操作系統(tǒng)-精髓與設(shè)計原理(第五版)

第一章：計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)基本組成I．處理器：控制計算機(jī)的操作，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理功能。當(dāng)只有一個處理器時，它通常指中央處理器（CPU）。II.主存儲器：存儲數(shù)據(jù)和程序。iii．輸入/輸出模塊：在計算機(jī)和外部環(huán)境之間移動數(shù)據(jù)。iv．系統(tǒng)總線：為處理器、主存儲器和輸入輸出模塊提供通信的設(shè)施。什么是中斷？中斷是指計算機(jī)的處理機(jī)用來處理外來請求或部錯誤的一種機(jī)制，該機(jī)制軟硬件結(jié)合，使得計算機(jī)的處理機(jī)能夠暫停當(dāng)前指令系列的執(zhí)行而轉(zhuǎn)向請求指令系列的執(zhí)行。將計算機(jī)的處理機(jī)正在執(zhí)行的指令系列稱為當(dāng)前指令系列，當(dāng)前指令系列通常是用戶程序。將計算機(jī)為處理各類突發(fā)（非預(yù)期）事件請求（I/O請求,時鐘請求，程序錯誤，硬件錯誤）而有待執(zhí)行的指令系列稱為請求指令系列，通常稱為中斷處理程序，是操作系統(tǒng)的一部分。請求指令系列執(zhí)行期間，可以被其它事件中斷（在允許多重中斷的情況下）。執(zhí)行請求指令系列完畢后，可以返回被暫停的原始指令系列，也可以不返回（在多道程序設(shè)計環(huán)境中）。中斷處理程序與社會事務(wù)中的應(yīng)急事件的預(yù)案類似。進(jìn)程與程序的區(qū)別：進(jìn)程程序1.進(jìn)程是執(zhí)行中的程序，還涉及數(shù)據(jù)和上下文環(huán)境，因而有動態(tài)性。1．程序具有穩(wěn)健性。2.一個進(jìn)程可包含多個程序段。2.一個程序可對應(yīng)多個進(jìn)程（不同時間，不同機(jī)器，不同數(shù)據(jù)，不同上下文）。3.進(jìn)程中的程序是指可執(zhí)行程序。3．廣泛意義下的程序可以是任何意義上的程序。4.進(jìn)程中的數(shù)據(jù)是“值”。4.程序中的數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是“型”，“名”，聯(lián)系。5.進(jìn)程中涉及上下文（基本性質(zhì)是與進(jìn)程本身以及資源有關(guān)的狀態(tài)信息）。5.程序不涉及上下文。6.進(jìn)程失去邏輯封閉性（原因是多個進(jìn)程間是異步，并發(fā)或并行的），需要一定的互斥機(jī)制才能保證邏輯封閉性。6.程序具有邏輯封閉性，輸入決定輸出。中斷處理中斷的發(fā)生激活了很多事情，包括處理器硬件中的事件及軟件中的事件。設(shè)備給處理器發(fā)出一個中斷信號。處理器在響應(yīng)中斷前結(jié)束指令系列的執(zhí)行。處理器對中斷進(jìn)行測定，確定存在未響應(yīng)的中斷，并給提交中斷的設(shè)備發(fā)送確認(rèn)信號，確認(rèn)信號允許該設(shè)備取消它的中斷信號。處理器需要把處理權(quán)轉(zhuǎn)移到中斷程序中去做準(zhǔn)備。首先，需要保存從中斷點(diǎn)恢復(fù)當(dāng)前程序所需要的信息，要求的最少信息包括程序狀態(tài)字（PSW）和保存在程序計數(shù)器中的下一條執(zhí)行的指令地址，它們被壓入系統(tǒng)控制棧中（參見附錄1B）。處理器把響應(yīng)此中斷的中斷處理器入口地址裝入程序的計數(shù)器中。在這一點(diǎn)，與被中斷程序相關(guān)的程序計數(shù)器和PSW被保存到系統(tǒng)棧中。此外，還有一些其他信息被當(dāng)作正在執(zhí)行程序的狀態(tài)的一部分。中斷處理器現(xiàn)在可以開始處理中斷，其中包括檢查與I/O操作相關(guān)的信息或其他引起中斷的事件，還可能包括給I/O設(shè)備發(fā)送附加命令或應(yīng)答。當(dāng)中斷處理結(jié)束后，被保存的寄存器值從棧中釋放并恢復(fù)到寄存器中。最后的操作是從棧中恢復(fù)PSW和程序計數(shù)器的值，其結(jié)果是下一條要執(zhí)行的指令來自被中斷的程序。處理多重中斷的方法： 處理多重中斷有兩中方法：當(dāng)正在處理一個中斷時，禁止再發(fā)生中斷。禁止中斷的意思是處理器將對任何新的中斷請求信號不予理睬。