操作系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)文檔

1、n什么是操作系統(tǒng)？并分別從功能、軟件、什么是操作系統(tǒng)？并分別從功能、軟件、管理者及用戶觀點(diǎn)敘述之管理者及用戶觀點(diǎn)敘述之 q操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)軟、硬件資源，合理組織計(jì)算操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)軟、硬件資源，合理組織計(jì)算機(jī)工作流程，以及方便用戶使用的系統(tǒng)軟件。機(jī)工作流程，以及方便用戶使用的系統(tǒng)軟件。q從功能角度看，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的資源管理系統(tǒng)，由它負(fù)從功能角度看，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的資源管理系統(tǒng)，由它負(fù)責(zé)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部軟、硬件資源進(jìn)行分配、控制、調(diào)度責(zé)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部軟、硬件資源進(jìn)行分配、控制、調(diào)度和回收；和回收；q 從軟件的觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)是一個大型系統(tǒng)軟件，由多個功從軟件的觀點(diǎn)

2、看，操作系統(tǒng)是一個大型系統(tǒng)軟件，由多個功能模塊及數(shù)據(jù)集合組成；能模塊及數(shù)據(jù)集合組成；q從管理者角度看，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)工作流程的組織者。它從管理者角度看，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)工作流程的組織者。它自動、高效、合理的對系統(tǒng)進(jìn)行管理；自動、高效、合理的對系統(tǒng)進(jìn)行管理； q從用戶觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)是一個服務(wù)質(zhì)量高、使用方便的虛從用戶觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)是一個服務(wù)質(zhì)量高、使用方便的虛擬機(jī)。它是用戶使用計(jì)算機(jī)的界面和橋梁。擬機(jī)。它是用戶使用計(jì)算機(jī)的界面和橋梁。 第1章 操作系統(tǒng)引論n操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)的地位 q操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬、軟件資源的總指揮部。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬、軟件資源的總指揮部。q操作系統(tǒng)

3、的性能高低決定了整體計(jì)算機(jī)的潛在硬件操作系統(tǒng)的性能高低決定了整體計(jì)算機(jī)的潛在硬件性能能否發(fā)揮出來。性能能否發(fā)揮出來。q操作系統(tǒng)本身的安全可靠程度決定了整個計(jì)算機(jī)系操作系統(tǒng)本身的安全可靠程度決定了整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性和可靠性統(tǒng)的安全性和可靠性q操作系統(tǒng)是軟件技術(shù)含量最大、附加值最高的部分，操作系統(tǒng)是軟件技術(shù)含量最大、附加值最高的部分，是軟件技術(shù)的核心，是軟件的基礎(chǔ)運(yùn)行平臺。是軟件技術(shù)的核心，是軟件的基礎(chǔ)運(yùn)行平臺。 n為什么說操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算機(jī)資源的抽象？為什么說操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算機(jī)資源的抽象？qOS首先在裸機(jī)上覆蓋一層首先在裸機(jī)上覆蓋一層I/O設(shè)備管理軟件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理軟件，實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算

4、機(jī)硬件操作的第一層次抽象；了對計(jì)算機(jī)硬件操作的第一層次抽象；q在第一層軟件上再覆蓋文件管理軟件，實(shí)現(xiàn)了對硬在第一層軟件上再覆蓋文件管理軟件，實(shí)現(xiàn)了對硬件資源操作的第二層次抽象。件資源操作的第二層次抽象。qOS 通過在計(jì)算機(jī)硬件上安裝多層系統(tǒng)軟件，增強(qiáng)通過在計(jì)算機(jī)硬件上安裝多層系統(tǒng)軟件，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，隱藏了對硬件操作的細(xì)節(jié)，由它們共了系統(tǒng)功能，隱藏了對硬件操作的細(xì)節(jié)，由它們共同實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算機(jī)資源的抽象。同實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算機(jī)資源的抽象。設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)現(xiàn)代OS 的主要目標(biāo)是什么的主要目標(biāo)是什么?.q答：方便性。配置操作系統(tǒng)后可使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更容易使用。答：方便性。配置操作系統(tǒng)后可使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更容易使用。q

5、有效性。配置操作系統(tǒng)后可提高系統(tǒng)資源的利用率，提高有效性。配置操作系統(tǒng)后可提高系統(tǒng)資源的利用率，提高系統(tǒng)的吞吐量。系統(tǒng)的吞吐量。q可擴(kuò)充性。操作系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于增加新的可擴(kuò)充性。操作系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于增加新的功能和修改老的功能模塊。功能和修改老的功能模塊。q開放性。為使出自不同廠家的計(jì)算機(jī)及其設(shè)備能通過網(wǎng)絡(luò)開放性。為使出自不同廠家的計(jì)算機(jī)及其設(shè)備能通過網(wǎng)絡(luò)加以集成化并正確、有效地協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的可加以集成化并正確、有效地協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的可移植性和互操作性，要求操作系統(tǒng)必須提供統(tǒng)一的開放環(huán)移植性和互操作性，要求操作系統(tǒng)必須提供統(tǒng)一的開放環(huán)境，進(jìn)而要求境，進(jìn)而

6、要求OS具有開放性。開放性是指系統(tǒng)能遵循世界具有開放性。開放性是指系統(tǒng)能遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開放系統(tǒng)互連（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開放系統(tǒng)互連（OSI）國際標(biāo)準(zhǔn)。）國際標(biāo)準(zhǔn)。n試說明操作系統(tǒng)與硬件、其他系統(tǒng)軟件以及用試說明操作系統(tǒng)與硬件、其他系統(tǒng)軟件以及用戶之間的關(guān)系戶之間的關(guān)系 q操作系統(tǒng)是覆蓋在硬件上的第一層軟件，它管理計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源，并向用戶提供良好的界面。操作系統(tǒng)與硬件緊密相關(guān)，它直接管理著硬件資源，為用戶完成所有與硬件相關(guān)的操作，從而極大地方便了用戶對硬件資源的使用并提高了硬件資源的利用率。操作系統(tǒng)是一種特殊的系統(tǒng)軟件，其他系統(tǒng)軟件運(yùn)行在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，可獲得操作系統(tǒng)

7、提供的大量服務(wù)，也就是說操作系統(tǒng)是其他系統(tǒng)軟件與硬件之間的接口。而一般用戶使用計(jì)算機(jī)除了需要操作系統(tǒng)支持外，還需要用到大量的其他系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，以使其工作更方便和高效?？梢?，硬件、操作系統(tǒng)、其他系統(tǒng)軟件、應(yīng)用程序和用戶之間存在著右圖所示的層次關(guān)系。 操作系統(tǒng)具有哪幾大特征？它們之間有何關(guān)系？操作系統(tǒng)具有哪幾大特征？它們之間有何關(guān)系？答：操作系統(tǒng)的特征有并發(fā)、資源共享、虛擬和異步性。它們的關(guān)系答：操作系統(tǒng)的特征有并發(fā)、資源共享、虛擬和異步性。它們的關(guān)系如下：如下：(1)并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)最基本的特征。為了提高計(jì)算機(jī)資源的利并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)最基本的特征。為了提高計(jì)算機(jī)資源的利用率，操作系

8、統(tǒng)必然采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，使多個程序共享系用率，操作系統(tǒng)必然采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，使多個程序共享系統(tǒng)資源，并發(fā)地執(zhí)行。統(tǒng)資源，并發(fā)地執(zhí)行。(2)并發(fā)和共享互為存在的條件。一方面，資源的共享是以程序（進(jìn)并發(fā)和共享互為存在的條件。一方面，資源的共享是以程序（進(jìn)程）的并發(fā)執(zhí)行為條件，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存程）的并發(fā)執(zhí)行為條件，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題；另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實(shí)施有效的在資源共享問題；另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實(shí)施有效的管理，協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對共享資源的訪問，也必將影響到程序的并管理，協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對共享資源的訪問，也必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行

9、，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。發(fā)執(zhí)行，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。(3)虛擬技術(shù)以并發(fā)和資源共享為前提。為了使并發(fā)進(jìn)程能更方便、虛擬技術(shù)以并發(fā)和資源共享為前提。為了使并發(fā)進(jìn)程能更方便、更有效地共享資源，操作系統(tǒng)常采用多種虛擬技術(shù)來邏輯上增加更有效地共享資源，操作系統(tǒng)常采用多種虛擬技術(shù)來邏輯上增加CPU和設(shè)備的數(shù)量以及存儲器的容量，從而解決眾多并發(fā)進(jìn)程對和設(shè)備的數(shù)量以及存儲器的容量，從而解決眾多并發(fā)進(jìn)程對有限的系統(tǒng)資源的爭用問題。有限的系統(tǒng)資源的爭用問題。(4)異步性是并發(fā)和共享的必然結(jié)果。操作系統(tǒng)允許多個并發(fā)進(jìn)程共異步性是并發(fā)和共享的必然結(jié)果。操作系統(tǒng)允許多個并發(fā)進(jìn)程共享資源、相互合作，使得每個進(jìn)程的運(yùn)行

