計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第四版期末復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)匯總附習(xí)題

第一章引論

①為什么發(fā)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：方便、有效、可擴(kuò)充、開放

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作用：做接口、管理資源、資源的抽象

發(fā)展計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力：提高利用率、更加方便、應(yīng)用.體系.硬件更新都要跟上

②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展史

一、無操作系統(tǒng)

(-)人工操作：?jiǎn)斡脩簟PU.內(nèi)存長(zhǎng)期空閑

(二)脫機(jī)輸入/輸出(OFF-LINEI/O):裝好卡片再上機(jī)。節(jié)約CPU空閑時(shí)間、提高

I/O速度

二、單道批操作系統(tǒng)

描述：有個(gè)監(jiān)督程序?qū)⒋艓系淖鳂I(yè)調(diào)入計(jì)算機(jī)

缺點(diǎn)：I/O太慢，CPU太快

三、多道批操作系統(tǒng)

描述：A在I/O,B趁機(jī)CPU

優(yōu)點(diǎn)：肯定提高資源利用率、系統(tǒng)吞吐量變大

缺點(diǎn)：每個(gè)程序都要很久才處理完(作業(yè)要排隊(duì))、無交互能力

未解難題：內(nèi)存、處理機(jī)爭(zhēng)用、I/O設(shè)備、文件的組織和管理、作業(yè)管理、用戶和系統(tǒng)的

接口

四、分時(shí)系統(tǒng)

描述：解決人機(jī)交互問題

優(yōu)點(diǎn)：終于有人機(jī)交互、多用戶共享主機(jī)

實(shí)際問題：由于多用戶，所以要有"多路卡"、作業(yè)直接入內(nèi)存、有個(gè)“時(shí)間片"調(diào)度作

業(yè)

特征：多路、獨(dú)立、及時(shí)（用戶可接受）、交互

五、實(shí)時(shí)系統(tǒng)

描述：工業(yè)（武器）控制系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)

類型1:周期性實(shí)時(shí)：真的很周期；非周期性實(shí)時(shí)：有開始截止時(shí)間和完成截止時(shí)間

類型2:硬實(shí)時(shí)：工業(yè)、武器系統(tǒng)；軟實(shí)時(shí)：信息查詢系統(tǒng)和多媒體系統(tǒng)

與分時(shí)系統(tǒng)比較：多路、獨(dú)立、及時(shí)（毫秒級(jí)）、交互、可靠

六、微機(jī)時(shí)代

（-）單用戶單任務(wù)：8位機(jī)的CP/M、16位機(jī)的MS-DOS

（二）單用戶多任務(wù)：目前的32位系統(tǒng)，如Windows

（三）多用戶多任務(wù)：UNIX、Solaris.Linux

③操作系統(tǒng)共同特性：

一、并發(fā)

（一）并發(fā)和并行宏觀上一樣，

并發(fā)：?jiǎn)翁幚頇C(jī)系統(tǒng)，微觀上交替運(yùn)行

并行：多處理機(jī)系統(tǒng)，微觀上同時(shí)運(yùn)行

（二）引入進(jìn)程

進(jìn)程：在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，由機(jī)器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成,

能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體

特點(diǎn)：用進(jìn)程就可以并發(fā)執(zhí)行了

二、共享

（-）互斥共享方式

例子：臨界資源，打印機(jī)、磁帶機(jī)

描述：你要先申請(qǐng)才能獲得資源

（二）同時(shí)訪問方式

描述：微觀上還是并發(fā)

例子：多用戶磁盤設(shè)備

條件：系統(tǒng)允許進(jìn)程并發(fā)、系統(tǒng)能有效管理資源

三、虛擬

（-）時(shí)分復(fù)用技術(shù)（利用空閑時(shí)間服務(wù)其他用戶）

虛擬處理機(jī)技術(shù)：分身之術(shù)

虛擬設(shè)備：又是分身之術(shù)，騙用戶以為有專人服務(wù)

時(shí)分復(fù)用：速度：＜1/N

（二）空分復(fù)用技術(shù)

描述：將程序、電話線分成若干部分，然后各部分分時(shí)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行

空分復(fù)用：空間：＜1/N

四、異步

描述：因?yàn)橐l(fā)，所以需要一個(gè)機(jī)制調(diào)度進(jìn)程

④操作系統(tǒng)主要功能

一、處理機(jī)管理功能

（-）進(jìn)程控制

描述：要并發(fā)，就要進(jìn)程、要進(jìn)程，就要管理

（二）進(jìn)程同步

進(jìn)程互斥方式：臨界資源要互斥

進(jìn)程同步方式：合作完成共同任務(wù)，同步機(jī)構(gòu)要協(xié)調(diào)先后次序（信號(hào)量控制）

（三）進(jìn)程通信

描述：對(duì)合作進(jìn)程而言，需要交換信息。當(dāng)他們處于同一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，通常采用直接通

信的方式。

例子：輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程、打印進(jìn)程，需要信息交換

（四）調(diào)度

作業(yè)調(diào)度：選擇作業(yè)、建立進(jìn)程、分配資源、插入就緒隊(duì)列

進(jìn)程調(diào)度：從就緒隊(duì)列中選出進(jìn)程，分配CPU

二、存儲(chǔ)器管理功能

（-）內(nèi)存分配

任務(wù)：分配空間、減少碎片、追加內(nèi)存空間

方式：靜態(tài)分配，裝入內(nèi)存時(shí)確定，不允許追加、不允許移動(dòng)；動(dòng)態(tài)分配，允許追加、允

許移動(dòng)

（二）內(nèi)存保護(hù)

任務(wù)1:每道程序只在自己的內(nèi)存空間運(yùn)行，互不干擾

任務(wù)2:不允許用戶程序訪問操作系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)、也不允許用戶程序轉(zhuǎn)移到非共享的其

他用戶程序中執(zhí)行

（三）地址映射

任務(wù)：存儲(chǔ)器要負(fù)責(zé)地址映射，在硬件支持下完成

（四）內(nèi)存擴(kuò)充

描述：用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量

任務(wù)1:請(qǐng)求-調(diào)入功能

任務(wù)2:置換功能

三、設(shè)備管理功能

任務(wù)1:完成用戶進(jìn)程的I/O請(qǐng)求：分配I/O設(shè)備，完成I/O操作

任務(wù)2:提高CPU和I/O利用率：提高I/O速度，方便用戶使用I/O設(shè)備

（-）緩沖管理

描述：在內(nèi)存中設(shè)置緩沖區(qū)（CPU高速性和I/O低速性）

例子：?jiǎn)尉彌_機(jī)制、雙向同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機(jī)制、多個(gè)設(shè)備共同使用的公用"緩沖池"

機(jī)制

（二）設(shè)備分配

描述：在系統(tǒng)中設(shè)置"設(shè)備控制表"、"控制器控制表"等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄設(shè)備和控

制器等標(biāo)識(shí)符和狀態(tài)。根據(jù)表就知道指定設(shè)備當(dāng)前是否可用、忙碌。分配時(shí)，針對(duì)不同設(shè)

備要有不同"分配方式"，對(duì)獨(dú)占設(shè)備還要考慮分配后是否安全

（三）設(shè)備處理

描述：CPU向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，要求完成I/O操作、反之，CPU接收控制器發(fā)

出的中斷請(qǐng)求，并響應(yīng).處理

四、文件管理功能

描述：管理用戶、系統(tǒng)文件，方便使用；保證安全性

（-）文件儲(chǔ)存空間管理

背景：多用戶環(huán)境下，用戶自己管理文件存儲(chǔ)，會(huì)困難和低效

任務(wù)1:為每個(gè)文件分配外存空間、提高外存利用率、進(jìn)而提高存取速度

任務(wù)2:系統(tǒng)中設(shè)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄文件存儲(chǔ)空間使用情況，以供分配時(shí)參考

任務(wù)3:分配和回收

（二）目錄管理

任務(wù)1:為每個(gè)文件建立目錄項(xiàng)，包括文件名、屬性、物理位置等，以實(shí)現(xiàn)按名存取

任務(wù)2:實(shí)現(xiàn)文件共享。

任務(wù)3:提供目錄查詢手段

（三）文件讀/寫管理和保護(hù)

文件讀/寫管理：根據(jù)用戶請(qǐng)求，從外存中讀取數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入外存

文件保護(hù)：防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件、防止冒名頂替存取文件、防止以不正確方式使

用文件

五、操作系統(tǒng)與用戶之間的接口

（-）用戶接口

描述：方便用戶直接.間接控制自己的作業(yè)

聯(lián)機(jī)用戶接口：等待用戶鍵入命令

脫機(jī)用戶接口：一開始就提供作業(yè)說明書，直到作業(yè)結(jié)束語句

圖形用戶接口：移動(dòng)鼠標(biāo)選擇菜單項(xiàng)

（二）程序接口

描述：舊系統(tǒng)用匯編語言寫，所以只有匯編語言的才能直接使用系統(tǒng)調(diào)用；如果是高級(jí)語

言，就用——對(duì)應(yīng)的庫函數(shù)

六、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的新功能

（一）系統(tǒng)安全

描述：確保存儲(chǔ)和傳送數(shù)據(jù)的保密性、完整性和系統(tǒng)可用性，要用幾種技術(shù)

