自考《操作系統(tǒng)概論》串講筆記(共29頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自考操作系統(tǒng)概論串講筆記第1章引論考情分析本章主要內(nèi)容:1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念2.操作系統(tǒng)的定義、作用和功能3.操作系統(tǒng)的分類4.管態(tài)、目態(tài)、特權(quán)指令、訪管指令的概念5.操作系統(tǒng)與用戶的兩個接口重點(diǎn):1.操作系統(tǒng)的功能、分類2.處理器的工作狀態(tài)3.程序狀態(tài)字4.系統(tǒng)功能調(diào)用本章考試分值約為810分,出題形式多以單選題、多選題、填空題為主。 知識網(wǎng)絡(luò)圖 串講內(nèi)容一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件兩大部分。2. (1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最內(nèi)層是硬件。(2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最外層是使用計(jì)算機(jī)的人。人與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口界面是計(jì)算機(jī)軟件。(3計(jì)算機(jī)軟件可以分為系統(tǒng)軟件、

2、支撐軟件以及應(yīng)用軟件三類。二、操作系統(tǒng)1.操作系統(tǒng)的定義:操作系統(tǒng)(OS是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的一種系統(tǒng)軟件、2.操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用有如下幾個方面:(1操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源;(2操作系統(tǒng)為用戶提供方便的使用接口;(3操作系統(tǒng)具有擴(kuò)充硬件的功能。3.(重點(diǎn)從資源管理的觀點(diǎn)看,操作系統(tǒng)的功能可分為:處理器管理、存儲管理、文件管理和設(shè)備管理。三、操作系統(tǒng)的形成與基本類型(重點(diǎn)1.批處理操作系統(tǒng):(1“單道批處理系統(tǒng)”:每次只允許一個作業(yè)執(zhí)行。一批作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)交給系統(tǒng)后,系統(tǒng)順序控制作業(yè)的執(zhí)行,當(dāng)一個作業(yè)執(zhí)行結(jié)束后自動轉(zhuǎn)入下一個作業(yè)的

3、執(zhí)行。(2“多道批處理系統(tǒng)”:允許若干個作業(yè)同時(shí)裝入主存儲器,使一個中央處理器輪流地執(zhí)行各個作業(yè),各個作業(yè)可以同時(shí)使用各自所需的外圍設(shè)備。(3多道批處理系統(tǒng)提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源使用率,但作業(yè)執(zhí)行時(shí)用戶不能直接干預(yù)作業(yè)的執(zhí)行。但作業(yè)執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)出錯,由操作系統(tǒng)通知用戶重新修改后再次裝入執(zhí)行。2.分時(shí)操作系統(tǒng)(簡稱分時(shí)系統(tǒng)(1分時(shí)操作系統(tǒng)是多個用戶通過終端機(jī)器同時(shí)使用一臺主機(jī),這些終端機(jī)器鏈接在主機(jī)上,用戶可以同時(shí)與主機(jī)進(jìn)行交互操作而不干擾。它以時(shí)間片為單位輪流使用計(jì)算機(jī)中某一資源的系統(tǒng)。(2分時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn):同時(shí)性、獨(dú)立性、及時(shí)性、交互性。3.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收到外部信號后及時(shí)

4、進(jìn)行處理,并且要在嚴(yán)格的時(shí)限內(nèi)處理完接收的事件并且給出反饋信號的系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。(2實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn):快速響應(yīng),及時(shí)處理;高可靠性和安全性。(3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的及時(shí)性更強(qiáng)。4.(補(bǔ)充:什么是前臺作業(yè)和后臺作業(yè)?答:在批處理兼分時(shí)的系統(tǒng)中,由分時(shí)系統(tǒng)控制的作業(yè)稱為前臺作業(yè);由批處理系統(tǒng)控制點(diǎn)作業(yè)稱為后臺作業(yè)。四、操作系統(tǒng)的發(fā)展1. (了解微機(jī)操作系統(tǒng)微機(jī)操作系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)文件管理、輸入/輸出控制和命令的解釋。系統(tǒng)每次只允許一個用戶使用計(jì)算機(jī),稱為“單用戶操作系統(tǒng)”。如CP/M,MS-DOS等。操作系統(tǒng)提供給用戶的接口是“命令語言”,用戶通過鍵盤或鼠標(biāo)輸入命令請求操作系統(tǒng)服務(wù)。 2.網(wǎng)

5、絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS把為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置的操作系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)各臺計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信以及網(wǎng)絡(luò)中各種資源共享。3.分布式操作系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由多臺計(jì)算機(jī)組成的一種特殊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。分布式操作系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器模式(C/S。分布式操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn):統(tǒng)一性、透明性。4.(補(bǔ)充:網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)的異同:答:相同點(diǎn):(1都是安裝在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的操作系統(tǒng);(2都能實(shí)現(xiàn)資源共享和通信。不同點(diǎn):(1是否有主次之分。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有,但分布式操作系統(tǒng)沒有。(2是否共同完成一項(xiàng)任務(wù)。分布式操作系統(tǒng)是,但網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)不是。5.嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是指運(yùn)行在