10、過程受到其他進(jìn)程的制享資源、相互合作，使得每個進(jìn)程的運(yùn)行過程受到其他進(jìn)程的制約，不再約，不再“一氣呵成一氣呵成”，這必然導(dǎo)致異步特性的產(chǎn)生。，這必然導(dǎo)致異步特性的產(chǎn)生。第2章 進(jìn)程進(jìn)程引入的原因PCB特征進(jìn)程同步進(jìn)程控制概念狀態(tài)就緒執(zhí)行阻塞結(jié)構(gòu)特征動態(tài)性并發(fā)性獨(dú)立性進(jìn)程通信臨界資源和臨界區(qū)同步與互斥四個準(zhǔn)則同步機(jī)制管程信號量程序線程狀態(tài)概念線程控制引入的原因線程同步屬性類別用戶級線程內(nèi)核支持線程類別應(yīng)用整型記錄型特例區(qū)別區(qū)別組成部分n1.程序順序執(zhí)行的特征程序順序執(zhí)行的特征n2.前趨圖前趨圖：描述程序段或進(jìn)程之間執(zhí)行的先后順：描述程序段或進(jìn)程之間執(zhí)行的先后順序序n3.程序并發(fā)執(zhí)行時的特征程序并

11、發(fā)執(zhí)行時的特征q 間斷性間斷性 失去封閉性失去封閉性 不可再現(xiàn)性不可再現(xiàn)性n4.進(jìn)程的概念進(jìn)程的概念q 進(jìn)程是一個可并發(fā)執(zhí)行的具有獨(dú)立功能的程進(jìn)程是一個可并發(fā)執(zhí)行的具有獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次執(zhí)行過程，也是操序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次執(zhí)行過程，也是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和保護(hù)的基本單位（作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和保護(hù)的基本單位（1978年全國操作系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議）年全國操作系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議）n5.進(jìn)程的特征進(jìn)程的特征q結(jié)構(gòu)特征：每個進(jìn)程實(shí)體中除了相應(yīng)的程序段、數(shù)結(jié)構(gòu)特征：每個進(jìn)程實(shí)體中除了相應(yīng)的程序段、數(shù)據(jù)段外，還必須包含一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)據(jù)段外，還必須包含一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PCB，即進(jìn)程控，即進(jìn)程控制塊制塊q

12、動態(tài)性動態(tài)性q并發(fā)性并發(fā)性q獨(dú)立性獨(dú)立性q異步性異步性n6.在操作系統(tǒng)中為什么要引入進(jìn)程概念在操作系統(tǒng)中為什么要引入進(jìn)程概念?為了為了實(shí)現(xiàn)并發(fā)進(jìn)程間的合作和協(xié)調(diào)工作，以及保證實(shí)現(xiàn)并發(fā)進(jìn)程間的合作和協(xié)調(diào)工作，以及保證系統(tǒng)的安全性，操作系統(tǒng)在進(jìn)程管理方面應(yīng)做系統(tǒng)的安全性，操作系統(tǒng)在進(jìn)程管理方面應(yīng)做哪些工作？哪些工作？ q在多道程序環(huán)境中，程序的執(zhí)行是并發(fā)的，這樣就在多道程序環(huán)境中，程序的執(zhí)行是并發(fā)的，這樣就要失去封閉性，并且間斷且不可再現(xiàn)要失去封閉性，并且間斷且不可再現(xiàn) 。并發(fā)執(zhí)行。并發(fā)執(zhí)行的三個特點(diǎn)決定通常的程序是不能并發(fā)執(zhí)行的，于的三個特點(diǎn)決定通常的程序是不能并發(fā)執(zhí)行的，于是引進(jìn)了進(jìn)程的概念。

13、是引進(jìn)了進(jìn)程的概念。q操作系統(tǒng)應(yīng)該在進(jìn)程管理方面做以下工作：操作系統(tǒng)應(yīng)該在進(jìn)程管理方面做以下工作：n進(jìn)程控制。進(jìn)程調(diào)度。進(jìn)程同步。進(jìn)程進(jìn)程控制。進(jìn)程調(diào)度。進(jìn)程同步。進(jìn)程通信。防止死鎖。通信。防止死鎖。n7.進(jìn)程與程序的區(qū)別進(jìn)程與程序的區(qū)別l進(jìn)程更能真實(shí)地描述并發(fā)，而程序不能進(jìn)程更能真實(shí)地描述并發(fā)，而程序不能l進(jìn)程是由程序和數(shù)據(jù)兩部分組成的進(jìn)程是由程序和數(shù)據(jù)兩部分組成的l程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動態(tài)的程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動態(tài)的l進(jìn)程有生命周期，有誕生有消亡，短暫的；進(jìn)程有生命周期，有誕生有消亡，短暫的； 而程序是相對長久的而程序是相對長久的l一個程序可對應(yīng)多個進(jìn)程，反之亦然一個程序可對應(yīng)多個進(jìn)程，反

14、之亦然l進(jìn)程具有創(chuàng)建其他進(jìn)程的功能，而程序沒有進(jìn)程具有創(chuàng)建其他進(jìn)程的功能，而程序沒有n8.什么是進(jìn)程控制塊？試從進(jìn)程管理、進(jìn)程通信、中什么是進(jìn)程控制塊？試從進(jìn)程管理、進(jìn)程通信、中斷處理、文件管理、存儲管理、設(shè)備管理的角度設(shè)計(jì)斷處理、文件管理、存儲管理、設(shè)備管理的角度設(shè)計(jì)進(jìn)程控制塊應(yīng)包含的項(xiàng)目。進(jìn)程控制塊應(yīng)包含的項(xiàng)目。q進(jìn)程控制塊（進(jìn)程控制塊（PCB）是為了控制進(jìn)程在多道程序環(huán)境下能）是為了控制進(jìn)程在多道程序環(huán)境下能夠獨(dú)立并發(fā)地運(yùn)行而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它包含了控制和描述夠獨(dú)立并發(fā)地運(yùn)行而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它包含了控制和描述該進(jìn)程所需要的所有信息。該進(jìn)程所需要的所有信息。q從進(jìn)程管理的角度：從進(jìn)程管理

15、的角度：PCB應(yīng)該包含進(jìn)程標(biāo)識符、應(yīng)該包含進(jìn)程標(biāo)識符、CPU狀態(tài)狀態(tài)信息、進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程調(diào)度信息。信息、進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程調(diào)度信息。q從進(jìn)程通信的角度：從進(jìn)程通信的角度：PCB應(yīng)該包含指向消息隊(duì)列的指針，用應(yīng)該包含指向消息隊(duì)列的指針，用于互斥訪問消息隊(duì)列的信號量。于互斥訪問消息隊(duì)列的信號量。q從中斷處理的角度：從中斷處理的角度：PCB應(yīng)該包含中斷前的應(yīng)該包含中斷前的CPU的狀態(tài)信息。的狀態(tài)信息。q從文件管理的角度：從文件管理的角度：PCB應(yīng)該包含用戶文件描述符表。應(yīng)該包含用戶文件描述符表。q從存儲管理的角度：從存儲管理的角度：PCB應(yīng)該包含程序段、數(shù)據(jù)段和堆棧段應(yīng)該包含程序段、數(shù)據(jù)段和堆棧段的地址

16、和長度。的地址和長度。q從設(shè)備管理的角度：從設(shè)備管理的角度：PCB應(yīng)該包含該進(jìn)程已分配到得設(shè)備和應(yīng)該包含該進(jìn)程已分配到得設(shè)備和運(yùn)行還需要分配的設(shè)備的列表。運(yùn)行還需要分配的設(shè)備的列表。n9. 為什么說為什么說PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志？是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志？q在創(chuàng)建進(jìn)程時，系統(tǒng)為他配置一個在創(chuàng)建進(jìn)程時，系統(tǒng)為他配置一個PCB；在進(jìn)；在進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度時，系統(tǒng)根據(jù)行進(jìn)程調(diào)度時，系統(tǒng)根據(jù)PCB中的狀態(tài)和優(yōu)先中的狀態(tài)和優(yōu)先級等信息來選擇新進(jìn)程，然后將老進(jìn)程的現(xiàn)場級等信息來選擇新進(jìn)程，然后將老進(jìn)程的現(xiàn)場信息保存到他的信息保存到他的PCB中，再根據(jù)新進(jìn)程中，再根據(jù)新進(jìn)程PCB中中所保存的處理機(jī)狀態(tài)信息來恢復(fù)現(xiàn)