定義中斷優(yōu)先級，允許高優(yōu)先級的中斷打斷優(yōu)先級低的中斷處理器的運(yùn)行。第二章：操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)通常提供的服務(wù)：程序開發(fā)程序運(yùn)行I/O設(shè)備訪問文件訪問控制系統(tǒng)訪問錯誤檢測和響應(yīng)審計作為資源管理器的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)與普通的計算機(jī)軟件作用相同，也就是說，它由處理器執(zhí)行的一段程序或一組程序。操作系統(tǒng)經(jīng)常會釋放可控制，而且必須以來處理器才能恢復(fù)。操作系統(tǒng)開發(fā)中的五個主要理論成就進(jìn)程存管理信息保護(hù)和安全調(diào)度和資源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 進(jìn)程 進(jìn)程的概念是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。一個正在執(zhí)行的程序計算機(jī)中正在運(yùn)行的程序的一個實(shí)例可分配給處理器并由處理器執(zhí)行的一個實(shí)體由單一的順序的執(zhí)行線索、一個當(dāng)前狀態(tài)和一組相關(guān)的系統(tǒng)資源所描述的活動單元計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的三條主線： 多道程序批處理操作、分時和實(shí)時事務(wù)系統(tǒng)，它們在時間和同步中所產(chǎn)生的問題推動了進(jìn)程概念的發(fā)展。多道程序設(shè)計是為了讓處理器和I/O設(shè)備（包括存儲設(shè)備）同時保持忙狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)最大效率。其關(guān)鍵機(jī)制是，在響應(yīng)表示I/O事務(wù)結(jié)束的信號時，操作系統(tǒng)將對主存中駐留的不同程序進(jìn)行處理器切換。通用的分時。其主要設(shè)計目標(biāo)是能及時響應(yīng)單個用戶的要求，但是由于成本原因，又要可以同時支持多個用戶。由于用戶反應(yīng)時間相對較慢，因此這兩個目標(biāo)是可以同時實(shí)現(xiàn)的。實(shí)時事務(wù)處理系統(tǒng)。在這種情況下，很多用戶都在對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢或修改，此時系統(tǒng)響應(yīng)時間是最終要的。進(jìn)程的組成：一段可執(zhí)行的程序程序所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)（變量、工作空間、緩沖區(qū)等）程序的執(zhí)行上下文最后一部分是根本。執(zhí)行上下文又稱為進(jìn)程狀態(tài)，是操作系統(tǒng)用來管理和控制進(jìn)程所需的部數(shù)據(jù)。這種部信息是分開的，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)信息不允許被進(jìn)程直接訪問。上下文包括操作系統(tǒng)管理進(jìn)程以及處理器正確執(zhí)行進(jìn)程所需要的所有信息，包括處理器的容，如程序計數(shù)器和數(shù)據(jù)寄存器。他還包括操作系統(tǒng)使用的信息，如進(jìn)程優(yōu)先級以及進(jìn)程是否在等待特定I/O事件的完成。操作系統(tǒng)擔(dān)負(fù)的五個基本的存儲器管理責(zé)任:進(jìn)程隔離：操作系統(tǒng)必須保護(hù)獨(dú)立的進(jìn)程，防止互相干涉數(shù)據(jù)和存儲空間。自動分配和管理：程序應(yīng)該根據(jù)需要在存儲層間動態(tài)地分配，分配對程序員來說是透明的。支持模塊化程序設(shè)計：程序員應(yīng)該能夠定義程序模塊，并且動態(tài)地創(chuàng)建、銷毀模塊，改變模塊大小。保護(hù)和訪問控制長期存儲操作系統(tǒng)的幾種不同方法和設(shè)計要素：微核體系結(jié)構(gòu)多線程對稱多處理分布式操作系統(tǒng)面向?qū)ο笤O(shè)計多線程 多線程技術(shù)是指把執(zhí)行一個應(yīng)用程序的進(jìn)程劃分程可以同時執(zhí)行的多個線程。