6、嵌入式(計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中對各種部件、裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、處理和控制的系統(tǒng)軟件。嵌入式操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn):微型化和實(shí)時(shí)性。 6.當(dāng)前流行的操作系統(tǒng)簡介(1Windows:多用戶、多任務(wù)、圖形化、窗口式的操作系統(tǒng)。(2UNIX:多用戶、多任務(wù)、分時(shí)操作系統(tǒng)。UNIX的主要特點(diǎn):短小精悍;具有可裝卸的多層次文件系統(tǒng);可移植性好;網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng)。UNIX是目前唯一可以安裝和運(yùn)行在從微機(jī)、工作站、大型機(jī)到巨型機(jī)上的操作系統(tǒng)。(3Linux:多用戶、多任務(wù)、通用操作系統(tǒng)。Linux的特點(diǎn):支持TCP/IP網(wǎng)五、處理器的工作狀態(tài)(重點(diǎn)1.特權(quán)指令(1把CPU執(zhí)行的指令分成兩類:特權(quán)指令和非特權(quán)指令。(2把不

7、允許用戶程序中直接使用的指令稱為特權(quán)指令,其余的為非特權(quán)指令。例如,I/O指令、設(shè)置時(shí)鐘、設(shè)置控制寄存器、停機(jī)指令、設(shè)置中斷屏蔽、傳送PSW的指令等都是特權(quán)指令。(3I/O指令只允許在操作系統(tǒng)中使用,不允許在用戶程序中使用。若用戶程序直接使用這些指令,則可能引起沖突或由于某些意外而造成錯誤。2.管態(tài)和目態(tài)為避免用戶程序中錯誤地使用特權(quán)指令,計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)中的中央處理器具有兩種工作狀態(tài):目態(tài)和管態(tài)。系統(tǒng)程序運(yùn)行的狀態(tài)為管態(tài)(包括特權(quán)指令。用戶程序運(yùn)行的狀態(tài)為目態(tài)。3.怎樣限制用戶程序使用特權(quán)指令?答:如果中央處理器在目態(tài)工作,卻取到了一條特權(quán)指令,此時(shí)中央處理器將拒絕執(zhí)行該指令,并形成一個“程序

8、中使用了非法指令”的信號。硬件的中斷裝置識別到該信號后,將暫停用戶程序的執(zhí)行,并轉(zhuǎn)交給操作系統(tǒng)去處理。操作系統(tǒng)通知用戶:“程序中有非法指令”,應(yīng)進(jìn)行修改。這樣可限制用戶使用特權(quán)指令。4.程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字(PSW是用來控制指令執(zhí)行順序并且保留和指示與程序有關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)。程序狀態(tài)字包含三部分內(nèi)容:(1程序基本狀態(tài)(指令地址、條件碼、目態(tài)/管態(tài)、等待/計(jì)算(2中斷碼(3中斷屏蔽位。六、操作系統(tǒng)與用戶的接口 1.操作系統(tǒng)提供了兩類接口:程序員接口和操作員接口。2.什么是訪管指令?常見的有哪些?答:訪管指令不是特權(quán)指令,既可在管態(tài)下執(zhí)行,又可在目態(tài)下執(zhí)行,主要功能是自愿進(jìn)管,引起訪管中斷。例如,IN

9、T,drop。3.(重點(diǎn)什么是“系統(tǒng)調(diào)用”?為什么要提供“系統(tǒng)調(diào)用”?答:操作系統(tǒng)編制了許多不同功能的子程序,供用戶程序執(zhí)行中調(diào)用。這些由操作系統(tǒng)提供的子程序稱為系統(tǒng)功能調(diào)用程序,簡稱系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)為用戶程序提供的一種服務(wù)界面,或者說,是操作系統(tǒng)保證程序設(shè)計(jì)語言能正常工作的一種支持。在源程序一級,用戶用程序設(shè)計(jì)語言描述算題任務(wù)的邏輯要求,例如讀文件、寫文件、請求主存資源等。這些要求的實(shí)現(xiàn)只有通過操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用才能完成,其中有些要求還必須執(zhí)行硬件的特權(quán)指令(如I/O指令才能達(dá)到目的。4.用戶程序執(zhí)行時(shí),若取了訪管指令,CPU將轉(zhuǎn)入了管態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用程序后,CPU回到了目態(tài)。5.