技術(shù)：認(rèn)證技術(shù)、密碼技術(shù)、訪問控制技術(shù)、反病毒技術(shù)

（二）網(wǎng)絡(luò)的功能和服務(wù)

功能：網(wǎng)絡(luò)通信、資源管理、應(yīng)用互操作

（三）支持多媒體

功能：接納控制功能、實(shí)時(shí)調(diào)度、多媒體文件的存儲(chǔ)

⑤OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、傳統(tǒng)操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(-)無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)

又名：整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(-)模塊化結(jié)構(gòu)os

基本概念：

又名：模塊-接口法

描述：有模塊、子模塊、接口

模塊獨(dú)立性：

標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)聚性越高，模塊獨(dú)立性越高、耦合度越低，模塊獨(dú)立性越高

優(yōu)點(diǎn)：提高設(shè)計(jì)正確性.可理解性和可維護(hù)性、增強(qiáng)可適應(yīng)性、加快加速過程

缺點(diǎn)：接口難以滿足需求、無序

(三)分層式結(jié)構(gòu)OS

基本概念：有序分層，自底向上法鋪設(shè)中間層

優(yōu)點(diǎn)：易保證系統(tǒng)正確性、易擴(kuò)充和易維護(hù)

缺點(diǎn)：系統(tǒng)效率降低

二、客戶/服務(wù)器模式(Client/serverModel)簡(jiǎn)介

(-)客戶/服務(wù)器模式的由來、組成和類型

組成：客戶機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

(二)客戶/服務(wù)器之間的交互

描述：客戶發(fā)送請(qǐng)求消息、服務(wù)器接收消息、服務(wù)器回送消息、客戶機(jī)接收消息

(三)客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)

描述：數(shù)據(jù)分布處理和存儲(chǔ)、便于集中管理、靈活性和可擴(kuò)充性、易于改編應(yīng)用軟件

三、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)

(-)OOP的基本概念

描述：抽象，具體事物為對(duì)象

對(duì)象：封裝好

對(duì)象類：創(chuàng)建多個(gè)相似對(duì)象

繼承：繼承父類，增加部分

(-)OOP的優(yōu)點(diǎn)

描述："重用"提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率、使系統(tǒng)具有更好的易修改性和易擴(kuò)展性、易于保

證系統(tǒng)"正確性"和"可靠性"

四、微內(nèi)核os結(jié)構(gòu)

描述：支持多處理機(jī)

例子：卡內(nèi)基?梅隆的MachOS、Windows2000/XP

(-)基本概念

描述：足夠小的內(nèi)核、基于C/S模式、應(yīng)用"機(jī)制與策略分離"原理、采用OOP技術(shù)

(二)基本功能

描述：進(jìn)程管理、低級(jí)存儲(chǔ)器管理、中斷和陷入處理

(三)優(yōu)點(diǎn)

描述：提高可擴(kuò)展性、增強(qiáng)可靠性、可移植性強(qiáng)、提供對(duì)分布式系統(tǒng)的支持、融入OOP

(四)缺點(diǎn)

描述：效率降低

第二章進(jìn)程描述與控制

①前趨圖與程序執(zhí)行

一、前趨圖與程序執(zhí)行

（-）前趨圖

描述：前一個(gè)做完，才到后一個(gè)做、禁止循環(huán)

二、順序執(zhí)行

描述：一個(gè)跟一個(gè)

特征：）1面序、封閉（獨(dú)占資源）、可再現(xiàn)

三、并發(fā)執(zhí)行

描述：互不依賴才能并發(fā)執(zhí)行

特征：間斷、失去封閉、不可再現(xiàn)

②進(jìn)程的描述

一、進(jìn)程的定義和特征

進(jìn)程實(shí)體：程序段、相關(guān)的數(shù)據(jù)段和PCB

定義：進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位

特征：動(dòng)態(tài)、并發(fā)、獨(dú)立、異步

二、進(jìn)程的基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換

進(jìn)程的三基態(tài)：就緒（只欠CPU）、執(zhí)行、阻塞（因故無法微賣執(zhí)行）

三態(tài)轉(zhuǎn)換：如圖

新增兩態(tài)：創(chuàng)建狀態(tài)、終止?fàn)顟B(tài)

五態(tài)轉(zhuǎn)換：如圖

三、掛起操作和進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

掛起原因：終端用戶需要、父進(jìn)程請(qǐng)求、負(fù)荷調(diào)節(jié)、操作系統(tǒng)需要

引入掛起后的三態(tài)轉(zhuǎn)換：如圖

必

耿

引入掛起后的五態(tài)轉(zhuǎn)換：如圖

就緒

掛起阻塞

四、進(jìn)程管理中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

進(jìn)程名O

進(jìn)程標(biāo)識(shí)符e送程4O,

用戶幺

標(biāo)識(shí)符信息用戶標(biāo)識(shí)用戶號(hào)

父進(jìn)程

家族聯(lián)系

子進(jìn)程

前用寄存器

處理機(jī)狀態(tài)信息（現(xiàn)指令il做器

場(chǎng)）程序狀態(tài)字

用戶棧指針

進(jìn)程狀態(tài)

進(jìn)程優(yōu)先敷（級(jí)/權(quán)）

進(jìn)程調(diào)度信息

等待收因

調(diào)度算法步效等

程序和數(shù)燃的地址

進(jìn)程同步和熱值機(jī)制

進(jìn)程控制信息

青■精電

能按指計(jì)

重新執(zhí)行時(shí)，能從斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行.（

它們是用戶程序可以訪

問的,用于留存信息

通用寄存器一

指令計(jì)數(shù)器-存放要訪問的下一條

處理機(jī)狀態(tài)信息（現(xiàn)場(chǎng)）指令的地址

程序狀態(tài)字、

用戶棧指計(jì)

其中含有狀態(tài)信息，

如條件碼、執(zhí)行方式、

中斷屏蔽標(biāo)志等,

存放過程和系統(tǒng)調(diào)

用參數(shù)及調(diào)用地址

指明進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)，

3）進(jìn)程調(diào)度信息作為進(jìn)程調(diào)度和對(duì)換時(shí)

的依據(jù)]

描述進(jìn)程使用處

進(jìn)程狀態(tài)"

理機(jī)的優(yōu)先級(jí)別

進(jìn)程優(yōu)先數(shù)（級(jí)/權(quán)）的一個(gè)整數(shù)

進(jìn)程調(diào)度信息

等待原因

調(diào)度算法參數(shù)釘7；由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變

一尸D為阻塞狀態(tài)所等

待發(fā)生的事件J

進(jìn)程調(diào)度所需的其他

信息，如等待CPI的

時(shí)間總和。

__________________

指進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)

所在的內(nèi)存或外存地

@）址^.

程序和數(shù)據(jù)的地址/

進(jìn)程同步和通信機(jī)制

-at?R

資源清單

鏈接啊%、\

資源管理功能：進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理

二、進(jìn)程的創(chuàng)建

層次結(jié)構(gòu)：UNIX有父子關(guān)系，Windows只有控制與被控制關(guān)系

進(jìn)程圖：描述家庭關(guān)系的圖

引起創(chuàng)建進(jìn)程的事件：用戶登錄、作業(yè)調(diào)度、提供服務(wù)（譬如打?。?、應(yīng)用請(qǐng)求

進(jìn)程的創(chuàng)建：申請(qǐng)空白PCB、分配物理.邏輯資源、初始化PCB、如果能插入就緒，就插

三、進(jìn)程的終止

引起進(jìn)程終止的事件：正常結(jié)束、異常結(jié)束、外界干預(yù)

進(jìn)程的終止過程：根據(jù)標(biāo)識(shí)符、終止執(zhí)行.立即調(diào)度、子孫終止、資源歸還、移出隊(duì)列

四、進(jìn)程的阻塞與喚醒

引起進(jìn)程阻塞和喚醒的事件：向系統(tǒng)請(qǐng)求共享資源失敗、等待某操作完成、新數(shù)據(jù)尚未到

達(dá)、等待新任務(wù)到達(dá)

進(jìn)行阻塞過程：發(fā)生上述的某事件，就進(jìn)入block過程，主動(dòng)將狀態(tài)改為阻塞，PCB插入

阻塞隊(duì)列（分類插入），處理機(jī)分配給另一就緒進(jìn)程，切換，并保留被阻塞進(jìn)程的處理機(jī)

狀態(tài)

進(jìn)程喚醒過程：由釋放資源的進(jìn)程調(diào)用wakeup原語，即移出阻塞隊(duì)列，合作/相關(guān)的進(jìn)

程中安排wakeup

五、進(jìn)程的掛起與激活

進(jìn)程的掛起：活動(dòng)-靜止，suspend原語進(jìn)程正在執(zhí)行，就轉(zhuǎn)向調(diào)度程序重新調(diào)度

進(jìn)程的激活過程：從外存調(diào)入active原語到內(nèi)存，檢查進(jìn)程現(xiàn)行狀態(tài)，靜止一活動(dòng)

