo)志，

31、知道自己不能進(jìn)入臨界區(qū)，就進(jìn)入阻塞隊(duì)列，將 自己阻塞。當(dāng)臨界區(qū)內(nèi)的進(jìn)程使用完畢，退出臨界區(qū)時(shí)，即在退出區(qū)修改臨界區(qū)使用標(biāo)志，并負(fù)責(zé)喚醒阻塞隊(duì)列中 的一個(gè)進(jìn)程，讓其進(jìn)入臨界區(qū)。臨界區(qū)的使用原則（調(diào)度原則）當(dāng)無(wú)進(jìn)程訪問(wèn)臨界區(qū)時(shí)，允許一個(gè)進(jìn)程立即訪問(wèn)其臨界區(qū)。（空閑讓鑿當(dāng)某一進(jìn)程已訪問(wèn)了它的臨界區(qū)時(shí)，其他試圖訪問(wèn)臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待。（忙則等待J當(dāng)某一進(jìn)程離開臨界區(qū)時(shí)，若有等待訪問(wèn)臨界區(qū)的進(jìn)程，則允許其中的一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)訪問(wèn)。（空 _ 閑讓進(jìn)）進(jìn)程只能在臨界區(qū)內(nèi)等待有限時(shí)間，不能使其他進(jìn)程在臨界區(qū)外無(wú)限等待。（有限等待J進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程不能在臨界區(qū)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間阻塞等待某事件，必須在一定期限內(nèi)退出臨界

32、區(qū)。（讓權(quán)等待）3.4.2 進(jìn)程互斥？巡現(xiàn)方法軟件方法硬件方法信號(hào)量方法管程方法消息傳遞方法軟件的方法是指由進(jìn)程自己，通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)的程序指令，實(shí)現(xiàn)與別的進(jìn)程的同步與互斥，無(wú)需專門的程 序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或者操作系統(tǒng)的支持實(shí)踐證明，該方法很那正確控制進(jìn)程間的同步與互斥，而且可能會(huì)大大地增加系統(tǒng)的額外開銷。為了解決軟件方法的不足，有人提出了硬件解決方法，通過(guò)屏蔽中斷或采用專門的機(jī)器指令控制同步與減少了系統(tǒng)額外開銷硬件約束條件太強(qiáng)，可能導(dǎo)致進(jìn)程饑餓與死鎖現(xiàn)象一直沒(méi)能成為通用的解決方法。1.1.2 進(jìn)程互斥-有如千軍萬(wàn)馬過(guò)獨(dú)木橋。資源只能互斥地使用，而不能同步使用。利用加鎖實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥當(dāng)某個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)后，

33、為了阻止其他進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)，它將鎖上臨界區(qū)，直到退出臨界區(qū)為止。并發(fā)進(jìn)程在申請(qǐng)進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，首先測(cè)試該臨界區(qū)是否是上鎖，若是，則該進(jìn)程要等到臨界區(qū)開鎖之后才能進(jìn)入臨界區(qū)。缺點(diǎn)：系統(tǒng)開銷大、不公平。前情回顧進(jìn)程控制塊（PCB）操作系統(tǒng)內(nèi)核原語(yǔ)操作臨界資源與臨界區(qū)進(jìn)程互斥實(shí)現(xiàn)方法互斥的加鎖實(shí)現(xiàn)信號(hào)量和P、V操作紅綠燈阻塞，死鎖紅燈？a?阻塞等待綠燈？a?進(jìn)入臨界區(qū)基本原理兩個(gè)或者多個(gè)進(jìn)程可以通過(guò)傳遞信號(hào)進(jìn)行合作，可以迫使進(jìn)程在某個(gè)位置暫時(shí)停止執(zhí)行(阻塞等待)，直到它收到一個(gè)可以？。向前推進(jìn)社的信號(hào)(被喚醒)實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈作用的變量稱為信號(hào)量，常被定義為記錄型變量s,其中一個(gè)域?yàn)檎?，另一個(gè)域?yàn)殛?duì)列，其