17、場；執(zhí)行中所保存的處理機(jī)狀態(tài)信息來恢復(fù)現(xiàn)場；執(zhí)行中的進(jìn)程，如果需要訪問文件或者需要與合作進(jìn)的進(jìn)程，如果需要訪問文件或者需要與合作進(jìn)程實(shí)現(xiàn)同步或通信，也要訪問程實(shí)現(xiàn)同步或通信，也要訪問PCB；當(dāng)進(jìn)程因；當(dāng)進(jìn)程因某種原因而暫停執(zhí)行時，也必須將斷點(diǎn)的現(xiàn)場某種原因而暫停執(zhí)行時，也必須將斷點(diǎn)的現(xiàn)場信息保存到他的信息保存到他的PCB中；當(dāng)進(jìn)程結(jié)束時，系統(tǒng)中；當(dāng)進(jìn)程結(jié)束時，系統(tǒng)將回收他的將回收他的PCB?？梢姡龠M(jìn)程的整個生命周?？梢?，再進(jìn)程的整個生命周期中，系統(tǒng)總是通過其期中，系統(tǒng)總是通過其PCB對進(jìn)程進(jìn)行控制和對進(jìn)程進(jìn)行控制和管理。管理。n10.某分時系統(tǒng)的進(jìn)程出現(xiàn)如下圖所示的狀態(tài)變化。某分時系統(tǒng)的進(jìn)程

18、出現(xiàn)如下圖所示的狀態(tài)變化。等待打等待打印機(jī)輸印機(jī)輸出結(jié)果出結(jié)果運(yùn)行運(yùn)行等磁盤讀文件等磁盤讀文件就緒進(jìn)程隊(duì)列就緒進(jìn)程隊(duì)列試問：（試問：（1）你認(rèn)為該系統(tǒng)采用的是何種進(jìn)程調(diào)度算法？）你認(rèn)為該系統(tǒng)采用的是何種進(jìn)程調(diào)度算法？（2）把圖中所示的六個狀態(tài)變化的原因?qū)懗鰜?。）把圖中所示的六個狀態(tài)變化的原因?qū)懗鰜怼【分析】從圖中可以看出在、和“就緒進(jìn)程隊(duì)列”之間存在一個環(huán)路，有的進(jìn)程在執(zhí)行過程中被剝奪處理機(jī)，排入就緒隊(duì)列的尾部，等待下一次調(diào)度，同時進(jìn)程調(diào)度程序又去調(diào)度當(dāng)前就緒隊(duì)列中的第一個進(jìn)程，這樣的進(jìn)程調(diào)度算法為時間片輪轉(zhuǎn)法。n解： n（1）該分時系統(tǒng)采用的進(jìn)程調(diào)度算法是時間片輪轉(zhuǎn)法。n（2）進(jìn)程被選中，

19、變成運(yùn)行態(tài)；時間片到，運(yùn)行的進(jìn)程排入就緒隊(duì)列尾部；運(yùn)行的進(jìn)程啟動打印機(jī)，等待打?。淮蛴」ぷ鹘Y(jié)束，等待的進(jìn)程排入就緒隊(duì)列尾部；等待磁盤讀文件工作；磁盤傳輸信息結(jié)束，等待的進(jìn)程排入就緒隊(duì)列尾部。n11.進(jìn)程控制進(jìn)程控制q所謂進(jìn)程控制，是指系統(tǒng)使用一些具有特定功能的所謂進(jìn)程控制，是指系統(tǒng)使用一些具有特定功能的程序段來創(chuàng)建、撤銷進(jìn)程以及完成進(jìn)程各狀態(tài)間轉(zhuǎn)程序段來創(chuàng)建、撤銷進(jìn)程以及完成進(jìn)程各狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的一系列有效管理。操作系統(tǒng)是通過這些被稱為換的一系列有效管理。操作系統(tǒng)是通過這些被稱為原語的程序段對進(jìn)程進(jìn)行控制的原語的程序段對進(jìn)程進(jìn)行控制的n12.原語原語q原語是機(jī)器指令的延伸，由若干條機(jī)器指令構(gòu)成，原

20、語是機(jī)器指令的延伸，由若干條機(jī)器指令構(gòu)成，用于完成特定功能的一段程序。為了保證需哦的正用于完成特定功能的一段程序。為了保證需哦的正確性，原語在執(zhí)行的過程中是不可分割的，也即其確性，原語在執(zhí)行的過程中是不可分割的，也即其執(zhí)行過程是不允許被中斷的執(zhí)行過程是不允許被中斷的n13.進(jìn)程同步進(jìn)程同步q進(jìn)程同步是指對多個相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)程同步是指對多個相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上進(jìn)行協(xié)調(diào)，目的是使系統(tǒng)中諸進(jìn)程之間能有效地共享資源和相互合目的是使系統(tǒng)中諸進(jìn)程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。用來實(shí)現(xiàn)同步的作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。用來實(shí)現(xiàn)同步的機(jī)制被稱為同步機(jī)制。

21、機(jī)制被稱為同步機(jī)制。n14.進(jìn)程的同步與互斥進(jìn)程的同步與互斥q進(jìn)程的互斥是指并發(fā)進(jìn)程在競爭共享資源時的相互制約進(jìn)程的互斥是指并發(fā)進(jìn)程在競爭共享資源時的相互制約關(guān)系。關(guān)系。q進(jìn)程的同步是指一個進(jìn)程是否能使用共享資源依賴與其進(jìn)程的同步是指一個進(jìn)程是否能使用共享資源依賴與其他進(jìn)程的執(zhí)行情況，一個進(jìn)程在沒有受到其他進(jìn)程的消他進(jìn)程的執(zhí)行情況，一個進(jìn)程在沒有受到其他進(jìn)程的消息時必須等等待，直至另一進(jìn)程送來消息后才可繼續(xù)執(zhí)息時必須等等待，直至另一進(jìn)程送來消息后才可繼續(xù)執(zhí)行下去。行下去。同步與互斥的區(qū)別n同步q進(jìn)程進(jìn)程q時間次序上受到某種限制q相互清楚對方的存在及其作用，交換信息q往往指有幾個進(jìn)程共同完成一個

22、任務(wù)q舉例：生產(chǎn)與消費(fèi)之間，發(fā)送與接受之間，作者與讀者之間，供者與用者之間 n互斥q進(jìn)程資源進(jìn)程q競爭到某一物理資源時不允許進(jìn)程工作q不一定清楚其它進(jìn)程情況q往往指多個任務(wù)多個進(jìn)程間通訊制約q舉例：交通十字路口，單軌火車的撥道岔 n15.臨界資源和臨界區(qū)臨界資源和臨界區(qū)q臨界資源特點(diǎn)：一次僅允許一個進(jìn)程使用。臨界資源特點(diǎn)：一次僅允許一個進(jìn)程使用。q臨界區(qū)：每個進(jìn)程訪問臨界資源的那一段必須互斥執(zhí)行的程臨界區(qū)：每個進(jìn)程訪問臨界資源的那一段必須互斥執(zhí)行的程序。一個共享變量可以有多個臨界區(qū)。把使用統(tǒng)一變量的一序。一個共享變量可以有多個臨界區(qū)。把使用統(tǒng)一變量的一組臨界區(qū)稱為組臨界區(qū)稱為“相關(guān)臨界區(qū)相關(guān)臨

23、界區(qū)”。并發(fā)進(jìn)程不允許同時或交叉。并發(fā)進(jìn)程不允許同時或交叉地在各個相關(guān)臨界區(qū)中執(zhí)行。地在各個相關(guān)臨界區(qū)中執(zhí)行。n16.同步機(jī)制應(yīng)遵循的規(guī)則同步機(jī)制應(yīng)遵循的規(guī)則n17.信號量機(jī)制及其應(yīng)用信號量機(jī)制及其應(yīng)用q信號量的含義：信號量是一個用來實(shí)現(xiàn)同步的整型信號量的含義：信號量是一個用來實(shí)現(xiàn)同步的整型或記錄型變量，除了初始化外，對它只能執(zhí)行或記錄型變量，除了初始化外，對它只能執(zhí)行wait和和signal兩種操作。兩種操作。q信號量的物理意義：一個信號量信號量的物理意義：一個信號量S通常對應(yīng)于一類通常對應(yīng)于一類臨界資源。臨界資源。S.wait申請資源，申請資源，S.signal釋放資源。釋放資源。S.va