10、操作系統(tǒng)提供了讓聯(lián)機(jī)用戶表示作業(yè)執(zhí)行步驟的手段:操作控制命令、作業(yè)控制語言。程序的順序執(zhí)行多道程序設(shè)計(jì)進(jìn)程的概念程序的并行執(zhí)行多道程序設(shè)計(jì)進(jìn)程的定義提高資源的利用率為何要引入進(jìn)程正確描述程序的執(zhí)行情況進(jìn)程是動態(tài)的,它包含了數(shù)據(jù)和運(yùn)行在數(shù)據(jù)集上的程序進(jìn)程的定義多個進(jìn)程可以含有相同的程序多個進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行等待態(tài)處進(jìn)程控制快就緒態(tài)理進(jìn)程隊(duì)列器管理中斷和中斷處理中斷中斷類型中斷響應(yīng)中斷處理運(yùn)行態(tài)硬件故障中斷事件處理硬件程序中斷事件處理硬件外部中斷事件處理硬件輸入/輸出中斷事件處理硬件訪管中斷事件處理處理的兩級調(diào)度作業(yè)調(diào)度算法處理器調(diào)度進(jìn)程調(diào)度算法先來先服務(wù)調(diào)度算法最高優(yōu)先級調(diào)度算法時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法

11、先來先服務(wù)調(diào)度算法線程的概念最高優(yōu)先級調(diào)度算法時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法串講內(nèi)容一、多道程序設(shè)計(jì)(重點(diǎn)1.(了解程序的順序執(zhí)行和并行執(zhí)行一個計(jì)算機(jī)問題,往往要依一定的順序執(zhí)行,執(zhí)行的順序是由編制的程序確定的。例如,某個數(shù)據(jù)處理問題,程序的編制方法如圖2-1所示。輸入一批數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)打印處理結(jié)果圖2-1 程序的順序執(zhí)行這個程序執(zhí)行時(shí),不能使輸入機(jī)、處理器、打印機(jī)同時(shí)忙碌?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)具有處理器與外圍設(shè)備并行工作的能力,我們可以把上述計(jì)算問題的升序分成三個可獨(dú)立執(zhí)行的程序模塊:輸入程序、處理程序、打印程序。這樣,輸入機(jī)、處理機(jī)、打印機(jī)就可能經(jīng)常同時(shí)在忙碌,實(shí)現(xiàn)并行工作。程序的并行執(zhí)行,發(fā)揮了處理器與外圍設(shè)備

12、并行工作的能力,使處理器的效率有所提高。但是由于處理器的執(zhí)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外圍設(shè)備的傳輸速度。為了進(jìn)一步提高效率,可以考慮同時(shí)接收兩道以上的算題,這樣有可能當(dāng)一道算題在等待外圍設(shè)備傳輸?shù)耐瑫r(shí)讓另一道算題占用暫時(shí)空閑的處理器。2.(重點(diǎn)多道程序設(shè)計(jì)讓多個計(jì)算題同時(shí)進(jìn)入一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲器并行執(zhí)行,這種程序設(shè)計(jì)方法稱為多道程序設(shè)計(jì),這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為多道程序涉及系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ):通道技術(shù)和中斷系統(tǒng)。3.多道程序設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。答:優(yōu)點(diǎn):能充分發(fā)揮處理器的使用效率,增加單位時(shí)間內(nèi)的算題量。缺點(diǎn):(1系統(tǒng)的效率和道數(shù)不成正比;(2可能延長某些作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。二、進(jìn)程的概念(重點(diǎn)1.進(jìn)

13、程的定義程序的執(zhí)行必須依賴于一個實(shí)體數(shù)據(jù)集。把一個程序在一個數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行稱為一個進(jìn)程。程序是靜止的,進(jìn)程是動態(tài)的。2.進(jìn)程的組成進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)集合和進(jìn)程控制塊(PCB組成。3.為什么要引入進(jìn)程?答:(1提高資源的利用率;(2正確描述程序的執(zhí)行情況。4.(重點(diǎn)進(jìn)程和程序有什么區(qū)別?答:(1進(jìn)程是動態(tài)的,程序是靜態(tài)的;(2多個進(jìn)程可以有相同的程序;(3進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行,但程序不可以,程序只能并行執(zhí)行;(4進(jìn)程是有生命期的,而程序沒有生命期,可以做文檔資料,長期保存。5.進(jìn)程的屬性答:(1進(jìn)程是動態(tài)的,它包含了數(shù)據(jù)和運(yùn)行在數(shù)據(jù)集上的程序(2多個進(jìn)程可以含有相同的程序(3多個進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行(