34、元素為等待該信號(hào)量的阻塞進(jìn)程。利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥信號(hào)量：表示資源的物理實(shí)體，是一個(gè)與隊(duì)列有關(guān)的整數(shù)變量，os系統(tǒng)利用它的狀態(tài)對(duì)進(jìn)程和資源進(jìn)行管理。原語(yǔ)操作：P操作和V操作wait (s)signal (s)公用信號(hào)量：聯(lián)系著一組并行進(jìn)程，初始值為1,每個(gè)進(jìn)程都可以對(duì)它進(jìn)行 P和V操作，通常它為實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的互斥而設(shè)置。(互斥信號(hào)量)私用信號(hào)量：聯(lián)系著一組共行進(jìn)程，初始值為0或者某個(gè)整數(shù)，僅允許擁有它的進(jìn)程對(duì)他進(jìn)行P和V操作,通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步。(資源信號(hào)量)Procedure P(S)BeginLock out interrupts; 關(guān)中斷S:=S-1;信號(hào)量的值減1If S<0

35、then begin 如果S<0,說(shuō)明已經(jīng)沒(méi)有此類資源Status(q):=block;q的申請(qǐng)得不到滿足，將其阻賽Insert(Q,q);將q插入到該資源的等待隊(duì)列中endUnlock interrupts;開中斷End;P原語(yǔ)-P (S)-申請(qǐng)一個(gè)單位的資源，執(zhí)行一次 P操作，信號(hào)量的值就減1Procedure V(S)BeginLock out interrupts;關(guān)中斷S:=S+1;If S<=0 then begin如果S<=0,說(shuō)明有等待該資源的進(jìn)程Remove(Q,r);則將進(jìn)程r從等待隊(duì)列中移出Status(r):=ready;并將其狀態(tài)改為就緒Insert

36、(RL,r);插入到就緒隊(duì)列信號(hào)量的值加1end;Unlock interrupts;開中斷End;V 原語(yǔ) -V ( S) -釋放一個(gè)單位的資源，執(zhí)行一次V 操作，信號(hào)量的值就加1進(jìn)程互斥進(jìn)入臨界區(qū)信號(hào)量的特征信號(hào)量的特征信號(hào)量的值=信號(hào)量的初始值-P操作的次數(shù)+V操作的次數(shù)執(zhí) 行 V 操作表示釋放一個(gè)單位的資源。若 S<=0， 表示信號(hào)量請(qǐng)求隊(duì)列中仍有請(qǐng)求該資源而被阻賽的進(jìn)程，因此應(yīng)將該隊(duì)列的第一個(gè)進(jìn)程喚醒，使之狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒。操作系統(tǒng)內(nèi)核以系統(tǒng)調(diào)用形式提供P、V原語(yǔ)，應(yīng)用程序通過(guò)該系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥。工 程實(shí)踐證明。利用信號(hào)量方法實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥是高效的，一直被廣泛采用。利用信號(hào)量實(shí)

37、現(xiàn)進(jìn)程互斥利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥首先寫出能實(shí)現(xiàn)文件共享的程序：寫進(jìn)程首先寫出能實(shí)現(xiàn)文件共享的程序：讀進(jìn)程一個(gè)問(wèn)題？多 個(gè)讀者并發(fā)問(wèn)題假 設(shè)三個(gè)讀者進(jìn)程并發(fā)每 執(zhí)行一句一個(gè)中斷rc>1 P(S) x多 個(gè)讀者共享的計(jì)數(shù)器rc互 斥使用！前情回顧信號(hào)量？aa表示資源的實(shí)體，變量公用信號(hào)量、私用信號(hào)量互斥信號(hào)量、資源信號(hào)量P( s)、V ( s)信 號(hào)量的特征讀 者寫者問(wèn)題進(jìn)程互斥進(jìn)入臨界區(qū)1.1.3 進(jìn)程的同步-不同進(jìn)程之間的協(xié)作過(guò)程進(jìn) 程同步的規(guī)則：計(jì) 算進(jìn)程計(jì)算出數(shù)據(jù)后，打印進(jìn)程才能執(zhí)行打 印進(jìn)程取走數(shù)據(jù)后，計(jì)算進(jìn)程才能執(zhí)行單緩沖區(qū)兩 個(gè)私有信號(hào)量：Sc：是否有可供打印的結(jié)果Sp：緩沖區(qū)