24、lue表示當(dāng)前可用資源數(shù)表示當(dāng)前可用資源數(shù)q用信號量實(shí)現(xiàn)互斥用信號量實(shí)現(xiàn)互斥q用信號量實(shí)現(xiàn)前趨關(guān)系用信號量實(shí)現(xiàn)前趨關(guān)系n18.進(jìn)程通信的類型進(jìn)程通信的類型q共享存儲器系統(tǒng)共享存儲器系統(tǒng)q消息傳遞系統(tǒng)消息傳遞系統(tǒng)q管道通信管道通信n19.消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制應(yīng)具有那幾方面的功能消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制應(yīng)具有那幾方面的功能q構(gòu)成消息：發(fā)送進(jìn)程在工作區(qū)設(shè)置發(fā)送區(qū)，填信息。構(gòu)成消息：發(fā)送進(jìn)程在工作區(qū)設(shè)置發(fā)送區(qū)，填信息。q發(fā)送消息：將消息從發(fā)送區(qū)復(fù)制到消息緩沖區(qū)，并把它發(fā)送消息：將消息從發(fā)送區(qū)復(fù)制到消息緩沖區(qū)，并把它插入到目標(biāo)進(jìn)程的消息隊(duì)列中。插入到目標(biāo)進(jìn)程的消息隊(duì)列中。q接受消息：從消息隊(duì)列中去消息并拷貝

25、到接收區(qū)接受消息：從消息隊(duì)列中去消息并拷貝到接收區(qū)q互斥與同步：互斥與同步：n20.線程的屬性線程的屬性q輕型實(shí)體。線程中的實(shí)體基本上不擁有系統(tǒng)資源，輕型實(shí)體。線程中的實(shí)體基本上不擁有系統(tǒng)資源，只是有一點(diǎn)必不可少的、能保證獨(dú)立運(yùn)行的資源。只是有一點(diǎn)必不可少的、能保證獨(dú)立運(yùn)行的資源。q獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。q可并發(fā)執(zhí)行?？刹l(fā)執(zhí)行。q共享進(jìn)程資源。共享進(jìn)程資源。n22.進(jìn)程與線程的比較進(jìn)程與線程的比較q調(diào)度型：在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，擁有資源的基本單位和調(diào)度型：在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，擁有資源的基本單位和獨(dú)立調(diào)度、分派的基本單位都是進(jìn)程。而在引入線程的獨(dú)立調(diào)度、分派的基本單

26、位都是進(jìn)程。而在引入線程的OS中，則把線程作為調(diào)度和分派的基本單位，把進(jìn)程中，則把線程作為調(diào)度和分派的基本單位，把進(jìn)程作為資源擁有的基本單位。作為資源擁有的基本單位。q并發(fā)性。在引入線程的并發(fā)性。在引入線程的OS中，不僅進(jìn)程間可以并發(fā)執(zhí)中，不僅進(jìn)程間可以并發(fā)執(zhí)行，而且在一個進(jìn)程的多個線程間也可以并發(fā)執(zhí)行行，而且在一個進(jìn)程的多個線程間也可以并發(fā)執(zhí)行q擁有資源。在這兩種擁有資源。在這兩種OS中，擁有資源的基本單位都是中，擁有資源的基本單位都是進(jìn)程。線程除了一點(diǎn)在運(yùn)行時必不可少的資源（如線程進(jìn)程。線程除了一點(diǎn)在運(yùn)行時必不可少的資源（如線程控制塊、程序計(jì)數(shù)器、一組寄存器值和堆棧）外，本身控制塊、程序計(jì)

27、數(shù)器、一組寄存器值和堆棧）外，本身基本不擁有系統(tǒng)資源，但可訪問其隸屬進(jìn)程的資源?；静粨碛邢到y(tǒng)資源，但可訪問其隸屬進(jìn)程的資源。q開銷。由于創(chuàng)建或撤銷進(jìn)程時，系統(tǒng)要分配或回收資源；開銷。由于創(chuàng)建或撤銷進(jìn)程時，系統(tǒng)要分配或回收資源；進(jìn)程切換時要保存和設(shè)置的現(xiàn)場信息也明顯多于線程，進(jìn)程切換時要保存和設(shè)置的現(xiàn)場信息也明顯多于線程，因此，因此，OS在創(chuàng)建、撤銷和切換進(jìn)程時所付出的開銷明在創(chuàng)建、撤銷和切換進(jìn)程時所付出的開銷明顯地大于線程。另外，由于隸屬于同一個進(jìn)程的多個線顯地大于線程。另外，由于隸屬于同一個進(jìn)程的多個線程共享同一地址空間和該進(jìn)程的所有已打開文件，從而程共享同一地址空間和該進(jìn)程的所有已打開文

28、件，從而使它們之間的同步和通信的實(shí)現(xiàn)也比進(jìn)程更方便。使它們之間的同步和通信的實(shí)現(xiàn)也比進(jìn)程更方便。n1.一條小河上有一座獨(dú)木橋一條小河上有一座獨(dú)木橋,規(guī)定每次只允許規(guī)定每次只允許一個人過橋一個人過橋,現(xiàn)在河?xùn)|河西都有人要過橋現(xiàn)在河?xùn)|河西都有人要過橋,如如果把每個過橋者看作一個進(jìn)程果把每個過橋者看作一個進(jìn)程,為保證安全為保證安全,請用請用PV操作實(shí)現(xiàn)正確管理操作實(shí)現(xiàn)正確管理.n2.一條小河上有一座獨(dú)木橋一條小河上有一座獨(dú)木橋,同一方向的可連同一方向的可連續(xù)過橋續(xù)過橋;某方向有人過橋時另一方向的人等待某方向有人過橋時另一方向的人等待,現(xiàn)在河?xùn)|河西都有人要過橋現(xiàn)在河?xùn)|河西都有人要過橋,如果把每個過橋如

29、果把每個過橋者看作一個進(jìn)程者看作一個進(jìn)程,為保證安全為保證安全,請用請用PV操作實(shí)操作實(shí)現(xiàn)正確管理現(xiàn)正確管理.n3.在一間酒吧里有三個音樂愛好者隊(duì)列，第一隊(duì)的在一間酒吧里有三個音樂愛好者隊(duì)列，第一隊(duì)的音樂愛好者只有隨身聽，第二隊(duì)只有音樂磁帶，第音樂愛好者只有隨身聽，第二隊(duì)只有音樂磁帶，第三隊(duì)只有電池。而要聽音樂就必須隨身聽、音樂磁三隊(duì)只有電池。而要聽音樂就必須隨身聽、音樂磁帶和電池這三種物品俱全。酒吧老板一次出售這三帶和電池這三種物品俱全。酒吧老板一次出售這三種物品中的任意兩種。當(dāng)一名音樂愛好者得到這三種物品中的任意兩種。當(dāng)一名音樂愛好者得到這三種物品并聽完一首樂曲后，酒吧老板才能再一次出種物

30、品并聽完一首樂曲后，酒吧老板才能再一次出售這三種物品中的任意兩種。于是第二名音樂愛好售這三種物品中的任意兩種。于是第二名音樂愛好者得到這三種物品并開始樂曲。全部買賣就這樣進(jìn)者得到這三種物品并開始樂曲。全部買賣就這樣進(jìn)行下去，試用行下去，試用p、v操作正確解決這一買賣。操作正確解決這一買賣。 n4.某私廟，有小和尚、老和尚若干。一水桶，有一某私廟，有小和尚、老和尚若干。一水桶，有一水缸，由小和尚提水入缸供老和尚飲用。水缸可容水缸，由小和尚提水入缸供老和尚飲用。水缸可容10桶水，水取自同一井中。水井徑窄，每次只能容桶水，水取自同一井中。水井徑窄，每次只能容一個水桶取水。水桶總數(shù)為一個水桶取水。水桶