14、4進(jìn)程有三種基本狀態(tài):等待態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)6. 進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換(重點(diǎn)運(yùn)行態(tài)等待某一事件等待態(tài)等待的事件發(fā)生中落就緒態(tài)(1運(yùn)行態(tài)等待態(tài)(2等待態(tài)就緒態(tài)(3運(yùn)行態(tài)就緒態(tài)(4就緒態(tài)運(yùn)行態(tài)進(jìn)程剛被創(chuàng)建是,它的初始狀態(tài)為“就緒態(tài)”。當(dāng)它能占用處理器時(shí)變成“運(yùn)行態(tài)”。 7.進(jìn)程的特性(1動態(tài)性(2并發(fā)性(3異步性。三、進(jìn)程控制塊1.進(jìn)程控制塊(PCB包含四類信息(1標(biāo)識信息(2說明信息(3現(xiàn)場信息(4管理信息。2.一個進(jìn)程在執(zhí)行過程中,為了請求某種服務(wù),可以再要求創(chuàng)建其它進(jìn)程。3.(重點(diǎn)原語操作系統(tǒng)中往往設(shè)計(jì)一些能完成特定功能且不可中斷的過程。這些不可中斷的過程稱為原語。用于控制進(jìn)程的原語有:創(chuàng)建原語、

15、撤銷原語、阻塞原語、喚醒原語。四、進(jìn)程隊(duì)列(了解1.進(jìn)程的基本隊(duì)列等待隊(duì)列和就緒隊(duì)列。2.入隊(duì)、出隊(duì)及隊(duì)列管理的定義一個進(jìn)程從所在的隊(duì)列中退出稱為出隊(duì)。一個進(jìn)程排入到一個指定的隊(duì)列中稱為入隊(duì)。系統(tǒng)中負(fù)責(zé)進(jìn)程入隊(duì)和出隊(duì)的工作稱為隊(duì)列管理。五、中斷和中斷處理1.中斷、中斷源及中斷處理程序的定義由于某些事件的出現(xiàn),中止現(xiàn)行進(jìn)程的運(yùn)行,而由操作系統(tǒng)去處理出現(xiàn)的事件,待適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讓被中止的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行,這個過程稱為中斷。引起中斷的事件稱為中斷源。對出現(xiàn)的事件進(jìn)行處理的程序稱為中斷處理程序。2.中斷類型(1硬件故障中斷(2程序中斷(3外部中斷(4輸入/輸出中斷(5訪管中斷。前四類中斷是由于外界的原因迫使正

16、在運(yùn)行的進(jìn)程被打斷,因此稱為強(qiáng)迫性中斷,第五類中斷是正在運(yùn)行的進(jìn)程所期待的,它表示正在運(yùn)行的進(jìn)程對操作系統(tǒng)有某種需求,故稱為自愿性中斷。3.中斷響應(yīng)的定義通常在處理器執(zhí)行完一條指令后,硬件的中斷裝置立即檢查有無強(qiáng)迫性中斷事件發(fā)生。無論發(fā)生那類中斷事件,都由于硬件的中斷裝置暫停現(xiàn)行進(jìn)程的運(yùn)行,而讓操作系統(tǒng)的中斷處理程序占用處理器。這一過程稱為中斷響應(yīng)。4.程序狀態(tài)字寄存器的定義在單處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,整個系統(tǒng)設(shè)置一個用來存放當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的PSW的寄存器,該寄存器稱為程序狀態(tài)字寄存器。5.硬件發(fā)現(xiàn)中斷事件應(yīng)做哪些事情?答:中斷裝置應(yīng)首先把出現(xiàn)的中斷事件存放到程序狀態(tài)字寄存器中的中斷碼為止,然后把

17、程序狀態(tài)字寄存器中的當(dāng)前PSW作為舊PSW存放到預(yù)先約定好的主存固定單元中保護(hù)起來,再把已經(jīng)確定好的操作系統(tǒng)處理程序的新PSW送到程序狀態(tài)字寄存器中,成為當(dāng)前PSW。這一過程稱為交換PSW。中斷裝置通過交換PSW完成中斷響應(yīng),使被中斷進(jìn)程讓出處理器,且使處理器按照中斷處理程序的新PSW控制執(zhí)行。6.中斷處理中,中斷處理程序應(yīng)做哪些事情?答:(1保護(hù)好被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場信息。(2分析引起中斷的原因。(3對中斷事件進(jìn)行具體處理。7.(了解中斷事件的處理原則(1硬件故障中斷事件的處理(2程序中斷事件的處理(3外部中斷事件的處理(4輸入/輸出中斷事件的處理(5訪問中斷事件的處理六、處理器調(diào)度(重點(diǎn)1.輸

18、入井、后備作業(yè)的定義在操作系統(tǒng)中,把磁盤上用來存放作業(yè)信息的專用區(qū)域稱為輸入井。把在輸入井中等待處理的作業(yè)稱為后備作業(yè)。2.作業(yè)調(diào)度的定義根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定的允許并行工作的道數(shù)和一定的規(guī)則(或稱算法從輸入井的后備作業(yè)中選取若干作業(yè),讓它們進(jìn)入主存儲器,使它們有機(jī)會去獲得處理器執(zhí)行的工作稱為作業(yè)調(diào)度。3.(重點(diǎn)作業(yè)調(diào)度的必要條件系統(tǒng)現(xiàn)有的尚未分配的資源可以滿足被選作業(yè)的資源要求。4.進(jìn)程調(diào)度的定義按照一定的規(guī)則從就緒進(jìn)程中選取一個進(jìn)程,讓它占用處理器。這項(xiàng)從就緒進(jìn)程中選取一個進(jìn)程,讓它占用處理器的工作稱為進(jìn)程調(diào)度。5.進(jìn)程調(diào)度從就緒態(tài)選進(jìn)程,作業(yè)調(diào)度從后備態(tài)(收容態(tài)選作業(yè)。 6.作業(yè)調(diào)度與進(jìn)程調(diào)