38、的計(jì)算結(jié)果是否取走初 始值： Sc： =0； Sp： =0同 步和互斥計(jì) 算進(jìn)程：結(jié)果輸入緩沖區(qū)計(jì) 算進(jìn)程：?jiǎn)拘汛蛴∵M(jìn)程計(jì) 算進(jìn)程：數(shù)據(jù)未取走，阻塞自己打 印進(jìn)程：申請(qǐng)數(shù)據(jù)打 印進(jìn)程：打印，喚醒計(jì)算進(jìn)程Begin semaphore Sc,Sp;Sc:=0;Sp:=0;CobeginCP:beginLA:computer next number;Add to buffer;V(Sc);P(Sp);Goto LAend生產(chǎn)者和消費(fèi)者問(wèn)題多 緩沖區(qū)同 步規(guī)則：生 產(chǎn)者企圖將一個(gè)消息放入一個(gè)已經(jīng)滿的緩沖區(qū)時(shí)要等消費(fèi)者取走一個(gè)消息消 費(fèi)者企圖從空的緩沖區(qū)取走消息時(shí)，要等生產(chǎn)者放入一個(gè)消息之后互 斥：緩

39、沖區(qū)生產(chǎn)者和消費(fèi)者問(wèn)題多 緩沖區(qū)生產(chǎn)者進(jìn)程：有空輸入，滿時(shí)等待 empty消費(fèi)者進(jìn)程：有數(shù)消費(fèi)，空時(shí)等待 fullfull ：消息數(shù)量empty：空緩沖區(qū)數(shù)量初 始值： empty ： =n； full ： =0對(duì) 緩沖區(qū)的互斥使用：mutex:=1?aai斥信號(hào)量生產(chǎn)者和消費(fèi)者問(wèn)題生 產(chǎn)者進(jìn)程：先 看緩沖區(qū)是否有空， P(empty)如 果有空，申請(qǐng)互斥使用緩沖區(qū)P(mutex)如 果獲得緩沖區(qū)使用權(quán)，將數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)釋 放緩沖區(qū)使用權(quán)， V(mutex)發(fā) 送消息，有新的數(shù)據(jù)輸入， V(full)生產(chǎn)者和消費(fèi)者問(wèn)題消 費(fèi)者進(jìn)程：先 看緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)， P(full)如 果有數(shù)據(jù)，申請(qǐng)互斥

40、使用緩沖區(qū)P(mutex)如 果獲得緩沖區(qū)使用權(quán)，將數(shù)據(jù)消費(fèi)釋 放緩沖區(qū)使用權(quán)， V(mutex)有 新的空間， V(empty)begin semaphore mutex,empty,full;mutext:=1;empty:=n;full:=0;Cobeginproducer:beginL1:produce next message;P(empty);P(mutext);add to buffer;V(mutex);V(full);goto L1;end利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步分析：?司機(jī)和售票員要互通消息：是否啟動(dòng)車輛？能否開車門？分別用 S1, S2表示。假設(shè)初始狀態(tài)車停在始發(fā) 站，車門

41、關(guān)著，則S1=0,S2=1,售票員工作流程的起點(diǎn)是開車門。3.5 進(jìn)程通信進(jìn)程通信？aa互斥與同步信 號(hào)通信和信件通信低級(jí)通信原語(yǔ)：開鎖、關(guān)鎖、 P、V操作原語(yǔ)高 級(jí)通信原語(yǔ)：較高的傳輸效率傳輸大批量的信息消息緩沖和信箱實(shí)例幼 兒園小朋友喂飯喂 飯方法設(shè)計(jì)的目標(biāo)？原則？調(diào)度？?a在一個(gè)隊(duì)列中，按照某種方法或者算法，選擇一個(gè)適合的個(gè)體的過(guò)程。關(guān)鍵？?算法如 何設(shè)計(jì)一個(gè)好的算法？調(diào)度目標(biāo)公 平性處 理機(jī)利用率提 高系統(tǒng)吞吐量盡 量減少響應(yīng)時(shí)間3.6 進(jìn)程調(diào)度為什么引進(jìn)進(jìn)程調(diào)度？3.6.2引起進(jìn)程調(diào)度的原因3.6.2引起進(jìn)程調(diào)度的原因? 在分時(shí)系統(tǒng)中，分配給該進(jìn)程運(yùn)行的時(shí)間片已經(jīng)用完? 在執(zhí)行完系統(tǒng)