31、總數(shù)為3。每次入、取缸水僅。每次入、取缸水僅為一桶，且不可同時進(jìn)行。試給出有關(guān)取水、入水為一桶，且不可同時進(jìn)行。試給出有關(guān)取水、入水的算法描述。的算法描述。 第3章 處理及調(diào)度調(diào)調(diào)度度級級別別作作業(yè)業(yè)調(diào)調(diào)度度（高高級級調(diào)調(diào)度度）進(jìn)進(jìn)程程對對換換（中中級級調(diào)調(diào)度度）進(jìn)進(jìn)程程調(diào)調(diào)度度（低低級級調(diào)調(diào)度度）調(diào)調(diào)度度隊(duì)隊(duì)列列選選擇擇調(diào)調(diào)度度方方式式和和算算法法的的準(zhǔn)準(zhǔn)則則調(diào)調(diào)度度算算法法先先來來先先服服務(wù)務(wù)短短作作業(yè)業(yè)優(yōu)優(yōu)先先多多級級反反饋饋隊(duì)隊(duì)列列高高優(yōu)優(yōu)先先權(quán)權(quán)優(yōu)優(yōu)先先時時間間片片輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)多多級級隊(duì)隊(duì)列列實(shí)實(shí)時時調(diào)調(diào)度度處處理理機(jī)機(jī)調(diào)調(diào)度度死死鎖鎖概概念念產(chǎn)產(chǎn)生生原原因因處處理理方方法法必必要要條條

32、件件競競爭爭資資源源進(jìn)進(jìn)程程推推進(jìn)進(jìn)順順序序非非法法互互斥斥條條件件請請求求和和保保持持條條件件不不剝剝奪奪條條件件環(huán)環(huán)路路等等待待條條件件死死鎖鎖預(yù)預(yù)防防死死鎖鎖避避免免死死鎖鎖檢檢測測死死鎖鎖解解除除限限制制條條件件銀銀行行家家算算法法可可能能引引起起第3章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖1. 三級調(diào)度三級調(diào)度n高級調(diào)度（作業(yè)調(diào)度或長程調(diào)度）：決定將后備隊(duì)列高級調(diào)度（作業(yè)調(diào)度或長程調(diào)度）：決定將后備隊(duì)列中的哪些作業(yè)調(diào)入內(nèi)存中的哪些作業(yè)調(diào)入內(nèi)存n低級調(diào)度（進(jìn)程調(diào)度或短程調(diào)度）：決定就需隊(duì)列中低級調(diào)度（進(jìn)程調(diào)度或短程調(diào)度）：決定就需隊(duì)列中哪個進(jìn)程先獲得處理機(jī)哪個進(jìn)程先獲得處理機(jī)q非搶占式非搶占式q搶占式搶占

33、式 搶占原則：優(yōu)先權(quán)原則、短作業(yè)有先、時間片原則搶占原則：優(yōu)先權(quán)原則、短作業(yè)有先、時間片原則n中級調(diào)度（中程調(diào)度）中級調(diào)度（中程調(diào)度）q目的：解決內(nèi)存緊張問題，常用在分時系統(tǒng)及具有虛擬存儲器目的：解決內(nèi)存緊張問題，常用在分時系統(tǒng)及具有虛擬存儲器的系統(tǒng)中。的系統(tǒng)中。2.選擇調(diào)度算法的準(zhǔn)則選擇調(diào)度算法的準(zhǔn)則（1）面向用戶的準(zhǔn)則：）面向用戶的準(zhǔn)則：（a）周轉(zhuǎn)時間短）周轉(zhuǎn)時間短（b）響應(yīng)時間快）響應(yīng)時間快（c）截止時間的保證）截止時間的保證（d）優(yōu)先權(quán)準(zhǔn)則）優(yōu)先權(quán)準(zhǔn)則（2）面向系統(tǒng)的準(zhǔn)則：）面向系統(tǒng)的準(zhǔn)則：（a）系統(tǒng)吞吐量高）系統(tǒng)吞吐量高（b）處理機(jī)利用率好）處理機(jī)利用率好（c）各類資源的平衡利用）各

34、類資源的平衡利用第3章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖3.調(diào)度算法調(diào)度算法（1）先來先服務(wù)）先來先服務(wù)(FCFS)算法算法（2）短作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先）短作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先(SJF/SPF)算法算法（3）高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先）高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先(HPF)算法算法（4）高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度）高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度(HRRN)算法算法（5）時間片輪轉(zhuǎn)）時間片輪轉(zhuǎn)(RR)算法算法(常用于交互式系統(tǒng)常用于交互式系統(tǒng))（6）多級反饋隊(duì)列調(diào)度）多級反饋隊(duì)列調(diào)度(FB)算法算法第3章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖n進(jìn)程調(diào)度算法解決以何種次序?qū)Ω骶途w進(jìn)程進(jìn)行處理進(jìn)程調(diào)度算法解決以何種次序?qū)Ω骶途w進(jìn)程進(jìn)行處理機(jī)的分配以及按何種時間比例讓進(jìn)程占用處理機(jī)。時機(jī)的分配以及

35、按何種時間比例讓進(jìn)程占用處理機(jī)。時間片輪轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度算法的基本思想是什么？時間片的間片輪轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度算法的基本思想是什么？時間片的大小對系統(tǒng)有什么影響？在選取取時間片時應(yīng)考慮哪大小對系統(tǒng)有什么影響？在選取取時間片時應(yīng)考慮哪些因素？些因素？q時間片輪轉(zhuǎn)法時間片輪轉(zhuǎn)法(RR)主要是分時系統(tǒng)中使用的一種調(diào)度算法。主要是分時系統(tǒng)中使用的一種調(diào)度算法。時間片輪轉(zhuǎn)法的基本思想是時間片輪轉(zhuǎn)法的基本思想是:將將CPU 的處理時間劃分成一個的處理時間劃分成一個個時間片個時間片,就緒隊(duì)列中的諸進(jìn)程輪流運(yùn)行一個時間片。就緒隊(duì)列中的諸進(jìn)程輪流運(yùn)行一個時間片。q在輪轉(zhuǎn)法中在輪轉(zhuǎn)法中,時間片長度的選擇將直接影響系統(tǒng)開銷和響應(yīng)

36、時時間片長度的選擇將直接影響系統(tǒng)開銷和響應(yīng)時間。如果時間片長度很小間。如果時間片長度很小,則調(diào)度程序剝奪處理機(jī)的次數(shù)頻繁則調(diào)度程序剝奪處理機(jī)的次數(shù)頻繁,加重系統(tǒng)開銷；反之，如果時間片長度選擇過長加重系統(tǒng)開銷；反之，如果時間片長度選擇過長,則輪轉(zhuǎn)法就則輪轉(zhuǎn)法就退化成先進(jìn)先出算法。退化成先進(jìn)先出算法。q影響時間片大小設(shè)置的主要因素有影響時間片大小設(shè)置的主要因素有:系統(tǒng)響應(yīng)時間，就緒進(jìn)系統(tǒng)響應(yīng)時間，就緒進(jìn)程數(shù)目程數(shù)目(終端數(shù)目終端數(shù)目)和計(jì)算機(jī)處理能力。和計(jì)算機(jī)處理能力。 n某進(jìn)程被喚醒后立即投入運(yùn)行，我們就說這個系統(tǒng)采用的是剝奪調(diào)度方法，對嗎？q答：不對。因?yàn)?，芮?dāng)前就緒隊(duì)列為空，這樣，被喚醒進(jìn)程

37、就是就緒隊(duì)列中惟一的一個進(jìn)程，于是調(diào)度程序會立即將該進(jìn)程投入運(yùn)行。n在單處理機(jī)的分時系統(tǒng)中，分配給進(jìn)程P的時間片用完后，系統(tǒng)進(jìn)行切換，結(jié)果調(diào)度到的仍然是進(jìn)程P。有可能出現(xiàn)上述情形嗎？如果可能請說明理由。q答：有可能出現(xiàn)上述情況。例如，若在進(jìn)程P時間片用完后，被迫回到就緒隊(duì)列時，就緒隊(duì)列為空，這樣進(jìn)程P就是就緒隊(duì)列中惟一的一個進(jìn)程，于是調(diào)度程序選中的進(jìn)程必然是進(jìn)程P；又如在按優(yōu)先級調(diào)度的系統(tǒng)中，就緒隊(duì)列按進(jìn)程優(yōu)先級排列，在進(jìn)程P時間片用完之后回到就緒隊(duì)列時，若其優(yōu)先級高于當(dāng)前就緒隊(duì)列中的其它進(jìn)程，則它將排在就緒隊(duì)列之首，從而再次被調(diào)度進(jìn)程選中并投入運(yùn)行。n現(xiàn)有兩道作業(yè)同時執(zhí)行，一道以計(jì)算為主，另