搶占調(diào)度策略：靜止就緒進(jìn)程一就緒隊(duì)列，比較當(dāng)前進(jìn)程優(yōu)先度，有機(jī)會(huì)立即剝奪當(dāng)前進(jìn)

程運(yùn)行

④進(jìn)程同步

描述：能夠并發(fā)、改善利用率、提高吞吐量、但使系統(tǒng)復(fù)雜

一、進(jìn)程同步的基本概念

制約關(guān)系：間接相互制約關(guān)系、直接相互制約關(guān)系

間接相互制約關(guān)系：互斥共享

直接相互制約關(guān)系：合作共享，異步性要做好

臨界資源：生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題、

臨界區(qū)、：進(jìn)入?yún)^(qū)、臨界區(qū)、退出區(qū)、剩余區(qū)

同步機(jī)制應(yīng)遵循的規(guī)則：空閑讓進(jìn)、忙則等待、有限等待、讓權(quán)等待

二、硬件同步機(jī)制

關(guān)中斷：缺點(diǎn)多：濫用關(guān)中斷.造成嚴(yán)重后果、關(guān)中斷時(shí)間過長(zhǎng)、不適用于多CPU系統(tǒng)

(因?yàn)橐粋€(gè)處理器關(guān)中斷并不能防止進(jìn)程在其他處理器上執(zhí)行相同的臨界段代碼)

Test-and-Set:不斷測(cè)試lock,如果是FALSE,就進(jìn)入臨界區(qū)，并lock==TRUE;否則

測(cè)試到TS(s)==TRUE

Swap指令：一直等，直至!|key==TRUE

但以上都不符合"讓權(quán)等待"原則

三、信號(hào)量機(jī)制

進(jìn)入?yún)^(qū)的代碼用來檢查臨界資源是否

一個(gè)訪問臨界資茯正在被其它進(jìn)程使用，若正在被訪問.

則不能進(jìn)入臨界區(qū)，若未被訪問，則

可進(jìn)入臨界區(qū)，并設(shè)置訪問標(biāo)志為真。

\___________________

While(1)

{entrysection;〃進(jìn)入?yún)^(qū)“

criticalsection;〃臨界區(qū)

exitsection;〃退出區(qū)、

remaindersection；〃剩余吟福界區(qū)正在被訪.

1:的標(biāo)志設(shè)置為假。

整形信號(hào)量：s<o,就一直等，直到釋放互斥資源

記錄型信號(hào)量：整形信號(hào)量不符合"讓權(quán)等待"原則。如果有資源，就分配，如果無，就

插入阻塞隊(duì)列；釋放資源，如果有等待，就激活

AND型信號(hào)量：一口氣全分配

信號(hào)量集：有多個(gè)信號(hào)量(S信號(hào)量，至少要t個(gè)，每次分配d個(gè))

——wlit(mutex)和signal(mutex)必須成對(duì)出班一

缺少wait(mutex)不能保證對(duì)臨鼻資源的互斥訪啰

少signal(nutex)會(huì)使臨界資源永遠(yuǎn)不被釋放大

而使因等待該資源而阻塞的進(jìn)程不能被喚醒。

procedurewait(S)

varS:semaphore;

beginn

S.value:=S.value-l;

ifS.value<0thenblock(S.L)

end

1）S.value>0表示有S.value個(gè)資源可用，S.value=0表

示無資源可用。

2）執(zhí)行S.vahie?l表示請(qǐng)求分配一個(gè)S代表的資源；

3）若S.vahievO,表示系統(tǒng)已無該類資源，申請(qǐng)者阻塞。

:時(shí)，IS.vahiel表示該信號(hào)量上阻塞的進(jìn)程數(shù)；

proceduresignal(S)

varS:semaphore;

begin

S.value:=S.value+l;

ifS.value<0thenwakeup(S.L);物理含義:

end

1）執(zhí)行s.vahie+1表示進(jìn)程釋放一個(gè)S代表的資源，；

2）若s.valuev=0,表示尚有進(jìn)程因等待S代表的資源而處

二阻塞狀態(tài)，所以應(yīng)喚醒其中之一。

寺殊情況：當(dāng)S.value的初值為1,此時(shí)的信號(hào)量轉(zhuǎn)化為

反斥信號(hào)量。

四、信號(hào)量的應(yīng)用

利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥：mutex=（-1,0,1）=（無，一1臨一阻隊(duì)，一臨一信隊(duì)）

利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)前趨關(guān)系：需要的信號(hào)量被占用了，就這樣實(shí)現(xiàn)

用P、V操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步與互斥結(jié)論：

1)P、V操作必須成對(duì)出現(xiàn)，有一個(gè)P操作就有一個(gè)V

操作。

當(dāng)為互斥操作時(shí)，它們同處于一個(gè)進(jìn)程。

當(dāng)為同步操作時(shí)，則不在同一進(jìn)程。

2)一個(gè)同步P操作與一個(gè)互斥P操作在一起時(shí)，同步P

操作在互斥P操作前。而兩個(gè)V操作順序無關(guān)緊要。

五、管程機(jī)制

描述：為解決信號(hào)量機(jī)制分散、容易死鎖的問題，發(fā)明新同步工具——管程

定義：定義一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和能為并發(fā)進(jìn)程所執(zhí)行(在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上)的一組操作，這組操

作能同步進(jìn)程和改變管程中的數(shù)據(jù)

組成：管程名稱、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明、對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的過程、初始化的語句

特性：模塊化、抽象數(shù)據(jù)類型、信息掩蔽

管程與進(jìn)程不同：都有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一個(gè)公.一個(gè)私、管程操作同步.初始化.進(jìn)程順序執(zhí)行、

管程為解決互斥資源.進(jìn)程實(shí)現(xiàn)并發(fā)性、進(jìn)程調(diào)用管程.進(jìn)程主動(dòng).管程被動(dòng)、管程不能并發(fā).

進(jìn)程能并發(fā)、管程是os的一個(gè)資源管理模塊.進(jìn)程有動(dòng)態(tài)性

條件變量：增加一個(gè)條件變量，萬一發(fā)生意外，在管程中被掛起或被阻塞"下一個(gè)進(jìn)程都

可以繼續(xù)執(zhí)行

⑤經(jīng)典進(jìn)程的同步問題

一、生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題

記錄型信號(hào)量解決：如果緩沖區(qū)空，而且能夠獲取信號(hào)量，就投放產(chǎn)品；如果緩沖區(qū)有產(chǎn)

品，而且能夠獲取信號(hào)量，就消費(fèi)

AND信號(hào)量解決：一口氣全分配

管程解決：利用管程只有一個(gè)進(jìn)程能夠使用的屬性

二、哲學(xué)家進(jìn)餐問題

記錄型信號(hào)量解決：先拿左.后那右、先放左.后放右

解決死鎖：最多4人取筷子、先檢查.有左右筷子才能取、奇左右.偶右左

AND信號(hào)量解決：一口氣全分配

三、讀者-寫者問題

描述：可以多讀一、一旦開始寫.就不能讀或?qū)?/p>

記錄型信號(hào)量解決：

讀操作：等rmutex就是為了改readcount一無人讀？看看是否在寫.等

wmutex—readcount++T■自增完成.rmutex還你一讀讀讀一等rmutex為了自減

readcount一無人讀?可以寫了.還你wmutex

寫操作：等wmutex.即無讀無寫一寫完.還你wmutex

利用信號(hào)量集機(jī)制：

讀：限制reader個(gè)數(shù)—如果mx是1.就讀一最后釋放一reader個(gè)數(shù)

寫：如果mx是1.并且讀者數(shù)為0.就寫一寫完釋放mx

⑥進(jìn)程通信

一、進(jìn)程通信類型

共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)：某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和共享存儲(chǔ)區(qū)、管道通信系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)、C-S系統(tǒng)

二、消息傳遞通信的實(shí)現(xiàn)方式

（-）直接消息傳遞系統(tǒng)

1.直接通信原語：對(duì)稱尋址方式、非對(duì)稱尋址方式

2.消息格式：較短的減少系統(tǒng)處理和存儲(chǔ)的開銷、較長(zhǎng)可以方便

3.進(jìn)程同步方式：發(fā)塞收塞（進(jìn)程間緊密同步.無緩沖）、發(fā)通收塞（平常狀態(tài)）、發(fā)通收

通（發(fā)生某事件無法繼續(xù)運(yùn)行）、（無發(fā)塞收通）

4.通信鏈路：用"建立連接"原語建立通信鏈路.用完拆、用"發(fā)送命令"原語建立鏈路，

還分單向和雙向

（二）信箱通信（間接）

1.定義：是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).分信箱頭和信箱體

2.原語：創(chuàng)建和撤銷.發(fā)送和接收

3.類型：私用、公用（操作系統(tǒng)創(chuàng)建）、共享（進(jìn)程創(chuàng)建）

4.進(jìn)程之間的關(guān)系：一對(duì)一、多對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多

三、直接消息傳遞系統(tǒng)實(shí)例

消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)式消息緩沖區(qū)、在PCB增加有關(guān)通信

的數(shù)據(jù)項(xiàng)

原語：設(shè)置發(fā)送區(qū)、申請(qǐng)PCB（B）的緩沖區(qū)i、復(fù)制到緩沖區(qū)、插入消息隊(duì)列、移出消息隊(duì)