42、調(diào)用，當(dāng)系統(tǒng)程序返回用戶進(jìn)程時(shí)，可認(rèn)為系統(tǒng)進(jìn)程執(zhí)行完畢，從而可以調(diào)度選擇一個(gè)新的用戶進(jìn)程執(zhí)行? 在可剝奪方式下，就緒隊(duì)列中的某進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)變得高于當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)時(shí)會(huì)引起進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度的方式長(zhǎng)程調(diào)度？?3作業(yè)調(diào)度短程調(diào)度？進(jìn)程調(diào)度3.6.3 進(jìn)程調(diào)度算法先 來(lái)先服務(wù)（ FCFS）按照作業(yè)來(lái)到的先后順序排隊(duì)，每次調(diào)度隊(duì)首的作業(yè)（進(jìn)程） 。非搶占（剝奪） ，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，看似公平對(duì)于后進(jìn)入隊(duì)列，運(yùn)行時(shí)間較短的作業(yè)或I/O型的作業(yè)要長(zhǎng)時(shí)間等待。先 來(lái)先服務(wù)（ FCFS）對(duì)短作業(yè)不公平。如果長(zhǎng)作業(yè)排在隊(duì)首，那么后邊的短作業(yè)就會(huì)等待很長(zhǎng)時(shí)間，增加了平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。不利于I/O型作業(yè)混合使用，例如加入優(yōu)先

43、級(jí)3.6.3 進(jìn)程調(diào)度算法短 作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先通過(guò)計(jì)算判斷就緒隊(duì)列中哪個(gè)作業(yè)的預(yù)期執(zhí)行時(shí)間最短，就調(diào)度誰(shuí)。非搶占（剝奪）短 作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先與FCFS算法相比，改善的系統(tǒng)性能，降低了平均等待時(shí)間，提高了系統(tǒng)的吞吐量。也可能讓長(zhǎng)作業(yè)長(zhǎng)時(shí)間等待如何預(yù)測(cè)執(zhí)行時(shí)間？最高優(yōu)先級(jí)優(yōu)先（HPF ）調(diào)度算法? 優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法（priority-scheduling algorithm ）是指每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)與其相關(guān)聯(lián)，具有最高優(yōu)先級(jí)的就緒進(jìn)程會(huì)被分派到CPU。具有相同優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程按FCFS順序調(diào)度。作 業(yè)調(diào)度、進(jìn)程調(diào)度搶 占式和非搶占式優(yōu)先級(jí)的確定？?考慮因素進(jìn) 程的類型（性質(zhì)）系統(tǒng)進(jìn)程、用戶進(jìn)程I/O

44、繁忙CPU繁忙：充分利用資源交互性批量性：響應(yīng)時(shí)間進(jìn) 程要求的資源短作業(yè)優(yōu)先外 部?jī)?yōu)先級(jí)和作業(yè)到達(dá)時(shí)間進(jìn) 程完成功能的重要性和急迫性優(yōu)先級(jí)的確定？?訪法靜 態(tài)優(yōu)先級(jí)進(jìn)程創(chuàng)建初給他一個(gè)優(yōu)先級(jí)，不再改變。調(diào)度方法簡(jiǎn)單，但是隨著進(jìn)程的推進(jìn)，原來(lái)確定優(yōu)先級(jí)的特性可能在改變。那么為了改善調(diào)度性能？?動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)典型的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)變化方式為：優(yōu)先級(jí)隨著進(jìn)程運(yùn)行的剩余時(shí)間的減少而上升，使將要執(zhí)行結(jié)束的進(jìn)程盡快完成；或者隨著進(jìn)程排隊(duì)等待時(shí)間的增長(zhǎng)而上升，使等待時(shí)間越長(zhǎng)的進(jìn)程優(yōu)先得到調(diào)度，不至于長(zhǎng)時(shí)間饑 餓。具體實(shí)現(xiàn)方法，在每個(gè)時(shí)鐘中斷時(shí)，或者需要進(jìn)程切換時(shí)，重新計(jì)算隊(duì)列中各進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，并優(yōu)先調(diào) 度優(yōu)先