19、度的區(qū)別作業(yè)調(diào)度是按一定的作業(yè)調(diào)度算法從輸入井的后備態(tài)中選擇資源可以滿足的作業(yè)裝入主存,使其有機(jī)會占用CPU執(zhí)行,而一個作業(yè)能否占用CPU,何時(shí)占用CPU則由進(jìn)程調(diào)度決定的,進(jìn)程調(diào)度則按一定的進(jìn)程調(diào)度算法從就緒隊(duì)列中選擇一個進(jìn)程為其分配CPU去運(yùn)行,作業(yè)調(diào)度從輸入井中選中作業(yè)并拖它裝入主存中,為其創(chuàng)建一個進(jìn)程,多個不同的進(jìn)程初始態(tài)都為就緒態(tài),然后由進(jìn)程調(diào)度選擇當(dāng)前可占用CPU的進(jìn)程,進(jìn)程運(yùn)行中由于某種原因狀態(tài)發(fā)生變化,當(dāng)它讓出處理器時(shí),進(jìn)程調(diào)度又再選另一個作業(yè)的進(jìn)程去執(zhí)行。7.(重點(diǎn)在涉及調(diào)度算法時(shí),可考慮如下原則:(1公平性;(2平衡資源使用;(3極大的流量;8.一個理想的調(diào)度算法應(yīng)該是既提

20、高系統(tǒng)效率,又能使進(jìn)入系統(tǒng)的作業(yè)及時(shí)得到計(jì)算結(jié)果。9.作業(yè)i周轉(zhuǎn)時(shí)間=作業(yè)i得到計(jì)算結(jié)果的時(shí)間-作業(yè)i進(jìn)入輸入井的時(shí)間n對n個作業(yè)來說,它們的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間T為:T=(_nTii = 1周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均時(shí)間與選用的調(diào)度算法有關(guān)。10.(重點(diǎn)常用的作業(yè)調(diào)度算法(1先來先服務(wù)算法它是按照作業(yè)進(jìn)入輸入井的先后次序來挑選作業(yè),先進(jìn)入作業(yè)的優(yōu)先被挑選。一個先進(jìn)入的作業(yè),若它所需要的資源或其中的一部分資源已被在它之前的作業(yè)占用且尚未歸還,那么,這個作業(yè)將被推遲執(zhí)行,而去選擇在它之后進(jìn)入的資源能滿足的作業(yè)先執(zhí)行。一旦有作業(yè)執(zhí)行結(jié)束歸還資源后,作業(yè)調(diào)度再次選擇作業(yè)時(shí),仍要按進(jìn)入輸入井的次序去挑選,剛剛被推遲的作業(yè)

21、有可能被優(yōu)先選中。先來先服務(wù)算法具有一定的公平性,容易實(shí)現(xiàn)。但增加了平均周轉(zhuǎn)時(shí)間,降低了系統(tǒng)的吞吐能力。(2計(jì)算時(shí)間短的作業(yè)優(yōu)先算法采用這種算法時(shí),要求用戶對自己的作業(yè)需要計(jì)算的時(shí)間預(yù)先作一個估計(jì),在作業(yè)控制說明書中加以說明。作業(yè)調(diào)度時(shí)依據(jù)在輸入井中的作業(yè)提出的計(jì)算時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)先選擇計(jì)算時(shí)間短且資源能得到滿足的作業(yè)。這種算法能降低作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間,從而提高系統(tǒng)的吞吐能力,但可能使大作業(yè)等待時(shí)間過長。(3響應(yīng)比高者優(yōu)先算法響應(yīng)比最高者優(yōu)先連算法綜合考慮等待時(shí)間和計(jì)算時(shí)間,把響應(yīng)比定義為:響應(yīng)比=等待時(shí)間/計(jì)算時(shí)間一個計(jì)算時(shí)間短的作業(yè)容易得到較高的響應(yīng)比,作業(yè)能被優(yōu)先選中。一個大作業(yè)在等待了相

22、當(dāng)長的時(shí)間后,也或得了較高的響應(yīng)比。(4優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法(5均衡調(diào)度算法(注意:作業(yè)調(diào)度的必要條件和開始調(diào)度時(shí)間?！纠?】:有一個多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng),設(shè)供用戶使用的主存空間為100K?，F(xiàn)有一作業(yè)序列如下:作業(yè)號進(jìn)入輸入井時(shí)間需計(jì)算時(shí)間主存量要求ABCDE 10.1時(shí)10.3時(shí)10.5時(shí)10.6時(shí)10.7時(shí)42分鐘30分鐘24分鐘24分鐘12分鐘15K60K50K10K20K該系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù),請分別寫出采用“先來先服務(wù)調(diào)度算法”和“計(jì)算時(shí)間短優(yōu)先算法”選中的作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。答:先來先服務(wù)算法:開始執(zhí)行的時(shí)執(zhí)行結(jié)束的時(shí)作業(yè)號裝入輸入井時(shí)間間間周轉(zhuǎn)時(shí)間ABCDE 10.1時(shí)10.3時(shí)11.