列、復(fù)制到接收區(qū)、釋放緩沖區(qū)

⑦線程的基本概念

描述：就是為了提高程序并發(fā)執(zhí)行的程度

一、線程的引入

進(jìn)程的兩個(gè)基本屬性：進(jìn)程是一個(gè)可擁有資源的獨(dú)立單位、進(jìn)程同時(shí)是一個(gè)可獨(dú)立調(diào)度和

分派的基本單位

進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行所需的時(shí)空開銷：創(chuàng)建進(jìn)程、撤銷進(jìn)程、進(jìn)程切換

線程一作為調(diào)度和分派的基本單位：線程輕裝上陣

二、線程與進(jìn)程比較

調(diào)度的基本單位：線程是調(diào)度和分派的基本單位、跨進(jìn)程，會(huì)切換進(jìn)程

并發(fā)性：線程的合作.能夠并發(fā)

擁有資源：有TCB.但只是必不可少、保證獨(dú)立運(yùn)行的資源

獨(dú)立性：同一進(jìn)程的不同線程共享進(jìn)程的內(nèi)存地址空間和資源

系統(tǒng)開銷：因?yàn)檩p裝.所以減少開銷、提升速度

支持多處理機(jī)系統(tǒng)：對(duì)多線程進(jìn)程，多個(gè)線程可以分配到多個(gè)處理機(jī)上

三、線程的狀態(tài)和線程控制塊

線程運(yùn)行的三個(gè)狀態(tài)：和進(jìn)程一樣

線程控制塊TCB:標(biāo)識(shí)符、一組寄存器、運(yùn)行狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、線程專有存儲(chǔ)區(qū)、信號(hào)屏蔽、

堆棧指針

多線程OS中的進(jìn)程屬性：進(jìn)程是可擁有資源的基本單位、多個(gè)線程可并發(fā)執(zhí)行、進(jìn)程已

不是可執(zhí)行的實(shí)體

⑧線程的實(shí)現(xiàn)

一、線程的實(shí)現(xiàn)方式

內(nèi)核支持線程KLT:

優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)核調(diào)度同一進(jìn)程多個(gè)線程并行執(zhí)行、一個(gè)線程阻塞.其他線程占有處理機(jī)、支持小

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和堆棧.切換較快開銷小、內(nèi)核本身采用多線程技術(shù)提高系統(tǒng)執(zhí)彳亍速度和效率

用戶級(jí)線程ULT:

優(yōu)點(diǎn)：無需內(nèi)核.節(jié)省模式切換的開銷、調(diào)度算法進(jìn)程專用、與OS無關(guān).甚至可以在操作系

統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

缺點(diǎn)：一個(gè)線程阻塞.同進(jìn)程的其他線程都會(huì)塞、只有一個(gè)CPU.只有一個(gè)線程能執(zhí)行、按

進(jìn)程分配.不公平

組合方式：

多對(duì)一模型：優(yōu)點(diǎn)：開銷小、缺點(diǎn)：一塞進(jìn)程全塞、只有一線程訪問內(nèi)核、多線程不能同

時(shí)在多個(gè)處理機(jī)上運(yùn)行

一對(duì)一模型：一個(gè)用戶級(jí)線程映射到一個(gè)內(nèi)核支持線程

多對(duì)多模型：一對(duì)一和多對(duì)一的結(jié)合

二、線程的實(shí)現(xiàn)

內(nèi)核支持線程的實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)建線程、保存信息、調(diào)度和切換線程、撤銷線程、回收資源

用戶級(jí)線程的實(shí)現(xiàn)：

運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)：用于管理和控制線程的函數(shù)的集合，這些函數(shù)駐留用戶空間.并作為用戶級(jí)線

程與內(nèi)核之間的接口

內(nèi)核控制線程：連接到LWP,連接到LWP的線程才能與內(nèi)核通信

對(duì)于設(shè)置了用戶級(jí)線程的系統(tǒng)，調(diào)度仍以進(jìn)程為單

位進(jìn)行。例若進(jìn)程A中包含1個(gè)用戶級(jí)線程，進(jìn)程B包含

假如系統(tǒng)設(shè)置的是內(nèi)核支持線程，則調(diào)度便是以線

程為單位進(jìn)行。例若進(jìn)程A中包含1個(gè)內(nèi)核支持線程，進(jìn)

三、線程的創(chuàng)建和終止

線程的創(chuàng)建：初始化線程、創(chuàng)建后返回線程標(biāo)識(shí)符

線程的終止：終止線程用函數(shù)或系統(tǒng)調(diào)用終止操作.但有些線程被建立就會(huì)一直執(zhí)行。大多

數(shù)os,線程被中止后并不立即釋放所占資源，只有“其他線程"執(zhí)行分離函數(shù)才會(huì)分離

資源，才能被其他線程利用。雖然未釋放的資源也可以被其他線程使用，但要有個(gè)"等待

線程終止”的連接命令作保險(xiǎn).否則一直阻塞

第三章處理機(jī)調(diào)度與死鎖

①處理機(jī)調(diào)度的層次和調(diào)度算法的目標(biāo)

描述：作業(yè)可能要經(jīng)歷多級(jí)處理機(jī)調(diào)度

一、處理機(jī)調(diào)度層次

(-)高級(jí)調(diào)度(長(zhǎng)程調(diào)度/作業(yè)調(diào)度)

對(duì)象是作業(yè)、決定將外存中處于后備隊(duì)列的作業(yè)調(diào)入內(nèi)存.創(chuàng)建進(jìn)程和分配資源.并放入就緒

隊(duì)列、主要存在于多道批處理系統(tǒng)，分時(shí)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)不設(shè)置高級(jí)調(diào)度

（二）低級(jí)調(diào)度（進(jìn)程調(diào)度;短程調(diào)度）

對(duì)象是進(jìn)程（/內(nèi)核級(jí)線程）、決定就緒隊(duì)列哪個(gè)進(jìn)程獲得處理機(jī)、多道批.分時(shí)和實(shí)時(shí)都

要配置

（三）中級(jí)調(diào)度（內(nèi)存調(diào)度）（存儲(chǔ)器的對(duì)換功能）

對(duì)象是暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程、把這些進(jìn)程調(diào)到外存.設(shè)為掛起狀態(tài)、一有條件.稍微有空就變

為就緒狀態(tài)

★分級(jí)按運(yùn)行頻率劃分

二、處理機(jī)調(diào)度算法的目標(biāo)

（一）共同目標(biāo)

提高資源利用率、公平、平衡、策略強(qiáng)制執(zhí)行

（二）批處理系統(tǒng)目標(biāo)

處理機(jī)利用率高、平均周轉(zhuǎn)時(shí)間短、系統(tǒng)吞吐量高

］「3

,平均周轉(zhuǎn)時(shí)間描述沏T=-

作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間T與系統(tǒng)為它提供服務(wù)的時(shí)間戛之比,

即為777小稱為帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間，而平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間則

可表示為：

nT

W=-洋

ni=l1Si

（三）分時(shí)系統(tǒng)目標(biāo)

響應(yīng)時(shí)間快、均衡性

（四）實(shí)時(shí)系統(tǒng)目標(biāo)

截止時(shí)間保證、可預(yù)測(cè)性

②作業(yè)與作業(yè)調(diào)度

一、批處理系統(tǒng)中的作業(yè)

（一）作業(yè)和作業(yè)步

作業(yè)：包括程序.數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書、在批處理系統(tǒng).作業(yè)是基本單位從外存調(diào)入內(nèi)存

作業(yè)步：獨(dú)立步驟

（二）作業(yè)控制塊（JCB）

包括作業(yè)標(biāo)識(shí)、用戶名稱、用戶賬號(hào)、作業(yè)類型、作業(yè)狀態(tài)、調(diào)度信息、資源需求、資源

使用情況等

流程：進(jìn)入系統(tǒng)一創(chuàng)建JCBT根據(jù)類型放到后備隊(duì)列等待調(diào)度T入內(nèi)存T根據(jù)JCB和作業(yè)

說明書控制一完成T回收資源.撤銷JCB

（三）作業(yè)運(yùn)行的三個(gè)階段和三種狀態(tài)

收容階段-后備狀態(tài)、運(yùn)行階段-運(yùn)行狀態(tài)、完成階段-完成狀態(tài)

二、作業(yè)調(diào)度的主要任務(wù)

也叫：接納調(diào)度

考慮：接納多少作業(yè)、接納哪些作業(yè)

三、先來先服務(wù)FCFS和短作業(yè)優(yōu)先SJF調(diào)度算法

（-）先來先服務(wù)FCFS

就這樣.完成或阻塞才分配到其他進(jìn)程、實(shí)際中和其他算法結(jié)合使用

有利于長(zhǎng)作業(yè)（進(jìn)程），不利于短作業(yè)（進(jìn)程）

（二）短作業(yè)優(yōu)先SJF

實(shí)際用得多、要預(yù)知作業(yè)運(yùn)行時(shí)間、長(zhǎng)作業(yè)、緊迫作業(yè)不利、無人機(jī)交互

四、優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法和高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法

（一）優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

外部賦予作業(yè)優(yōu)先級(jí)