45、級(jí)高的進(jìn)程。剩余時(shí)間最短者優(yōu)先，響應(yīng)比高者優(yōu)先3.6.3進(jìn)程調(diào)度算法響應(yīng)比高者優(yōu)先作業(yè)（進(jìn)程）的響應(yīng)時(shí)間=作業(yè)（進(jìn)程）等待時(shí)間+運(yùn)行時(shí)間作業(yè)（進(jìn)程）的響應(yīng)比=作業(yè)的響應(yīng)時(shí)間/運(yùn)行時(shí)間既考慮了等待時(shí)間，又考慮了運(yùn)行時(shí)間非搶占（剝奪）作業(yè)雖然長(zhǎng)，但是隨著等待時(shí)間的增加，其響應(yīng)比增加運(yùn)行時(shí)間越短，響應(yīng)比越高很難預(yù)估作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間增加了系統(tǒng)開銷前情回顧進(jìn)程同步進(jìn)程調(diào)度調(diào)度目標(biāo)調(diào)度的原因調(diào)度的方式：搶占式和非搶占式調(diào)度算法：FCFS、短進(jìn)程優(yōu)先、最高優(yōu)先級(jí)優(yōu)先（動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)，響應(yīng)比高者優(yōu)先）輪轉(zhuǎn)法實(shí)例：/輸出操在一個(gè)分時(shí)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)中，同時(shí)有 n個(gè)人通過(guò)各自的終端共享一臺(tái)主機(jī)（服務(wù)器）。終端完成輸入作，主機(jī)負(fù)

46、責(zé)處理從終端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求，為之建立進(jìn)程并協(xié)調(diào)各進(jìn)程的運(yùn)行、調(diào)度各個(gè)進(jìn)程等，并盡量滿 足每個(gè)終端用戶對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求。在分時(shí)系統(tǒng)中，n個(gè)進(jìn)程循環(huán)地獲得時(shí)間片而執(zhí)行。從系統(tǒng)中來(lái)看他們是交替執(zhí)行的，但每個(gè)終端用戶而言，都感覺(jué)是在獨(dú)占主機(jī)，不受其他用戶的影響，這是通過(guò)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)的。如果用戶數(shù)太多，進(jìn)程急劇增加，進(jìn)程的響應(yīng)時(shí)間也可能增長(zhǎng)，用戶將明顯感覺(jué)到主機(jī)的速度慢而不滿后、O時(shí)間片的大小也會(huì)影響到進(jìn)程的響應(yīng)時(shí)間。1、簡(jiǎn)單輪轉(zhuǎn)法調(diào)度程序每次把CPU分配給就緒隊(duì)列首進(jìn)程使用一個(gè)時(shí)間片，例如100ms,就緒隊(duì)列中的每個(gè)進(jìn)程輪流地運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。當(dāng)這個(gè)時(shí)間片結(jié)束時(shí)，強(qiáng)迫一個(gè)進(jìn)程讓出處理器，讓它排列到就緒隊(duì)

47、列的尾部，等 候下一輪調(diào)度。搶占式（剝奪式）循環(huán)得為每個(gè)進(jìn)程分配時(shí)間片，對(duì)每個(gè)進(jìn)程都是公平的。對(duì)于短進(jìn)程和大量I/O操作的進(jìn)程不利交互？a?對(duì)于時(shí)間要求緊迫的進(jìn)程不能及時(shí)處理時(shí)間片？?可變優(yōu)先級(jí)？汆侈隊(duì)列2、可變時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法時(shí)間片設(shè)置響應(yīng)時(shí)間就緒隊(duì)列中進(jìn)程數(shù)目（最大用戶數(shù)）進(jìn)程轉(zhuǎn)換時(shí)間系統(tǒng)效率等2、可變時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法時(shí)間片進(jìn)程數(shù)響應(yīng)時(shí)間3、多隊(duì)列輪轉(zhuǎn)法建立多個(gè)就緒隊(duì)列每個(gè)隊(duì)列有不同的優(yōu)先級(jí)每個(gè)隊(duì)列又分別采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法調(diào)度調(diào)度算法小結(jié)先來(lái)先服務(wù)短進(jìn)程（作業(yè)）優(yōu)先最高優(yōu)先級(jí)優(yōu)先剩余時(shí)間最短者優(yōu)先響應(yīng)比高者優(yōu)先輪轉(zhuǎn)調(diào)度法簡(jiǎn)單輪轉(zhuǎn)法可變時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法多隊(duì)列輪轉(zhuǎn)法如何選擇進(jìn)程調(diào)度算法跟系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)有關(guān)交