23、3時(shí)10.6時(shí)11.3時(shí)10.1時(shí)10.8時(shí)11.7時(shí)11.3時(shí)12.1時(shí)10.8時(shí)11.3時(shí)12.1時(shí)11.7時(shí)12.3時(shí)0.7小時(shí)1.0小時(shí)1.6小時(shí)1.1小時(shí)1.6小時(shí)5個作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為:(0.7+1.0+1.6+1.1+1.6_5=1.2(小時(shí)計(jì)算時(shí)間短的作業(yè)優(yōu)先算法:作業(yè)裝入輸入井時(shí)間開始執(zhí)行的時(shí)間執(zhí)行結(jié)束的時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間號A 10.1時(shí)10.1時(shí)10.8時(shí)10.8時(shí)11.3時(shí)0.7小時(shí)1.0小時(shí)B 10.3時(shí)C 11.3時(shí)D 10.6時(shí)E 11.3時(shí)5個作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為:(0.7+1.0+1.8+1.1+1.2_5=1.16(小時(shí)【例2】:某單道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中有3個作業(yè)A、

24、B、C,它們到達(dá)輸入井的時(shí)間及需要的計(jì)算時(shí)間如下表:作業(yè)名到達(dá)輸入井時(shí)間需計(jì)算時(shí)間ABC 8:509:009:301.5小時(shí)0.4小時(shí)1.0小時(shí)當(dāng)這3個作業(yè)全部到達(dá)輸入井后,系統(tǒng)以響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法選擇作業(yè),忽略調(diào)度所用的時(shí)間,則作業(yè)被選中的次序應(yīng)是怎樣的呢?答:由于進(jìn)行作業(yè)調(diào)度的時(shí)間是在作業(yè)全部到達(dá)輸入井之后,即在9:30開始進(jìn)行調(diào)度,此時(shí)作業(yè)A、B、C分別等待了40分鐘、30分鐘和0分鐘,因而它們的響應(yīng)比為: A作業(yè)的響應(yīng)比=40/90=4/9B作業(yè)的響應(yīng)比=30/24=5/4C作業(yè)的響應(yīng)比=0/60=0可見,作業(yè)B的響應(yīng)比最高,當(dāng)然優(yōu)先選擇作業(yè)B裝入主存儲器執(zhí)行。作業(yè)B執(zhí)行結(jié)束后,又

25、要進(jìn)行調(diào)度,由于等待時(shí)間發(fā)生了變化,故應(yīng)重新計(jì)算響應(yīng)比。此時(shí)的計(jì)算結(jié)果如下:A作業(yè)的響應(yīng)比=64/90=32/45 C作業(yè)的響應(yīng)比=24/60=2/5 顯然作業(yè)A的響應(yīng)比高于作業(yè)C的響應(yīng)比，因而先選擇在作業(yè)A執(zhí)行，最后再讓作 業(yè)C進(jìn)入主存儲器執(zhí)行。 11.進(jìn)程切換的定義及原因 我們把一個進(jìn)程讓出處理器由另一個進(jìn)程占用處理器的過程稱為進(jìn)程切換。下列情 況均會引起進(jìn)程的切換（原因）： （1）一個進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成等待狀態(tài)。 （2）一個進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài) 變成就緒狀態(tài)。 （3）一個進(jìn)程從等待狀態(tài)變成就緒狀態(tài)。 （4）一個進(jìn)程完成工作后被撤銷。 12.（重點(diǎn)）常用的進(jìn)程調(diào)度算法 （1）先來先服務(wù)調(diào)度算法

26、按照進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后次序可占用處理器的進(jìn)程。一旦一個進(jìn)程占有了處理 器，它就一致運(yùn)行下去，直到該進(jìn)程完成工作而結(jié)束或 者因等待某事件而不能運(yùn)行時(shí)才 讓出處理器。 （2）最高優(yōu)先級調(diào)度算法 進(jìn)程占用處理器后有兩種方式：第一種方式是非搶占式的（非剝奪式的），第二種 方式是可搶占式的（剝奪式的）。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，可把 處理緊急情況的報(bào)警進(jìn)程定為最 高優(yōu)先級的進(jìn)程，一旦有緊急事件發(fā)生時(shí)，這個報(bào)警進(jìn)程就可搶占處理器進(jìn)行緊急處理 和發(fā)出報(bào)警信號。 優(yōu)先數(shù)大的優(yōu)先級高，出Unix之外。 （3）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法 時(shí)間片是指允許進(jìn)程一次占用處理器的最長時(shí)間。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法把就緒進(jìn)程 按就緒的先后次序排