（二）高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法

集SJF.FCFS的優(yōu)點(diǎn).兼顧長(zhǎng)作業(yè)、但要做相應(yīng)比計(jì)算.增加系統(tǒng)開銷（Exp.做過類似）

優(yōu)先權(quán)=等待時(shí)間+要求服務(wù)時(shí)間=響應(yīng)時(shí)間

’-要求服務(wù)時(shí)間一要求服務(wù)時(shí)間

③進(jìn)程調(diào)度

一、進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)、機(jī)制和方式

（-）進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)

保存處理機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)信息、按某種算法選取進(jìn)程、把處理器分配給進(jìn)程

（二）進(jìn)程調(diào)度機(jī)制

排隊(duì)器：插入就緒隊(duì)列

分配器：從就緒隊(duì)列取出.分配處理機(jī)

上下文切換器：保存、裝入新的CPU現(xiàn)場(chǎng)信息等內(nèi)容

（三）進(jìn)程調(diào)度方式

非搶占方式：只有完成或因某事無法繼續(xù)運(yùn)行、I/O、執(zhí)行了原語操作如block,才會(huì)引起

進(jìn)程調(diào)度

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、開銷小、適用大多數(shù)批處理系統(tǒng)

搶占方式：對(duì)分時(shí)系統(tǒng)而言.有人機(jī)交互、對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)而言.能滿足任務(wù)需求

主要原則：優(yōu)先權(quán)原則、短進(jìn)程優(yōu)先原則、時(shí)間片原則

二、輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法

（-）輪轉(zhuǎn)法（RR）的基本原理

按FCFS策略排成就緒隊(duì)列，每隔一定時(shí)間就產(chǎn)生一次中斷

（二）進(jìn)程切換時(shí)機(jī)

時(shí)間片未用完就完成：馬上調(diào)度隊(duì)首進(jìn)程.啟動(dòng)新時(shí)間片

時(shí)間片完還沒完成：中斷.進(jìn)程被調(diào)到就緒隊(duì)列隊(duì)尾

（三）時(shí)間片大小的確定

太短有利于短進(jìn)程、太長(zhǎng)退化為FCFS算法.要計(jì)算平均周轉(zhuǎn)時(shí)間（帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間）

三、優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

（-）優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法的類型

非搶占式和搶占式

（二）優(yōu)先級(jí)的類型

確定優(yōu)先級(jí)的依據(jù)：

靜態(tài)優(yōu)先級(jí)：進(jìn)程類型（系統(tǒng)進(jìn)程優(yōu)先權(quán)高于用戶進(jìn)程優(yōu)先權(quán)）、進(jìn)程對(duì)資源的需求（少

則優(yōu)先）、用戶需求（緊迫程度、花費(fèi)）

動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)：先賦予優(yōu)先級(jí)，隨著進(jìn)程推進(jìn)或等待時(shí)間增加而改變

四、多隊(duì)列調(diào)度算法

將一條就緒隊(duì)列拆分成多條，各有各調(diào)度算法

五、多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法

(-)調(diào)度機(jī)制

多條就緒隊(duì)列、隊(duì)列內(nèi)使用FCFS算法.一個(gè)時(shí)間片未完成就放到下一個(gè)隊(duì)列的末尾.最后一

個(gè)隊(duì)列用RR方式、按隊(duì)列優(yōu)先級(jí)調(diào)度.前隊(duì)列空才到本隊(duì)列運(yùn)行

(二)調(diào)度算法的性能

終端型用戶、短批處理作業(yè)用戶、長(zhǎng)批處理作業(yè)用戶

六、基于公平原則調(diào)度算法

(-)保證調(diào)度算法

保證處理機(jī)公平分配

功能：跟蹤進(jìn)程已經(jīng)執(zhí)行的處理時(shí)間、該時(shí)間除以n、計(jì)算實(shí)際處理時(shí)間和應(yīng)獲得時(shí)間之

比、匕瞰比率、比率最低的獲得處理機(jī)

(二)公平分享調(diào)度算法

考慮多用戶

④實(shí)時(shí)調(diào)度

描述：實(shí)時(shí)系統(tǒng)有兩種實(shí)時(shí)任務(wù)——HRT和SRT

一、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度的基本條件

（一）提供必要信息

就緒時(shí)間、開始截止和完成截止時(shí)間、處理時(shí)間、資源要求、優(yōu)先級(jí)

（二）系統(tǒng)處理能力強(qiáng)

（處理時(shí)間i/周期時(shí)間i）總和＜1.未考慮任務(wù)切換花費(fèi)的時(shí)間還應(yīng)該留有余地

提高系統(tǒng)處理能力的途徑：?jiǎn)翁幚頇C(jī)系統(tǒng)增強(qiáng)處理能力.顯著減少每個(gè)任務(wù)的處理時(shí)間、多

處理機(jī)系統(tǒng).就變成（處理時(shí)間i/周期時(shí)間i）總和＜N

（三）采用搶占式調(diào)度機(jī)制

執(zhí)行完關(guān)鍵程序和臨界區(qū)后，能及時(shí)將自己阻塞起來，以釋放處理機(jī)

（四）具有快速切換機(jī)制

對(duì)中斷的快速響應(yīng)能力、快速的任務(wù)分派能力

二、實(shí)時(shí)調(diào)度算法的分類

根據(jù)任務(wù)性質(zhì)：H/S

根據(jù)調(diào)度方式：非搶占式/搶占式

（-）非搶占式調(diào)度算法

輪轉(zhuǎn)、優(yōu)先調(diào)度，不適合實(shí)時(shí)系統(tǒng)。進(jìn)程自動(dòng)放棄處理機(jī)，才進(jìn)行調(diào)度。

（二）搶占式調(diào)度算法

基于時(shí)鐘中斷的搶占式優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：等待時(shí)鐘中斷發(fā)生才剝奪當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行

立即搶占優(yōu)先調(diào)度算法：好快好快只要任務(wù)未處于臨界區(qū).就立即剝奪當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行

優(yōu)先權(quán)原則、短作業(yè)(進(jìn)程)優(yōu)先原則、時(shí)間片原則。

三、最早截止時(shí)間優(yōu)先EDF算法

非搶占式調(diào)度方式用于非周期實(shí)時(shí)任務(wù)：開始截止時(shí)間早的排前

搶占式調(diào)度方式用于周期實(shí)時(shí)任務(wù)：最早截止時(shí)間優(yōu)先算法

四、最低松弛度優(yōu)先LLF算法

緊急程度越高，優(yōu)先級(jí)越高。

松弛度二必須完成的時(shí)間點(diǎn)?本身所需運(yùn)行時(shí)間?當(dāng)前時(shí)間:

五、優(yōu)先級(jí)倒置

(-)優(yōu)先級(jí)倒置的形成

(二)優(yōu)先級(jí)倒置的解決方法

繼承動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)的方法：P3繼承P1的優(yōu)先級(jí).一方面避免P2搶占處理機(jī)、另一方面釋放

mutex資源

⑤死鎖概述

一、資源問題

指互斥資源、不可被搶占的資源

(-)可重用性資源和消耗性資源

可重用性資源：一個(gè)只能分配給一個(gè)進(jìn)程使用、順序?yàn)檎?qǐng)求.使用.釋放、數(shù)目相對(duì)固定.運(yùn)

行期間不能創(chuàng)建或刪除

可消耗性資源：在進(jìn)程運(yùn)行中數(shù)目不斷變化.可為0、可以不斷創(chuàng)建.放入緩沖區(qū)、可以由進(jìn)

程創(chuàng)建.使用并不再返回資源類

（二）可搶占性資源和不可搶占性資源

可搶占性資源：可以被其他進(jìn)程搶占.如CPU和主存

不可搶占性資源：一旦分配給進(jìn)程就不能強(qiáng)制收回.要做到底

二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的死鎖

（-）競(jìng)爭(zhēng)不可搶占性資源引起死鎖

我要你的，你要我的，形成環(huán)路，死鎖

（二）競(jìng)爭(zhēng)可消耗資源引起死鎖

譬如消息通信機(jī)制.先讀后寫.就會(huì)死鎖

（三）進(jìn)程推進(jìn)順序不當(dāng)引起死鎖

競(jìng)爭(zhēng)不可搶占性資源引起死鎖的翻版.多畫了一個(gè)圖

三、死鎖的定義、必要條件和處理方法

（-）死鎖的定義

這組死鎖進(jìn)程都在等其他進(jìn)程釋放所占資源

（二）產(chǎn)生死鎖的必要條件

互斥條件：一段時(shí)間只被一個(gè)進(jìn)程占用

請(qǐng)求和保持條件：進(jìn)程已經(jīng)保持至少一個(gè)條件.但有提出新資源請(qǐng)求

不可搶占條件：只能在進(jìn)程用完才能釋放

循環(huán)等待條件：存在循環(huán)鏈

（三）處理死鎖的方法

預(yù)防死鎖：設(shè)置限制條件.破壞產(chǎn)生死鎖四個(gè)必要條件來預(yù)防

避免死鎖：在資源動(dòng)態(tài)分配時(shí).用防止系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)