48、互式多任務(wù)系統(tǒng)，主要考慮聯(lián)機(jī)用戶對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求,一般采用基于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，同時(shí)根據(jù)進(jìn)程性質(zhì)設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)批處理系統(tǒng)往往以作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間來(lái)衡量調(diào)度性能,常選用基于優(yōu)先級(jí)的短進(jìn)程（作業(yè)）優(yōu)先調(diào)度 算法。3.7 死鎖銀行家算法假設(shè)某銀行擬將一定數(shù)量的資金供給一定數(shù)量的顧客共享使用。規(guī)定：每個(gè)顧客必須預(yù)先申請(qǐng)對(duì)資金的最大需求量，但不得超過(guò)銀行共享資金的總和；每個(gè)顧客的借款方式是以，一個(gè)資金單位？墳;單位銀行對(duì)顧客提出的每次交易，將根據(jù)當(dāng)時(shí)的資金數(shù)量，依照一定的原則，或立即成交或推遲成交，但必須保證客戶等待的時(shí)間是有限的，每個(gè)顧客的借款總額不得超過(guò)其最大申請(qǐng)量當(dāng)且僅當(dāng)每個(gè)顧客的借款總額達(dá)到

49、最大申請(qǐng)量后，才能且必須在有限時(shí)間內(nèi)歸還其全部借款假設(shè)銀行有10個(gè)資金單位，有甲、乙、丙三個(gè)顧客與銀行進(jìn)行交易，三個(gè)顧客的最大申請(qǐng)額分別為8、3、9個(gè)資金單位。死鎖并發(fā)控制中出現(xiàn)的問(wèn)題多個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)資源進(jìn)程的并發(fā)控制不僅要控制若干進(jìn)程的同步與互斥，確保進(jìn)程之間的正常通信，還需要解決進(jìn)程死鎖的 問(wèn)題。一旦出現(xiàn)進(jìn)程死鎖，相應(yīng)的進(jìn)程將無(wú)法向前推進(jìn)。如果系統(tǒng)內(nèi)的絕大多數(shù)進(jìn)程或全部進(jìn)程死鎖，那么， 整個(gè)系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)，造成系統(tǒng)的？。死機(jī)？±。交通中的死鎖現(xiàn)象進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)引起死鎖改進(jìn)（推進(jìn)順序）死鎖定義?當(dāng)某進(jìn)程提出資源申請(qǐng)后，使得若干進(jìn)程在無(wú)外力作用下，永遠(yuǎn)不能再繼續(xù)前進(jìn)，稱這種情況為系統(tǒng)發(fā)

50、 生了死鎖或僵局。?競(jìng)爭(zhēng)資源?推進(jìn)順序不當(dāng)?相互通信而永久阻塞? Eg ：兩個(gè)進(jìn)程都在等待著對(duì)方占有的而不不能為自己使用的資源，這時(shí)就發(fā)生了死鎖。若 系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖，必須有相應(yīng)的措施進(jìn)行解除。當(dāng) 然，如果能提前預(yù)防和避免死鎖的出現(xiàn)，將能夠提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。引起死鎖的原因主 要原因，競(jìng)爭(zhēng)資源。而進(jìn)程對(duì)資源的總需求量超過(guò)系統(tǒng)能提供的最大資源量。永 久性資源（可重用資源）消 耗型資源永 久性資源，某一時(shí)刻僅允許一個(gè)進(jìn)程使用、不能被進(jìn)程消耗的、釋放以后還可以被其他進(jìn)程使用的資源。處 理機(jī)、 I/O 通道和設(shè)備、存儲(chǔ)器、文件、數(shù)據(jù)庫(kù)、信號(hào)量之類的競(jìng) 爭(zhēng)永久性資源可能引起死鎖消 耗性資源，可以創(chuàng)造（生產(chǎn)）