線程和進(jìn)程的區(qū)別：線程： 可分派的工作單元。它包括處理器上下文（包括程序計數(shù)器和棧指針，）和棧中自己的數(shù)據(jù)區(qū)域（為允許子程序分支）。線程順序執(zhí)行，并且是可中斷的，這樣處理器就可以轉(zhuǎn)到另一線程。進(jìn)程： 一個或多個線程和相關(guān)系統(tǒng)資源（如包含相互據(jù)和代碼的存儲器空間、打開的文件和設(shè)備）的集合。這緊密對應(yīng)于一個正在執(zhí)行的程序的概念。通過把一個應(yīng)用程序分解成多個線程，程序員可以在很大程度上控制應(yīng)用程序的模塊性和應(yīng)用程序相關(guān)事件的時間安排。對稱多處理(SymmetricMultiProcessing,SMP)：對稱多處理可定義為具有以下特征的一個獨(dú)立的計算機(jī)系統(tǒng)：有多個處理器。這些處理器共享同一個主存儲器和I/O設(shè)備，它們之間通過通信總線或其他部連接方案互相連接。所有處理器都可以執(zhí)行相同的功能（因此稱為對稱）。對稱多處理操作系統(tǒng)可以調(diào)度進(jìn)程或線程得到所有的處理器運(yùn)行。對稱多處理器結(jié)構(gòu)比單處理器結(jié)構(gòu)具有更多的潛在優(yōu)勢。第三章進(jìn)程描述和控制在進(jìn)程執(zhí)行時，任意給定一個時間，進(jìn)程都可以唯一地表征為以下元素：標(biāo)識符：跟這個進(jìn)程相關(guān)的唯一標(biāo)識符，用來區(qū)別其他進(jìn)程。狀態(tài)：如果進(jìn)程正在執(zhí)行，那么進(jìn)程處于執(zhí)行態(tài)。優(yōu)先級：相對于其他進(jìn)程的優(yōu)先級。程序計數(shù)器：程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址。存指針：包括程序代碼和進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有其他進(jìn)程共享存塊的指針。上下文數(shù)據(jù)：進(jìn)程執(zhí)行的處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)。I/O狀態(tài)信息：包括顯示的I/O請求、分配給進(jìn)程的I/O設(shè)備（例如磁帶驅(qū)動器）和被進(jìn)程使用的文件列表等。審計信息：可包括處理器時間總和、使用的時鐘數(shù)總和、時間限制、審計號等。導(dǎo)致進(jìn)程創(chuàng)建的原因：新的批處理作業(yè)：通常位于磁帶或磁盤中的批處理作業(yè)控制流被提供給操作系統(tǒng)。當(dāng)操作系統(tǒng)準(zhǔn)備接納新工作是，它將讀取下一個作業(yè)控制命令。交互登錄：終端用戶登錄到系統(tǒng)。操作系統(tǒng)因?yàn)樘峁┮豁?xiàng)服務(wù)而創(chuàng)建：操作系統(tǒng)可以創(chuàng)建也個進(jìn)程，代表用戶程序執(zhí)行一個功能，使用戶無需等待（如控制打印的任務(wù)）。由現(xiàn)有的進(jìn)程派生：基于模塊化的考慮，或者為了開發(fā)并行性，用戶程序可以指示創(chuàng)建多個進(jìn)程。進(jìn)程派生 當(dāng)操作系統(tǒng)為另一個進(jìn)程的顯示請求創(chuàng)建一個進(jìn)程時，這個動作稱為進(jìn)程派生。 當(dāng)一個進(jìn)程派生另一個進(jìn)程時，前一個進(jìn)程稱為父進(jìn)程，被派生的進(jìn)程稱為子進(jìn)程。在典型情況下，相關(guān)進(jìn)程需要相互之間的通訊和合作。導(dǎo)致進(jìn)程終止的原因：正常完成：進(jìn)程自行執(zhí)行一個操作系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用，表示它已經(jīng)結(jié)束運(yùn)行超過時限：進(jìn)程運(yùn)行時間超過規(guī)定的時限。無可用存：系統(tǒng)無法滿足系統(tǒng)需要的存空間越界：進(jìn)程試圖訪問不允許訪問的存單元。保護(hù)錯誤：進(jìn)程試圖使用不允許使用的資源或文件，或者試圖以一種不正確的方式使用，如：往制度文件中寫。算術(shù)錯誤：進(jìn)程試圖進(jìn)行被禁止的計算，如除以零或者存儲大于硬件可以接納的數(shù)字時間超出：進(jìn)程等待某一事件發(fā)生的時間超過了規(guī)定的最大值。I/O失?。