檢測(cè)死鎖：通過檢測(cè)機(jī)構(gòu)及時(shí)檢測(cè)死鎖.采取適當(dāng)措施以解脫

解除死鎖：撤銷進(jìn)程.回收資源.分配給處于阻塞的進(jìn)程

防范逐漸減弱.但資源利用率提高.進(jìn)程因資源因素而阻塞的頻度下降

⑥預(yù)防死鎖

一、破壞"請(qǐng)求和保持"條件

保證：進(jìn)程請(qǐng)求

資源時(shí)，不持有不可搶占資源

第一種協(xié)議：一次性全部申請(qǐng)，從而破壞"請(qǐng)求條件"、缺點(diǎn)是資源被嚴(yán)重浪費(fèi).進(jìn)程饑餓

第二種協(xié)議：先釋放資源.再請(qǐng)求新資源

二、破壞"不可搶占”條件

當(dāng)保持了某些不可搶占資源后提出新資源請(qǐng)求不得滿足.就必須釋放已經(jīng)保持的資源.等需

要時(shí)再申請(qǐng)

缺點(diǎn)：增加周轉(zhuǎn)時(shí)間、增加系統(tǒng)開銷、降低系統(tǒng)吞吐量

三、破壞“循環(huán)等待"條件

總有一個(gè)進(jìn)程占據(jù)了較高序號(hào)的資源.此后它繼續(xù)申請(qǐng)的資源必然是空閑的

⑦避免死鎖

一、系統(tǒng)安全狀態(tài)

（-）安全狀態(tài)

計(jì)算一個(gè)資源分配的安全性.如果分配不會(huì)導(dǎo)致不安全狀態(tài).才可將資源分配給進(jìn)程

（二）安全狀態(tài)之例

（三）由安全狀態(tài)向不安全狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

二、利用銀行家算法避免死鎖

（-）銀行家算法中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Availalbe、Max、Allocation.Need

（二）銀行家算法

睇wiki"銀行家算法”條目

聲明：Request是請(qǐng)求向量

Request<Need,否則出錯(cuò)

Request<Available,否則P等待

系統(tǒng)試探分配資源給P,并執(zhí)行Availalbe-=Requeset;Allocation+=Request;Need-

=Request

⑧死鎖的檢測(cè)與解除

一、死鎖的檢測(cè)

（-）資源分配圖

圓圈代表進(jìn)程、方格代表一類資源、邊代表資源分配

（二）死鎖的定理

簡(jiǎn)化資源分配圖.如果不能完全簡(jiǎn)化.就會(huì)死鎖

死鎖狀態(tài)的充分條件是：當(dāng)?shù)﹥H當(dāng)資源分配圖是

不可完全簡(jiǎn)化的（死鎖定理）。

（三）死鎖檢測(cè)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

類似于銀行家算法？？？

二、死鎖的解除

常用兩種方法：搶占資源、終止/撤銷進(jìn)程

（一）終止進(jìn)程的方法

終止所有死鎖進(jìn)程：會(huì)功虧一簫

逐個(gè)終止進(jìn)程：找到代價(jià)最小.考慮優(yōu)先級(jí)、已執(zhí)行時(shí)間.還需的時(shí)間、已用資源、交互式還

是批處理式

（二）付出代價(jià)最小的死鎖解除算法

很不實(shí)際

為把系統(tǒng)從死鎖狀態(tài)中解脫出來，所花費(fèi)的代價(jià)可

表示為：R（S）min=min{Cui}+min{Cuj）+min{Cul）+...

第四章存儲(chǔ)器管理

①存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)

一、多層結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)

CPU寄存器；

高速緩存Cache、主存儲(chǔ)器RAM、磁盤緩存；

固定磁盤、可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)

二、可執(zhí)行存儲(chǔ)器

就是CPU寄存器和主存.訪問很快

二、主存儲(chǔ)器與寄存器

(-)主存儲(chǔ)器

又叫主存or內(nèi)存.相比CPU執(zhí)行速度.它還是很慢.所以引入寄存器和高速緩存

(二)寄存器

完全與CPU協(xié)同工作.但好貴

三、高速緩存和磁盤緩存

(-)高速緩存

備份主存中較常用的數(shù)據(jù).以減少CPU對(duì)主存儲(chǔ)器的訪問次數(shù)

(二)磁盤緩存

因?yàn)榇疟PI/O速度遠(yuǎn)低于主存訪問速度.所以設(shè)置磁盤緩存來暫存頻繁使用的一部分磁盤數(shù)

據(jù)和信息

②程序的裝入和鏈接

用戶程序要在OS中運(yùn)行.要先裝入內(nèi)存.再轉(zhuǎn)換為一個(gè)可執(zhí)行程序：編譯、鏈接、裝入

一、程序的裝入

（-）絕對(duì)裝入方式

當(dāng)OS很小.且僅能運(yùn)行單道程序時(shí).完全有可能知道程序駐留在內(nèi)存的位置，那么就可以產(chǎn)

生絕對(duì)地址的目標(biāo)代碼

（二）可重定位裝入方式（靜態(tài)重定位）

多道程序下.邏輯地址和物理地址不同.要加上起始地址.但只在進(jìn)程裝入時(shí)一次完成.故稱為

靜態(tài)重定位.可裝到內(nèi)存任何允許位置

嗷據(jù)地址和指多

地址都需要修附

（三）動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)的裝入方式

需要重定位寄存器，運(yùn)行時(shí)允許移動(dòng)

二、程序的鏈接

（一）靜態(tài)鏈接方式

要解決：對(duì)相對(duì)地址進(jìn)行修改（子程序的相對(duì)地址）、變換外部調(diào)用符號(hào)＜生成可執(zhí)行文

件后不再拆開.又叫靜態(tài)鏈接方式）

（二）裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接

便于修改和更新（各模塊分開存放）、便于實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)模塊的共享（靜態(tài)每個(gè)應(yīng)用模塊必

有目標(biāo)模塊的拷貝.無法共享.但動(dòng)態(tài)可以一個(gè)目標(biāo)鏈接多個(gè)應(yīng)用模塊）

（三）運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接

運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)沒有.就由OS去找這個(gè)模塊內(nèi)功加快程序裝入過程和節(jié)約大量?jī)?nèi)存空間

③連續(xù)分配存儲(chǔ)管理方式

一、單一連續(xù)分配

分系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)單用戶.單任務(wù)操作系統(tǒng)

二、固定分區(qū)分配

劃分分區(qū)的方法：大小相等（一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)相同冶煉爐）和大小不等

內(nèi)存分配：通常按大小排隊(duì).建立分區(qū)使用表.如果找不到大小足夠的分區(qū).就拒絕分配內(nèi)存

三、動(dòng)態(tài)分區(qū)分配

動(dòng)態(tài)分區(qū)分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：空閑分區(qū)表、空閑分區(qū)鏈

動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法：之后介紹4種分配算法和3中索引搜索算法

分區(qū)分配操作：分配內(nèi)存、回收內(nèi)存

四、基于順序搜索的動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法（不太大系統(tǒng)）

首次適應(yīng)算法（FF）、

優(yōu)點(diǎn)：保留了高址部分的大空閑區(qū)

缺點(diǎn)：低址部分會(huì)留下許多碎片

循環(huán)首次適應(yīng)算法（NF）、

優(yōu)點(diǎn)：使空閑分區(qū)分布得較均勻

缺點(diǎn)：缺乏大的空閑分區(qū)

最佳適應(yīng)算法（BF）、

優(yōu)點(diǎn)：可以避免“大材小用”

缺點(diǎn)：會(huì)留下許多碎片

最壞適應(yīng)算法（WF）

五、基于索引搜索的動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法（大、中型系統(tǒng)）

快速適應(yīng)算法（以空間換時(shí)間）、伙伴系統(tǒng)（合并回收與均勻分配）、哈希算法

六、動(dòng)態(tài)可重定位分區(qū)分配

緊湊、

“緊湊”而使程序移動(dòng)時(shí)，只需用新

的起始地址置換原來的起始地址。

動(dòng)態(tài)重定位、動(dòng)態(tài)重定位分區(qū)分配算法

在動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法的基礎(chǔ)上

增加了“緊湊”的功能

④對(duì)換

一、多道程序環(huán)境下的對(duì)換技術(shù)

（一）甜奐的引入

避免內(nèi)存全部被阻塞.外存卻有很多作業(yè)無法進(jìn)入內(nèi)存

（二”搬的類型

整體對(duì)換（進(jìn)程對(duì)換）、頁面對(duì)換（部分對(duì)換）——支持虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)“進(jìn)程對(duì)換”，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)三方面

功能：

(1)對(duì)換空間的管理

(2)進(jìn)程的換出

(3)進(jìn)程的換入。

二、對(duì)換空間的管理

(-)對(duì)換空間管理的主要目標(biāo)

文件區(qū)管理主要目標(biāo)：先提高文件存儲(chǔ)空間的利用率.離散分配

對(duì)換空間管理的主要目標(biāo)：先提高換入換出的速度，連續(xù)分配方式

(二”城區(qū)空閑盤塊管理中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

與內(nèi)存的相似

(三)對(duì)奐空間的分配與回收

與內(nèi)存分配和回收雷同

三、進(jìn)程的換出與換入

(一)進(jìn)程的換出

選擇被換出的進(jìn)程：阻塞或睡眠狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)最低、內(nèi)存駐留時(shí)間