51、和撤銷（消耗）的資源，其數(shù)量不限。中斷、信號(hào)、消息、 Buffer 中的數(shù)據(jù)進(jìn) 程競(jìng)爭(zhēng)消耗性資源也可能產(chǎn)生死鎖。程 序設(shè)計(jì)引起死 鎖：預(yù)防或者解除什 么情況造成出現(xiàn)死鎖死 鎖產(chǎn)生的條件產(chǎn)生死鎖的條件互 斥：競(jìng)爭(zhēng)的資源一次只能被一個(gè)進(jìn)程使用請(qǐng) 求和保持：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程占有一些資源，同時(shí)又申請(qǐng)新的資源。如果新資源申請(qǐng)失敗，進(jìn)程將占有資源且阻塞等待。非 剝奪：進(jìn)程已經(jīng)占有的資源不能被其他進(jìn)程強(qiáng)行剝奪。循 環(huán)等待：在系統(tǒng)中存在一個(gè)由若干進(jìn)程形成的循環(huán)請(qǐng)求鏈，其中的每一個(gè)進(jìn)程均占有一些資源，同時(shí)又申請(qǐng)環(huán)形請(qǐng)求鏈中下一個(gè)進(jìn)程所占有的資源。四 個(gè)條件- 必要條件第 四個(gè)條件實(shí)際上是前三個(gè)條件的可能導(dǎo)致的結(jié)果，即

52、只有存在互斥、請(qǐng)求和保持、非剝奪條件，就可能出現(xiàn)循環(huán)等待。只 要系統(tǒng)出現(xiàn)循環(huán)等待，一定出現(xiàn)死鎖。解決死鎖的方法按 照解決死鎖的時(shí)機(jī)：預(yù) 防死鎖死 鎖檢測(cè)（避免死鎖）死 鎖恢復(fù)（死鎖檢測(cè)與恢復(fù)）解決死鎖的方法預(yù) 防死鎖：進(jìn)程申請(qǐng)資源時(shí)必須遵守某些預(yù)先制定的限制條件，以破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件中的一個(gè)或幾個(gè)，防止死鎖發(fā)生。該 方法嚴(yán)格限制了系統(tǒng)資源的分配和使用，會(huì)降低系統(tǒng)資源的利用率。避 免死鎖：當(dāng)進(jìn)程申請(qǐng)資源時(shí)，需要首先判斷（預(yù)測(cè)），如果滿足這次資源的請(qǐng)求可能導(dǎo)致死鎖，拒絕請(qǐng)求，阻塞進(jìn)程，直到其所需的資源可分配為止。類 似于下棋該 方法并不嚴(yán)格限制產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件，以提高系統(tǒng)資源利用率。

53、安全狀態(tài)和不安全狀態(tài)指系統(tǒng)能按某種進(jìn)程順序，如 <P1, P2?Pn>,分別為這n個(gè)進(jìn)程分配其所需的資源，直至最大需求，使 每個(gè)進(jìn)程都能順利完成。<P1, P2QPn>就稱為安全序列如果系統(tǒng)中不存在這樣的安全序列，則稱系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)，可能出現(xiàn)死鎖。若 系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，且按照某個(gè)安全序列分配資源，可以保證系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)死鎖。并 非所有不安全狀態(tài)都會(huì)出現(xiàn)死鎖。不 安全狀態(tài)可能進(jìn)入死鎖狀態(tài)避 免死鎖。避免系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)。銀行家算法T0時(shí)刻系統(tǒng)是安全的，存在一個(gè)安全序列。檢 測(cè)并解除死鎖：進(jìn)程申請(qǐng)資源不進(jìn)行限制，定時(shí)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了就解除死鎖。實(shí) 踐證明，該方法可進(jìn)一步提高資源利用率。解 除死鎖資源剝奪撤銷進(jìn)程銀行家算法假設(shè)某銀行擬將一定數(shù)量的資金供給一定數(shù)量的顧客共享使用。規(guī)定：每 個(gè)顧客必須預(yù)先 申請(qǐng)對(duì)資金的最大需求量，但不得超過(guò)銀行共享資金的總和；每個(gè)顧客的借款方式是以?° 一個(gè)資金單位?±為單位銀 行對(duì)顧客提出的每次交易，將根據(jù)當(dāng)時(shí)的資金數(shù)量，依照一定的原則，或立即成交或推遲成交，但必須保證客戶等待的時(shí)間是有限的，每個(gè)顧客的借款總額不得超過(guò)其最大申請(qǐng)量當(dāng) 且僅