27、成隊(duì)列，調(diào)度時(shí)總是選擇就緒隊(duì)列 中的第一個進(jìn)程，讓它占用處理 器，但規(guī)定它一次連續(xù)占用處理器的實(shí)踐不能超過預(yù)定的時(shí)間片。 在分時(shí)操作系統(tǒng)中，經(jīng)常采用時(shí)間片輪 轉(zhuǎn)調(diào)度算法。 【例】：假設(shè)有5個進(jìn)程，只有一個在執(zhí)行，有5個進(jìn)程在等待，有4個進(jìn)程在就 緒。 七、線程的概念 1.線程的定義 線程又稱輕量級進(jìn)程，是進(jìn)程中可獨(dú)立執(zhí)行的子任務(wù)。一個進(jìn)程中可以有一個或多 個線程，每個線程都應(yīng)有一個唯一的標(biāo)識符和一張線程 描述表。線程描述表記錄線程執(zhí) 行時(shí)的現(xiàn)場信息及狀態(tài)等。 2.線程的基本屬性： （1）同一個進(jìn)程中的各線程駐留在分配給進(jìn)程的主存地址空間中，且共享該進(jìn)程 的所有資源。 （2）一個線程被創(chuàng)建后便開

28、始了它的生命周期，直至執(zhí)行結(jié)束而終止。線程在生 （ 命期內(nèi)會經(jīng)歷等待態(tài)、就緒態(tài)和運(yùn)行態(tài)等各種狀態(tài)變化。 （3）線程是處理器的獨(dú)立調(diào)度單位，多個線程可以并發(fā)執(zhí)行。 （4）不同的線程可以執(zhí)行相同的程序，即同一個服務(wù)程序若被不同用戶調(diào) 用時(shí)操 作系統(tǒng)就為它們創(chuàng)建不同的線程。 3.線程與進(jìn)程的根本區(qū)別 線程與進(jìn)程的根本區(qū)別是把進(jìn)程作業(yè)資源分配單位，而線程是調(diào)度和執(zhí)行單位；每一個 進(jìn)程都有自己的主存空間，但同一進(jìn)程中的各線程 共享該進(jìn)程的主存空間，進(jìn)程中的所 有線程對進(jìn)程的整個主存空間都有存取權(quán)限。 第3章 存儲管理 考情分析 本章主要內(nèi)容：1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲器 2.邏輯地址和絕對地址 3.重定位

29、4.單用戶連續(xù)存儲管理 5.固定分區(qū)管理 6.可變分區(qū)存儲管理及常用的分配算法 7.頁式虛擬存儲管理、虛擬存儲器、頁面調(diào)度 重點(diǎn)：1.可變分區(qū)方式的主存分配算法以及移位技術(shù) 2.頁式主存空間的分配與回收 3.頁面調(diào)度算法 本章考試分值約為15分。出題形式多以單選題、多選題、填空題、簡答題、綜合 應(yīng)用題為主。 知識網(wǎng)絡(luò)圖 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲器 絕對地址和邏輯地址 重定位 重 定 位 單用戶連續(xù)存儲管理 主存空間的分配與回收 固定分區(qū)存儲管理 地址轉(zhuǎn)換和存儲保護(hù) 靜態(tài)重定位 動態(tài)重定位 儲 管 理 地址轉(zhuǎn)換和存儲保護(hù) 移動技術(shù) 頁式存儲管理的基本原理 頁式主存空間的分配與回收 頁式虛擬存儲管理 頁

30、表和地址轉(zhuǎn)換 頁的共享和保護(hù) 什么是虛擬存儲器 實(shí)現(xiàn)原理 FIFO LRU LFU 頁式虛擬存儲器管理的實(shí)現(xiàn) 多級頁表 頁面調(diào)度 串講內(nèi)容 一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲器 1.存儲器的分類 若把CPU中的寄存器看作是一種特殊的存儲器，則可把存儲器分為：寄存器、主存 儲器和高速緩沖存儲器、輔助存儲器三個層次。 2.寄存器 寄存器是計(jì)算機(jī)中價(jià)格最昂貴飛存儲器，它的存取速度快，但容量小。常用的寄存 器有：指令寄存器、通用寄存器、控制寄存器。 3.主存儲器 主存儲器容量較大，存儲速度也較快。存儲單元以字節(jié)為單位進(jìn)行編址，若干字節(jié) 組成一個字，處理器能按地址讀/寫一個字節(jié)或一個字。 主存用于存放用戶當(dāng)前需要執(zhí)