進(jìn)程換出過程

(二)進(jìn)程的換入

如果發(fā)現(xiàn)許多進(jìn)程運(yùn)行時(shí)缺頁且內(nèi)存緊張.才啟動(dòng)對(duì)換程序.將部分進(jìn)程調(diào)至外存

如果缺頁率明顯減少.系統(tǒng)吞吐量已下降.則可以暫停運(yùn)行又搬程序

⑤分頁存儲(chǔ)管理方式

其實(shí)分三種：分頁、分段、段頁式

一、分頁存儲(chǔ)管理的基本方法

（—）頁面和物理塊

頁面：頁號(hào)

頁面大?。禾?進(jìn)程占用較多頁面、太多.碎片多、適中.lkB~8kB

（二）地址結(jié)構(gòu)

頁號(hào)：P

頁內(nèi)地址（偏移量）：d

兩個(gè)都有公式計(jì)算

地址為A,頁而的大小，L,則頁號(hào)P和頁

9地址］

P=小咕］

d=［A\MODL

（三）頁表

從頁號(hào)到物理塊號(hào)的映射

二、地址變換機(jī)構(gòu)

（-）基本的地址變換機(jī)構(gòu)

如果發(fā)現(xiàn)頁號(hào)2頁表長(zhǎng)度.就引發(fā)越界中斷；否則頁表始址+頁號(hào)*頁表項(xiàng)長(zhǎng)度=物理塊號(hào)

（二）具有快表的地址變換機(jī)構(gòu)

有個(gè)快表在高速緩存

三、訪問內(nèi)存的有效時(shí)間

EAT=t+t=2t（內(nèi)存）

EAT=a*X+（t+A）（l-a）+t=2t+入-1*a（快表）

四、兩級(jí)和多級(jí)頁表

（-）兩級(jí)頁表

（二）多級(jí)頁表

五、反置頁表

（-）反置頁表的引入

（二）地址變換

⑥分段存儲(chǔ)管理方式

一、分段存儲(chǔ)管理的基本方法

（-）方便編程

邏輯地址是由段名（段號(hào)）和段內(nèi)偏移量（段內(nèi)地址）決定的

（二）信息共享

段是信息的邏輯單位.簡(jiǎn)化共享過程

（三）信息保護(hù)

就是可以加個(gè)標(biāo)識(shí).不允許讀寫

（四）動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)

可以解決這個(gè)問題

（五）動(dòng)態(tài)鏈接

4.2.2

二、分段系統(tǒng)的基本原理

（一）分段

每個(gè)段有一個(gè)段號(hào)，連續(xù)的分區(qū)

（二）段表

實(shí)現(xiàn)從邏輯段到物理內(nèi)存區(qū)的映射，段長(zhǎng)和基址

（三）地址變換機(jī)構(gòu)

段表項(xiàng)數(shù)目比頁表項(xiàng)數(shù)目少.其所需的聯(lián)想存儲(chǔ)器相對(duì)較少.減少存取數(shù)據(jù)的時(shí)間

（四）分頁和分段的主要區(qū)別

頁是信息的物理單位.分頁是系統(tǒng)管理上的需要

while段是存儲(chǔ)管理方式中的邏輯單位.分段目的在于更好滿足用戶的需要

頁大小固定.段大小不固定

分頁的用戶程序地址是一維的.分段是二維的

三、信息共享

分頁存儲(chǔ)管理能夠提高內(nèi)存的利用率。

分段存儲(chǔ)管理能很好地滿足用戶需要。

（-）分頁系統(tǒng)中對(duì)程序和數(shù)據(jù)的共享

每個(gè)進(jìn)程都有頁表.也都指向相同的物理塊號(hào)

（二）分段系統(tǒng)中的程序和數(shù)據(jù)的共享

可重入代碼是一種不允許任何進(jìn)程對(duì)它進(jìn)行修改的代碼

配以局部數(shù)據(jù)區(qū).把執(zhí)行中可能改變的部分拷貝到該數(shù)據(jù)區(qū).這樣執(zhí)行時(shí)只需對(duì)該數(shù)據(jù)區(qū)中的

內(nèi)容修改即可

四、段頁式存儲(chǔ)管理方式

分段T分頁.每段一個(gè)段名

段號(hào).比較.加法算段表段號(hào)一得到頁號(hào).（比較）.加法算頁表頁號(hào)-得到物理塊號(hào).加頁內(nèi)地址

T得物理地址

第五章虛擬存儲(chǔ)器

出現(xiàn)問題：作業(yè)很大、大量作業(yè)要求運(yùn)行

①虛擬存儲(chǔ)器概述

一、常規(guī)存儲(chǔ)管理方式的特征和局部性原理

（-）常規(guī)存儲(chǔ)管理方式的特征

傳統(tǒng)：一次性、駐留性

（二）局部性原理

絕大部分順序執(zhí)行、調(diào)用進(jìn)度不超過5、循環(huán)結(jié)構(gòu)由少數(shù)指令構(gòu)成.但多次執(zhí)行、多對(duì)數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)的處理.這些處理局限于很小的部分

時(shí)間、空間局限性

(三)虛擬存儲(chǔ)器的基本工作情況

將少數(shù)頁面或段先裝入內(nèi)存即可運(yùn)行

二、虛擬存儲(chǔ)器的定義和特征

(-)虛擬存儲(chǔ)器的定義

有請(qǐng)求調(diào)入功能和置換功能.能邏輯上對(duì)內(nèi)存內(nèi)容加以擴(kuò)充的一種存儲(chǔ)器系統(tǒng)

(二)虛擬存儲(chǔ)器的特征

多次性、對(duì)換性、虛擬性

三、虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方式

(-)分頁請(qǐng)求系統(tǒng)

硬件支持：請(qǐng)求分頁的頁表機(jī)制、缺頁中斷機(jī)制、地址變換機(jī)制

實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求分頁的軟件

(二)請(qǐng)求分段系統(tǒng)

硬件支持：請(qǐng)求分段的段表機(jī)制、缺段中斷機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)構(gòu)

軟件支持

②請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理方式

一、請(qǐng)求分頁中的硬件支持

(-)請(qǐng)求頁表機(jī)制

（二）缺頁中斷機(jī)構(gòu)

（三）地址變換機(jī)構(gòu)

二、請(qǐng)求分頁中的內(nèi)存分配

（-）最小物理塊數(shù)的確定

（二）內(nèi)存分配策略

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

（三）物理塊分配算法

算法：平均分配算法、按比例分配算法、考慮優(yōu)先權(quán)的分配算法

三、頁面調(diào)入策略

（-）何時(shí)調(diào)入頁面

預(yù)調(diào)頁策略：手動(dòng)指出哪些頁要調(diào)入內(nèi)存、成功率偏低

請(qǐng)求調(diào)頁策略：一次調(diào)入一頁.須較大系統(tǒng)開銷

（二）從何處調(diào)入頁面

系統(tǒng)擁有足夠的對(duì)換區(qū)空間：進(jìn)程進(jìn)行前就把進(jìn)程相關(guān)的文件拷貝到對(duì)換區(qū)

系統(tǒng)缺少足夠的對(duì)換區(qū)空間：未修改過的不到對(duì)換區(qū)以后要用再?gòu)奈募^(qū)調(diào)入

UNIX方式：從文件區(qū)入.出到對(duì)換區(qū)、允許頁面共享

（三）頁面調(diào)入過程

???

（四）缺頁率

???

③頁面置換算法

抖動(dòng)：一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行中把大部分時(shí)間都花費(fèi)在頁面置換工作上

一、最佳置換算法和先進(jìn)先出置換算法

（一）最佳置換算法（看未來）

要知道未來需要哪頁.實(shí)際上不可能

（二）先進(jìn)先出頁面置換算法

剔走最老的頁

二、最近最久未使用和最少使用置換算法（LRU看過去）

（-）最近最久未使用

看最近的n個(gè)，最老的踢走

（-）LRU置換算法的硬件支持

寄存器：8位寄存器.R7~R0.R值最小的頁被踢出

棧：最新訪問的是棧頂

（三）最少使用置換算法

現(xiàn)實(shí)使用這個(gè)多.一旦訪問就在最高位置一

三、Clock置換算法

（一）簡(jiǎn)單的CLOCK置換算法

也叫最近未使用算法.就是有個(gè)訪問位，1-0T換出

（二）改進(jìn)型CLOCK置換算法

四類：AM=00~ll

第一步：先找00

第二步：再找01,并置所有頁0X

第三步：再找00,最后找01,一定找到

優(yōu)點(diǎn)：減少I/O

缺點(diǎn)：增加系統(tǒng)開銷

四、頁面緩沖算法

（-）影響頁面換進(jìn)換出效率的若干因素

頁面置換算法、寫回磁盤的頻率、讀入內(nèi)存的頻率

（二）頁面緩沖算法PBA

顯著降低頁面換進(jìn)、換出頻率，減少頁面換進(jìn)換出的開銷

換入換出的開銷大幅減少，才能使用簡(jiǎn)單的置換策略，如FIFO

要在內(nèi)存中設(shè)置：空閑頁面鏈表、修改頁面鏈表

五、訪問內(nèi)存的有效時(shí)間

如果考慮快表的命中率和缺頁率：EAT=.......