38、一道以輸入輸出為主，你將怎樣賦予作業(yè)進(jìn)程占有處理器的優(yōu)先級？為什么？q解解 如果計(jì)算進(jìn)程的優(yōu)先級高于或者等于輸入輸出進(jìn)程的優(yōu)先級，系統(tǒng)效率也不會提高。因?yàn)橛?jì)算進(jìn)程一旦占用了CPU便忙于計(jì)算，使輸入輸出進(jìn)程得不到運(yùn)行機(jī)會，同樣會使設(shè)備空閑，不能提高系統(tǒng)效率。q如果輸入輸出進(jìn)程的優(yōu)先級高于計(jì)算進(jìn)程的優(yōu)先級，系統(tǒng)效率就能夠得到提高。因?yàn)檩斎胼敵霾僮魇且环N速度極慢的操作。若該項(xiàng)操作的優(yōu)先級高，那么，當(dāng)它完成一項(xiàng)輸入輸出操作后，便能立即獲得CPU，為下一次輸入輸出作準(zhǔn)備工作，并啟動外部設(shè)備。當(dāng)設(shè)備被啟動起來后，它便主動讓出CPU，由系統(tǒng)將CPU交給計(jì)算機(jī)進(jìn)程使用。從而獲得較好的運(yùn)行效率。4.產(chǎn)生死鎖的原

39、因產(chǎn)生死鎖的原因（1）競爭資源）競爭資源（2）進(jìn)程間推進(jìn)順序非法）進(jìn)程間推進(jìn)順序非法5.產(chǎn)生死鎖的必要條件產(chǎn)生死鎖的必要條件（1）互斥條件）互斥條件（2）請求和保持條件）請求和保持條件（3）不剝奪條件）不剝奪條件（4）環(huán)路等待條件）環(huán)路等待條件第3章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖6.處理死鎖的基本方法處理死鎖的基本方法（1）預(yù)防死鎖）預(yù)防死鎖（2）避免死鎖）避免死鎖（3）檢測死鎖）檢測死鎖（4）解除死鎖）解除死鎖第3章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖第3章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖7.銀行家算法銀行家算法用到四個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行流程是：用到四個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行流程是：（1）某個進(jìn)程發(fā)出資源請求）某個進(jìn)程發(fā)出資源請求（2）判斷資源請

40、求是否合法，即：請求量不大于）判斷資源請求是否合法，即：請求量不大于最大需求量、不大于可用資源量最大需求量、不大于可用資源量（3）試探性將資源分配給該進(jìn)程）試探性將資源分配給該進(jìn)程（4）系統(tǒng)執(zhí)行）系統(tǒng)執(zhí)行安全性判定算法安全性判定算法，檢查分配后系統(tǒng)，檢查分配后系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)。如果安全，則確認(rèn)此次分配，是否處于安全狀態(tài)。如果安全，則確認(rèn)此次分配，否則撤銷此次分配。否則撤銷此次分配。n在解決死鎖問題的幾個方法中，哪種方法最容易實(shí)現(xiàn)?哪種方法使資源的利用率最高?q答：a. 解決死鎖可歸納為四種方法：q預(yù)防死鎖。通過一些限制條件的設(shè)置來破壞死鎖發(fā)生的四個必要條件中的一個或多個，以預(yù)防死鎖的發(fā)生。

41、q避免死鎖。在資源動態(tài)分配過程中用某些算法加以限制，防止系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)從而避免死鎖的發(fā)生。q檢測死鎖。采取一定的機(jī)制檢測系統(tǒng)是否死鎖，以配合死鎖的解除。q解除死鎖。通過撤銷一些進(jìn)程來回收資源把系統(tǒng)從死鎖中解脫出來。qb. 其中，預(yù)防死鎖是最容易實(shí)現(xiàn)的；c. 避免死鎖使資源的利用率最高.n有3個進(jìn)程P1、P2和P3并發(fā)工作。進(jìn)程P1需要資源S3和S1，進(jìn)程P2需要資源S1和S2，進(jìn)程P3需要資源S2和S3。那么，若對資源分配不加限制，會發(fā)生什么情況？為什么？為保證進(jìn)程正確地工作，應(yīng)采用怎樣的資源分配策略？為什么？n解：若對進(jìn)程間的資源分配不加限制，可能會發(fā)生死鎖，因?yàn)檫@樣的分配可能導(dǎo)致進(jìn)程間

42、的“循環(huán)等待”，并且這種狀態(tài)將永遠(yuǎn)持續(xù)下去。進(jìn)程P1、P2和P3分別獲得資源S3、S1和S2，后再繼續(xù)申請資源時都要等待。n為保證進(jìn)程正確地工作，系統(tǒng)應(yīng)該采取一定的資源分配策略來限制死鎖發(fā)生的必要條件。q限制請求和保持條件的發(fā)生。可以要求進(jìn)程只有一次性申請到了它所需的所有資源后才能得到運(yùn)行，否則將放棄它申請到的資源。即采用靜態(tài)分配。q限制不剝奪條件的發(fā)生?？梢栽试S系統(tǒng)中的進(jìn)程在申請了系統(tǒng)中已經(jīng)沒有了的資源后，可以從其他沒有在運(yùn)行的進(jìn)程中搶奪該資源。q限制環(huán)路等待條件的發(fā)生?？梢砸筮M(jìn)程按照資源的編號來順序地申請資源。即P1進(jìn)程先申請S1再申請S3，P2進(jìn)程先申請S1再申請S2，P3進(jìn)程先申請S

43、2再申請S3。第4章 存儲器管理程程序序處處理理步步驟驟內(nèi)內(nèi)存存分分配配算算法法優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)請求頁式請求段式虛虛擬擬存存儲儲器器需需要要時時裝裝入入需需要要時時裝裝入入單單一一固固定定分分區(qū)區(qū)動動態(tài)態(tài)分分區(qū)區(qū)首首次次適適應(yīng)應(yīng)循循環(huán)環(huán)首首次次適適應(yīng)應(yīng)最最差差適適應(yīng)應(yīng)最最佳佳適適應(yīng)應(yīng)頁頁面面置置換換算算法法存存在在的的問問題題FIFOPBALRUOptimalNRULFUBelady異異常常抖抖動動裝裝入入到到哪哪里里？編編譯譯鏈鏈接接裝裝入入靜靜態(tài)態(tài)鏈鏈接接動動態(tài)態(tài)鏈鏈接接裝裝入入時時動動態(tài)態(tài)運(yùn)運(yùn)行行時時動動態(tài)態(tài)絕絕對對裝裝入入可可重重定定位位裝裝入入動動態(tài)態(tài)運(yùn)運(yùn)行行裝裝入入動動態(tài)態(tài)可可重重

44、定定位位離離散散分分配配方方式式連連續(xù)續(xù)分分配配方方式式基基本本分分頁頁段段頁頁式式基基本本分分段段一、內(nèi)存管理概念n1.內(nèi)存管理的功能存儲管理的主要任務(wù)時為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲器、提高存儲器的利用率以及從邏輯上擴(kuò)充存儲器。為此，存儲管理應(yīng)具有如下功能：q內(nèi)存的分配和回收q地址變換q擴(kuò)充內(nèi)存容量q存儲保護(hù)一、內(nèi)存管理概念n2.應(yīng)用程序的處理過程（1）用戶先編輯好應(yīng)用程序（2）通過相關(guān)語言的編譯程序?qū)⑵渚幾g成若干個目標(biāo)模塊（3）再通過鏈接程序?qū)⒕幾g后的目標(biāo)模塊以及它們所需要的庫函數(shù)鏈接在一起，形成一個完整的裝入模塊（4）最后通過裝入程序?qū)⑺鼈冄b入內(nèi)存進(jìn)行運(yùn)行。一、內(nèi)存管

45、理概念q程序的鏈接方式：n靜態(tài)鏈接：在程序運(yùn)行之前，先把各個目標(biāo)模塊及它們所需要的庫函數(shù)鏈接成一個完整的可執(zhí)行程序，以后不再拆開。n裝入時動態(tài)鏈接：將應(yīng)用程序編譯后所得到的一組目標(biāo)模塊在裝入內(nèi)存時采用邊裝入邊鏈接方式。n運(yùn)行時動態(tài)鏈接：對一些目標(biāo)模塊的鏈接直到程序運(yùn)行時才去對它進(jìn)行鏈接，其優(yōu)點(diǎn)是便于修改和更新，便于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模塊的共享。一、內(nèi)存管理概念q程序的裝入方式n絕對裝入：在編譯時就知道程序?qū)⒁v留的內(nèi)存地址，編譯程序產(chǎn)生絕對地址目標(biāo)代碼。不適合多道程序設(shè)計(jì)。n可重定位裝入：根據(jù)內(nèi)存當(dāng)前的使用情況，將裝入模塊裝入到內(nèi)存的適當(dāng)位置，地址變換通常是在裝入時一次性完成的，之后都不再改變，也稱為靜