31、 行的程序和數(shù)據(jù)，以及操作系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理的信息。 高速緩沖寄存器的速度快于主存，但造價(jià)比主存高，因而存儲容量不大。用于存放 經(jīng)常被訪問的單元，以提高主存的速度。 4.輔助存儲器 輔助存儲器的存儲容量大，可用來長期存儲信息，但處理器不能直接讀/寫輔助存 儲器，因此速度較慢。 二、重定位 1.絕對地址和邏輯地址 主存儲器的存儲單元以字節(jié)為單位，把容量為n的主存空間的地址編號稱為主存儲 器的絕對地址，與絕對地址對應(yīng)的主存空間稱物理地址空 間。 為了方便用戶，每個用戶都可以認(rèn)為自己作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)存放在一組從“0”開 始的連續(xù)空間中。把用戶程序中使用的地址稱為邏輯地址,與 邏輯地址對應(yīng)的存儲空間

32、稱為邏輯地址空間。 2.重定位的定義及分類 把邏輯地址轉(zhuǎn)換成絕對地址的工作稱為重定位或地址轉(zhuǎn)換。重定位的方式可以有靜 態(tài)定位和動態(tài)定位兩種。 3.靜態(tài)重定位 由于地址轉(zhuǎn)換工作是在作業(yè)執(zhí)行前集中一次完成的，所以在作業(yè)執(zhí)行過程中就無需 再進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換工作。這種定位方式稱為靜態(tài)重定位。 靜態(tài)重定位不需要硬件支持。 4.動態(tài)重定位 在作業(yè)執(zhí)行過程中，由硬件的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)動態(tài)地進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，在執(zhí)行指令時(shí)只 要把邏輯地址與基址寄存器中的值相加就可得到絕對地 址。這種定位方式在執(zhí)行過程中 進(jìn)行的，所以稱為動態(tài)重定位。動態(tài)重定位需硬件支持，即基址寄存器。動態(tài)重定位支 持程序浮動。 三、單用戶連續(xù)存儲管理（適合

33、單道程序設(shè)計(jì)） 1.單用戶連續(xù)存儲管理基本原理 在這種管理方式下，操作系統(tǒng)占了一部分主存空間，其余剩下的主存空間都分配給 一個作業(yè)使用，即在任何時(shí)刻主存儲器中最多只有一個 作業(yè)，故適合于單道運(yùn)行的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)。 2.地址變換方式如下： （1）設(shè)置一個界限寄存器（BR），其內(nèi)容是主存中用戶區(qū)的首地址，只當(dāng)操作系統(tǒng) 功能擴(kuò)充或修改時(shí)，改變了所占區(qū)域的長度，才更改 界限寄存器的內(nèi)容。 （2）絕對地址=邏輯地址+BR的值（界限地址） （3）采用靜態(tài)重定位 3.處理器在執(zhí)行指令時(shí)要檢查其絕對地址是否界限地址，且最大地址C。若絕對絕 對地址在規(guī)定的范圍內(nèi)，則可執(zhí)行，否則產(chǎn)生一個“地 址越界”中斷事件，由操

34、作系統(tǒng) 進(jìn)行處理，以達(dá)到存儲保護(hù)的目的。 四、固定分區(qū)存儲管理（適合多道程序設(shè)計(jì)） 1.分區(qū)的定義 固定分區(qū)存儲管理是把主存儲器中可分配的用戶區(qū)域預(yù)先劃分成若干個連續(xù)區(qū)，每 一個連續(xù)區(qū)稱為一個分區(qū)。 2.固定分區(qū)存儲管理的特點(diǎn) （1）分區(qū)大小固定 （2）分區(qū)數(shù)目固定。 3.主存空間的分配與回收 存儲管理設(shè)置“分區(qū)分配表”來說明各分區(qū)的分配和使用情況。 表中指出各分區(qū)的 起始地址和長度， 并為每個分區(qū)設(shè)置一個標(biāo)志位。 標(biāo)志位為“0” 表示分區(qū)空間，非“0” 表示分區(qū)已被占用。當(dāng)有作業(yè)要裝入分區(qū)，存儲管理分配主存區(qū)域時(shí)，根據(jù)作業(yè)地址空 間的長度與標(biāo)志為“0”的分區(qū)的 長度比較，當(dāng)有分區(qū)長度能容納該作業(yè)時(shí)，則把作業(yè) 裝入該分區(qū)，且把作業(yè)名填到占用標(biāo)志位上。否則，該作業(yè)暫時(shí)不能裝入。作業(yè)運(yùn)行結(jié) 束 后，根據(jù)作業(yè)名查分區(qū)分配表，把該分區(qū)的占用標(biāo)志置成“0”以示空閑。 4.地址轉(zhuǎn)換和存儲保護(hù) 因作業(yè)存放區(qū)域不會改變，可采用靜態(tài)重定位方式把作業(yè)裝入所在的分區(qū)