如果僅考慮缺頁率：EAT=

④"抖動(dòng)”與工作集

一、多道程序度與"抖動(dòng)”

（一）現(xiàn)象

先增后減

（二）原因

進(jìn)程太多，物理塊不夠分

二、工作集

（一）工作集的基本概念

如果可以預(yù)知，就可以先調(diào)入內(nèi)存，大大降低缺頁率，從而顯著提高處理機(jī)利用率

（二）工作集的定義

引用的集合，類似FIFO

三、"抖動(dòng)”的預(yù)防方法

（-）采取局部置換策略

"抖動(dòng)”影響較小

（二）把工作集算法融入到處理機(jī)調(diào)度中

每個(gè)進(jìn)程在內(nèi)存的駐留頁面是否足夠多，如果是就調(diào)入新作業(yè)、否則增加新物理塊

（三）利用L=S準(zhǔn)則調(diào)節(jié)缺頁率

缺頁之間的平均時(shí)間=平均缺頁服務(wù)時(shí)間

（四）選擇暫停的進(jìn)程

先暫停優(yōu)先級(jí)最低的進(jìn)程、在選擇并不重要，但較大的進(jìn)程

⑤請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理方式

其實(shí)也類似于分頁，要硬件和軟件支持

一、請(qǐng)求分段中的硬件支持

（-）請(qǐng)求段表機(jī)制

段表項(xiàng)：段名、段長(zhǎng)、段基址、存取方式、訪問字段A、修改位M、存在位P、增補(bǔ)位、

外存始址

A、M:改進(jìn)型CLOCK置換算法

P:本段是否調(diào)入內(nèi)存

增補(bǔ)位：看是否做過動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)

（二）缺段中斷機(jī)制（圖5-12）

萬一虛段S不在內(nèi)存中，就阻塞請(qǐng)求進(jìn)程。如果沒有空閑區(qū)，就要拼接空閑區(qū)或者淘汰實(shí)

段以形成空閑區(qū)

之后讀入段S,修改段表及內(nèi)存空區(qū)鏈

（三）地址變換機(jī)構(gòu)

就是一個(gè)地址變換機(jī)構(gòu)

二、分段的共享和保護(hù)

（-）共享段表

共享進(jìn)程計(jì)數(shù)count、存取控制字段、段號(hào)

（二）共享段的分配與回收

共享段的分配、共享段的回收

（三）分段保護(hù)

越界檢查、存取控制檢查、環(huán)保護(hù)機(jī)構(gòu)

第六章輸入輸出系統(tǒng)

①I/O系統(tǒng)的功能、模型和接口

一、I/O系統(tǒng)的基本功能

（-）隱藏物理設(shè)備的細(xì)節(jié)

（二）與設(shè)備的無關(guān)性

自動(dòng)安裝并尋找驅(qū)動(dòng)程序，即插即用

（三）提高處理機(jī)和I/O設(shè)備的利用率

讓處理機(jī)和I/O設(shè)備并行操作

（四）對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行控制

這是驅(qū)動(dòng)程序的功能

（五）確保對(duì)設(shè)備的正確共享

獨(dú)占設(shè)備：打印機(jī)、磁帶機(jī)

共享設(shè)備：磁盤

（六）錯(cuò)誤處理

低級(jí)能夠解決就不向高級(jí)報(bào)告，請(qǐng)求高級(jí)軟件解決

二、I/O系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和模型

（-）1/0軟件的層次結(jié)構(gòu)

用戶層I/O軟件

設(shè)備獨(dú)立性軟件：映射、保護(hù)、分塊、緩沖、分配

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：設(shè)置設(shè)備寄存器、檢查狀態(tài)

中斷處理程序

（-）1/0系統(tǒng)中各種模塊之間的層次視圖

I/O系統(tǒng)上下接口（圖6-2）

I/O系統(tǒng)的分層：中斷處理程序-設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序-設(shè)備獨(dú)立性軟件

三、I/O系統(tǒng)接口

（-）塊設(shè)備接口

塊設(shè)備、隱藏磁盤二維結(jié)構(gòu)、抽象命令映射為低層操作

（二）流設(shè)備接口（Unix的）

字符設(shè)備：效率低、不可尋址

get和put操作：有緩沖區(qū)

in-control指令：互斥方式實(shí)現(xiàn)共享

（三）網(wǎng)絡(luò)通信接口

②I/O設(shè)備和設(shè)備控制器

一、I/O設(shè)備

（-）1/0設(shè)備的類型

按使用特性：存儲(chǔ)設(shè)備、I/O設(shè)備（輸入輸出交互的）

按傳輸速率：低速、中速、高速

（二）設(shè)備與控制器之間的接口

接口：數(shù)據(jù)信號(hào)線、控制信號(hào)線、狀態(tài)信號(hào)線

二、設(shè)備控制器

（-）設(shè)備控制器的基本功能

接收和識(shí)別命令、數(shù)據(jù)交換、標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、差錯(cuò)控制

（二）設(shè)備控制器的組成

設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口、設(shè)備控制器與設(shè)備的接口、I/O邏輯

三、內(nèi)存映像I/O

（一）利用特定的I/O指令

缺點(diǎn)：訪問內(nèi)存和訪問設(shè)備要兩種不同的指令

（二）內(nèi)存映像I/O

就是k為界限，04kwn-l,就是內(nèi)存地址;k>n,就是寄存器地址。統(tǒng)一了對(duì)內(nèi)存和對(duì)控

制器的訪問方法

四、I/O通道

（-）1/0通道設(shè)備的引入

這是一種特殊的處理機(jī)，但只局限于I/O相關(guān)的指令、而且沒有自己的內(nèi)存

（二）通道類型

字節(jié)多路通道：一個(gè)大水喉，多條小水管；一個(gè)換頭快，一個(gè)速率慢

數(shù)組選擇通道：利用率低

數(shù)組多路通道：甚至可以并行操作

（三）"瓶頸"問題

增加通路即可解決

③中斷機(jī)構(gòu)和中斷處理程序

一、中斷簡(jiǎn)介

（-）中斷和陷入

中斷：由外部設(shè)備引起，暫停當(dāng)前程序，執(zhí)行中斷處理程序

陷入：CPU內(nèi)部事件引起的，多是出錯(cuò)故障

（二）中斷向量表和中斷優(yōu)先級(jí)

中斷向量表：asm有學(xué)

中斷優(yōu)先級(jí)：現(xiàn)實(shí)中有多個(gè)中斷信號(hào)源，要規(guī)定不同優(yōu)先級(jí)

（三）對(duì)多中斷源的處理方式

屏蔽中斷：順序執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)無視實(shí)時(shí)中斷請(qǐng)求

嵌套中斷：有個(gè)優(yōu)先級(jí)

二、中斷處理程序步驟

測(cè)定是否有未響應(yīng)中斷信號(hào)；

保護(hù)被中斷進(jìn)程的CPU環(huán)境；

轉(zhuǎn)入相應(yīng)設(shè)備處理程序；

中斷處理；

恢復(fù)CPU現(xiàn)場(chǎng)并退出中斷

④設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

一、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概述

（-）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能

接收命令和參數(shù)，并轉(zhuǎn)換為低層操作序列

檢直I/O合法性，了解I/O工作狀態(tài)，傳遞I/O設(shè)備操作有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備工作方式

及時(shí)響應(yīng)設(shè)備控制器發(fā)來的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)中斷類型，調(diào)用響應(yīng)中斷處理程序

（二）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)

抽象的I/O請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成具體的I/O操作，反映給I/O進(jìn)程

和硬件特性緊密相關(guān)，終端驅(qū)動(dòng)程序可以只有一個(gè)

常用控制方式：中斷驅(qū)動(dòng)、DMA

一部分必須用匯編語言寫，很多驅(qū)動(dòng)程序基本部分已經(jīng)固化在ROM

允許可重入

（三）設(shè)備處理方式

一類設(shè)備一個(gè)進(jìn)程

一個(gè)I/O進(jìn)程負(fù)責(zé)各類設(shè)備的I/O操作

只為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，供用戶或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用（目前用得最多）

二、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程

（一）1省由象要求轉(zhuǎn)換為具體要求

（二）對(duì)服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行校驗(yàn)

譬如要求打印機(jī)輸入數(shù)據(jù)

（三）檢查設(shè)備的狀態(tài)

檢測(cè)寄存器中的不同位，了解設(shè)備的狀態(tài)

（四）傳送必要參數(shù)

波特率、奇偶校驗(yàn)等等參數(shù)

（五）啟動(dòng)I/O設(shè)備

了解數(shù)據(jù)是否到達(dá)

三、對(duì)I/O設(shè)備的控制方式

（-）使用輪詢的可編程I/O方式

無限等待，好浪費(fèi)CPU

（二）使用中斷的可編程I/O方式

百倍提高CPU利用率

（三）直接存儲(chǔ)器訪問方式

至少傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，DMA方式提高CPU和