46、態(tài)重定位。特點(diǎn)：在一個作業(yè)裝入內(nèi)存時必須分配其要求的全部內(nèi)存空間，此外，不能在內(nèi)存中移動或增加內(nèi)存空間。n動態(tài)運(yùn)行裝入：允許程序運(yùn)行時在內(nèi)存中移動位置，把裝入模塊裝入到內(nèi)存后所有的地址都是相對地址，只有到程序需要真正執(zhí)行時才把相對地址轉(zhuǎn)換成絕對地址，也稱為動態(tài)重定位。特點(diǎn)：可以將程序分配到不連續(xù)的存儲區(qū)中，課裝入部分代碼。二、連續(xù)分配方式1.固定分區(qū)分配劃分分區(qū)的方法：分區(qū)大小相等、分區(qū)大小不等內(nèi)存分配：將分區(qū)按大小進(jìn)行排序，建立一張分區(qū)使用表優(yōu)點(diǎn)：可用于多道程序系統(tǒng)最簡單的存儲分配，無外部碎片缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程共享一個主存區(qū)，所以存儲空間利用率較低，有內(nèi)部碎片。二、連續(xù)分配方式2.可變分區(qū)

47、分配q數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：空閑分區(qū)表、空閑分區(qū)鏈q分配算法：（1）首次適應(yīng)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)先利用內(nèi)存低址部分的內(nèi)存空間，無內(nèi)部碎片n缺點(diǎn)：低址部分不斷劃分，有外部碎片；每次查找從低址部分開始，增加了查找的開銷。n要求：空閑分區(qū)表或空閑分區(qū)鏈按地址從低到高排列n循環(huán)首次適應(yīng)、最佳（差）適應(yīng)二、連續(xù)分配方式2.可變分區(qū)分配q數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：空閑分區(qū)表、空閑分區(qū)鏈q分配算法：（2）循環(huán)首次適應(yīng)n優(yōu)點(diǎn)：使內(nèi)存空閑分區(qū)分布均勻，減少查找開銷，無內(nèi)部碎片n缺點(diǎn)：會導(dǎo)致缺乏大的空閑分區(qū)，有外部碎片n要求：空閑分區(qū)表或空閑分區(qū)鏈按地址從低到高排列二、連續(xù)分配方式2.可變分區(qū)分配q數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：空閑分區(qū)表、空閑分區(qū)鏈q分配算法：（3）最

48、佳適應(yīng)算法n優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)生的外部碎片很小，無內(nèi)部碎片n缺點(diǎn)：產(chǎn)生許多難以利用的小空閑區(qū)，仍有外部碎片n要求：空閑分區(qū)表或空閑分區(qū)鏈按其容量從小到大排列（4）最壞適應(yīng)算法n優(yōu)點(diǎn)：使得留下來的空閑區(qū)較大，便于下次利用，無內(nèi)部碎片n缺點(diǎn)：大的空閑區(qū)不容易保留，有外部碎片n要求：空閑分區(qū)表或空閑分區(qū)鏈按其容量從大到小排列二、連續(xù)分配方式2.可變分區(qū)分配q回收：合并相鄰的空閑區(qū)q拼接技術(shù)q分區(qū)的存儲保護(hù)：上下界寄存器方法、基址限長寄存器方法q動態(tài)分區(qū)分配的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了多道程序共享主存、管理方案相對簡單，不需要更多的軟硬件開銷，實(shí)現(xiàn)存儲保護(hù)的手段比較簡單n缺點(diǎn)：主存利用不夠充分，即存在內(nèi)部碎片，無法實(shí)

49、現(xiàn)多進(jìn)程共享存儲器的信息，無法實(shí)現(xiàn)主存的擴(kuò)充采用可變分區(qū)方式管理主存空間時，若主存中按地址順序依次有五個空閑區(qū)，空閑區(qū)大小分別為15k，28k，10k，226k，110k?，F(xiàn)有五個作業(yè)Ja、Jb、Jc、Jd和Je，它們需要的主存依次為10k，15k，102k，26k，80k。如果采用最先適應(yīng)算法能把這五個作業(yè)按JaJe的次序全部裝入主存嗎？用什么分配算法裝入這五個作業(yè)可使主存的利用率最高？ 1.離散分配方式分類分頁、分段2.基本分頁存儲管理的實(shí)現(xiàn)思想作業(yè)分頁，內(nèi)存分塊，頁大小等于塊大小3.分頁地址結(jié)構(gòu)頁號+頁內(nèi)位移4.分頁地址變換（1）求頁號和頁內(nèi)位移；（2）查頁表得塊號；（3）計(jì)算物理地址：

50、塊號*塊大小+頁內(nèi)位移5.基本分頁存儲管理方式的優(yōu)缺點(diǎn)q優(yōu)點(diǎn)：存在頁內(nèi)碎片，但碎片相對較小，內(nèi)存利用率教高；實(shí)現(xiàn)了離散分配，消除了程序浮動；便于存儲訪問控制，有利于代碼共享；無外部碎片。q缺點(diǎn)：需要專門的硬件支持，尤其是快表；內(nèi)存訪問的效率下降；不支持動態(tài)鏈接，不能實(shí)現(xiàn)真正的共享；有內(nèi)部碎片6.分頁和分段有何異同三、離散分配方式n為滿足264地址空間的作業(yè)運(yùn)行，采用多級分頁存儲管理方式，假設(shè)頁面大小為4KB，在頁表中的每個頁表項(xiàng)需要占8個字節(jié)，則為了滿足系統(tǒng)的分頁管理至少應(yīng)采用多少級頁表？n解：頁面大小=4KB=212字節(jié)，每個頁表項(xiàng)為8字節(jié)，所以一個頁面中可以存放212/23=29個頁表項(xiàng)。

51、設(shè)有n層分頁，則64位邏輯地址形式為： 第1層頁號第2層頁號第n層頁號頁內(nèi)偏移量其中其中,頁面大小為頁面大小為212字節(jié)，所以頁內(nèi)偏移量占字節(jié)，所以頁內(nèi)偏移量占12位位.剩下剩下64-12=52位位,由由于每層指向一個物理塊于每層指向一個物理塊,其中可放下其中可放下29個頁表項(xiàng)個頁表項(xiàng),所以所以52/9=6(向上取整向上取整)。四、虛擬內(nèi)存管理1.虛擬存儲器的定義 虛擬存儲器是指具有請求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上對內(nèi)存容量加以擴(kuò)充的一種存儲器系統(tǒng)。2.實(shí)現(xiàn)虛擬存儲技術(shù)的硬件支持q要有相當(dāng)數(shù)量的外存：足以存放多個用戶的程序q要有一定容量的內(nèi)存：因?yàn)樵谔幚頇C(jī)上運(yùn)行的程序必須有一部分信息存放在內(nèi)

52、存中。q地址變換機(jī)構(gòu)：以動態(tài)實(shí)現(xiàn)虛地址到實(shí)地址的地址變換3.常用的虛擬存儲技術(shù)q請求分頁存儲管理q請求分段存儲管理q請求段頁式存儲管理4.虛擬存儲器的特征多次性、對換性、虛擬性五、請求分頁存儲管理1.請求分頁的硬件支持頁表、缺頁中斷（指令執(zhí)行期間發(fā)生中斷）、地址變換機(jī)構(gòu)2.內(nèi)存分配策略和分配算法（1）最小物理塊數(shù)的確定：能保證程序運(yùn)行所需的最小物理塊數(shù)（2）物理塊的分配策略 固定分配局部置換、可變分配全局置換、可變分配局部置換（3）物理塊分配算法 平均分配算法、按比例分配算法、考慮優(yōu)先權(quán)分配算法3.調(diào)頁策略（1）調(diào)入頁面的時間：請求調(diào)頁策略、預(yù)調(diào)頁策略（2）從何處調(diào)入：兌換區(qū)、文件區(qū)（未修改的

53、頁面）+兌換區(qū)、unix方式是文件區(qū)（未運(yùn)行過的頁面）+兌換區(qū)（運(yùn)行過又被換出的頁面）4.頁面置換算法 最佳置換算法、先進(jìn)先出（FIFO）置換算法、最近最久未使用（LRU）置換算法、Clock置換算法 頁面置換時，一定有頁面被寫到磁盤交換區(qū)嗎？（no） 5.缺頁率 影響缺頁的因素：q頁面置換算法：其優(yōu)略影響缺頁中斷次數(shù)q主存物理塊數(shù)：其數(shù)目越多，缺頁率越低q頁面大小：頁面大，缺頁率低，反之，缺頁率高q程序特性：編程方法對缺頁中斷次數(shù)有影響目前，大多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都支持虛擬頁式地址轉(zhuǎn)換機(jī)制。試回答下列問題：(1)頁式存儲管理方案中，用戶地址空間怎樣劃分？內(nèi)存地址空間怎樣劃分？內(nèi)存分配過程是怎樣的？

54、(2)頁表應(yīng)設(shè)計(jì)哪些數(shù)據(jù)項(xiàng)，每個數(shù)據(jù)項(xiàng)的作用是什么？(3)頁式存儲管理方案中，地址映射機(jī)制需要哪種寄存器的支持？為了加快地址映射速度，需要采取什么措施？該措施的作用是什么？答：(1)系統(tǒng)將用戶程序的邏輯空間按照相等大小劃分成若干界面，稱為邏輯頁面。各個邏輯頁面從0開始依次編號，每個邏輯頁面內(nèi)也從0開始編址，稱為頁內(nèi)地址。用戶程序的邏輯地址由邏輯頁號和頁內(nèi)地址兩部分組成。頁式存儲管理將內(nèi)存空間按照邏輯頁面大小劃分成等長的若干區(qū)域，每個區(qū)域?yàn)橐粋€內(nèi)存塊。內(nèi)存的所有內(nèi)存塊從0開始編號。內(nèi)存分配時，以頁面（塊）為單位，并按用戶程序所需頁數(shù)多少進(jìn)行分配。邏輯上相鄰的頁面在內(nèi)存中不一定相鄰，即分配給用戶程

55、序的內(nèi)存塊不一定連續(xù)。(2)頁表表項(xiàng)有：邏輯頁面號；物理頁面號（或塊號）；駐留位（中斷位或特征位）：指示該頁在內(nèi)存還是在外存；外存地址：指示該頁在外存的地址；修改位：指示該頁在內(nèi)存駐留期間是否被修改過；(3)系統(tǒng)提供一對硬件寄存器：頁表始址寄存器和頁表長度寄存器。頁表始址寄存器，用于保存正在運(yùn)行進(jìn)程的頁表在內(nèi)存的首地址。當(dāng)進(jìn)程被調(diào)度程序選中投入運(yùn)行時，系統(tǒng)將其頁表首地址從進(jìn)程控制塊中取出送入該寄存器。頁表長度寄存器，用于保存正在運(yùn)行進(jìn)程的頁表的長度。當(dāng)進(jìn)程被選中運(yùn)行時，系統(tǒng)將它從進(jìn)程控制塊中取出送入該寄存器。為了加快地址映射速度，可在地址映射機(jī)制中增加一個小容量的聯(lián)想寄存器（相聯(lián)存儲器），它由

56、高速寄存器組成，成為一張快表，快表用來存放當(dāng)前訪問最頻繁的少數(shù)活動頁的頁號。 n什么是抖動? 產(chǎn)生抖動的原因是什么?n答a. 抖動(Thrashing)就是指當(dāng)內(nèi)存中已無空閑空間而又發(fā)生缺頁中斷時，需要從內(nèi)存中調(diào)出一頁程序或數(shù)據(jù)送磁盤的對換區(qū)中，如果算法不適當(dāng)，剛被換出的頁很快被訪問，需重新調(diào)入，因此需再選一頁調(diào)出，而此時被換出的頁很快又要被訪問，因而又需將它調(diào)入，如此頻繁更換頁面，以致花費(fèi)大量的時間，我們稱這種現(xiàn)象為抖動;nb. 產(chǎn)生抖動的原因是由于CPU 的利用率和多道程序度的對立統(tǒng)一矛盾關(guān)系引起的，為了提高CPU 利用率，可提高多道程序度，但單純提高多道程序度又會造成缺頁率的急劇上升，導(dǎo)

57、致CPU 的利用率下降，而系統(tǒng)的調(diào)度程序又會為了提高CPU 利用率而繼續(xù)提高多道程序度，形成惡性循環(huán)，我們稱這時的進(jìn)程是處于抖動狀態(tài)。一個好的調(diào)度算法應(yīng)減少和避免抖動現(xiàn)象。以存儲管理中的段式存儲管理為例，請敘述操作系統(tǒng)對內(nèi)存的具體管理方案（包括功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法）。首先從內(nèi)存劃分、程序邏輯地址劃分、內(nèi)存分配幾方面考慮段式存儲管理方案的工作原理：內(nèi)存劃分：內(nèi)存空間被動態(tài)地劃分為若干個長度不相同的區(qū)域，每個區(qū)域稱作一個物理段、每個物理段在內(nèi)存中有一個起始地址，稱作段首址。將物理段中的所有單元從0 開始依次編址，稱為段內(nèi)地址。邏輯地址空間劃分：用戶程序按邏輯上有完整意義的段來劃分。稱為邏輯段。例如

58、主程序、子程序、數(shù)據(jù)等都可各成一段，每段對應(yīng)于一個過程，一個程序模塊或一個數(shù)據(jù)集合。將一個用戶程序的所有邏輯段從0 開始編號，稱為段號。將一個邏輯段中的所有單元從0開始編址，稱為段內(nèi)地址。用戶程序的邏輯地址由段號和段內(nèi)地址兩部分組成：段號，段內(nèi)地址內(nèi)存分配：系統(tǒng)以段為單位進(jìn)行內(nèi)存分配，為每一個邏輯段分配一個連續(xù)的內(nèi)存區(qū)(物理段)。邏輯上連續(xù)的段在內(nèi)存不一定連續(xù)存放。然后，從實(shí)現(xiàn)方法上考慮：建立段表系統(tǒng)為每個用戶程序建立一張段表，用于記錄用戶程序的邏輯段與內(nèi)存物理段之間的對應(yīng)關(guān)系，包括邏輯段號，物理段首地址和物理段長度三項(xiàng)內(nèi)容。用戶程序有多少邏輯段，該段表里就登記多少行，且按邏輯段的順序排列。段

59、表存放在內(nèi)存系統(tǒng)區(qū)里。建立空閑區(qū)表系統(tǒng)中設(shè)立一張內(nèi)存空閑區(qū)表，記錄內(nèi)存中空閑區(qū)域情況，用于為段分配和回收內(nèi)存。系統(tǒng)在尋找空閑區(qū)時可采用以下三種分配算法。首先適應(yīng)算法根據(jù)申請，在空閑區(qū)表中選取第一個滿足申請長度的空閑區(qū)。此算法簡單，可以快速做出分配決定。最佳適應(yīng)算法根據(jù)申請，在空閑區(qū)表中選擇能滿足申請長度的最小空閑區(qū)。此算法最節(jié)約空間，因?yàn)樗M量不分割大的空閑區(qū)。其缺點(diǎn)是可能會形成很多很小的空閑區(qū)域，稱作碎片。最壞適應(yīng)算法根據(jù)申請，在空閑區(qū)表中選擇能滿足申請要求的最大的空閑區(qū)。該算法的出發(fā)點(diǎn)是：在大空頭區(qū)中裝人信息后，分割剩下的空閑區(qū)相對也大，還能用于裝入新的信息。該算法的優(yōu)點(diǎn)是可以避免形成碎片

60、；缺點(diǎn)是分割大的空閑區(qū)后，再遇到較大的申請時，無法滿足的可能性較大。 設(shè)某計(jì)算機(jī)的邏輯地址空間和物理地址空間均為設(shè)某計(jì)算機(jī)的邏輯地址空間和物理地址空間均為64KB，按字節(jié)編址。若，按字節(jié)編址。若某進(jìn)程最多需要某進(jìn)程最多需要6頁數(shù)據(jù)存儲空間，頁的大小為頁數(shù)據(jù)存儲空間，頁的大小為1KB。操作系統(tǒng)采用固定。操作系統(tǒng)采用固定分配局部置換策略為此進(jìn)程分配分配局部置換策略為此進(jìn)程分配4個頁框，如下個頁框，如下：頁號頁號頁框號頁框號裝入時刻裝入時刻訪問位訪問位071301142301222001391601當(dāng)該進(jìn)程執(zhí)行到當(dāng)該進(jìn)程執(zhí)行到260時刻時，要訪問邏輯地址為時刻時，要訪問邏輯地址為17CAH的數(shù)據(jù)，請