涸谳斎牖蜉敵銎陂g發(fā)生錯誤，如找不到文件、在超出規(guī)定的最多努力次數(shù)后仍然讀寫失敗。無效指令：進(jìn)程試圖執(zhí)行一個不存在的指令。特權(quán)指令：進(jìn)程試圖使用為操作系統(tǒng)保留的指令。數(shù)據(jù)誤用：錯誤類型或未初始化的一塊數(shù)據(jù)。操作員或操作系統(tǒng)干涉：由于某些原因，操作員或操作系統(tǒng)終止進(jìn)程（例如，如果存在死鎖）。父進(jìn)程終止：當(dāng)一個父進(jìn)程終止時，操作系統(tǒng)可自動終止該進(jìn)程的所有后代進(jìn)程。父進(jìn)程請求：父進(jìn)程通常具有終止其任何后代進(jìn)程的權(quán)利。進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖掛起狀態(tài)進(jìn)程： 掛起狀態(tài)進(jìn)程的概念與不再主存中的進(jìn)程概念是等價的。 掛起狀態(tài)進(jìn)程的特點(diǎn)如下所示：進(jìn)程不能立即執(zhí)行。進(jìn)程可能是或不是正在等待一個事件。如果是，阻塞條件不依賴于掛起條件，阻塞事件的發(fā)生不會使進(jìn)程立即被執(zhí)行。為阻止進(jìn)程執(zhí)行，可以通過代理把這個進(jìn)程至于掛起狀態(tài)，代理可以是進(jìn)程自己，也可以是父進(jìn)程或操作系統(tǒng)。除非代理顯示地命令系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，否則進(jìn)程無法從這個狀態(tài)中轉(zhuǎn)移。進(jìn)程掛起的原因：交換：操作系統(tǒng)需要釋放足夠的主存空間，以調(diào)入并執(zhí)行處于就緒態(tài)的進(jìn)程。其他OS原因：操作系統(tǒng)可能掛起后臺進(jìn)程或工具程序進(jìn)程，或者被懷疑導(dǎo)致問題的進(jìn)程。交互式用戶請求：用戶可能希望掛起一個程序的執(zhí)行，目的是為了調(diào)試或者與一個資源的使用進(jìn)行連接。定時：一個進(jìn)程可能會周期性地執(zhí)行（例如審計或系統(tǒng)監(jiān)視進(jìn)程），而且可能在等待下一個時間間隔時被掛起。父進(jìn)程請求：父進(jìn)程可能會希望掛起后代進(jìn)程的執(zhí)行，以檢查或修改掛起的進(jìn)程，或者協(xié)調(diào)不同后代進(jìn)程之間的行為。進(jìn)程控制塊PCB(ProcessControlBlock)：存放進(jìn)程的管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為進(jìn)程控制塊。它是進(jìn)程管理和控制的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每一個進(jìn)程均有一個PCB，在創(chuàng)建進(jìn)程時，建立PCB，伴隨進(jìn)程運(yùn)行的全過程，直到進(jìn)程撤消而撤消。在不同的操作系統(tǒng)中對進(jìn)程的控制和管理機(jī)制不同，PCB中的信息多少也不一樣，通常PCB應(yīng)包含如下一些信息。1、進(jìn)程標(biāo)識符name：每個進(jìn)程都必須有一個唯一的標(biāo)識符，可以是字符串，也可以是一個數(shù)字。UNIX系統(tǒng)中就是一個整型數(shù)。在進(jìn)程創(chuàng)建時由系統(tǒng)賦予。2、進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài)status：說明進(jìn)程當(dāng)前所處的狀態(tài)。為了管理的方便，系統(tǒng)設(shè)計時會將相同的狀態(tài)的進(jìn)程組成一個隊(duì)列，如就緒進(jìn)程隊(duì)列，等待進(jìn)程則要根據(jù)等待的事件組成多個等待隊(duì)列，如等待打印機(jī)隊(duì)列、等待磁盤I/O完成隊(duì)列等等。3、進(jìn)程相應(yīng)的程序和數(shù)據(jù)地址，以便把PCB與其程序和數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。4、進(jìn)程資源清單。列出所擁有的除CPU外的資源記錄，如擁有的I/O設(shè)備，打開的文件列表等。5、進(jìn)程優(yōu)先級priority：進(jìn)程的優(yōu)先級反映進(jìn)程的緊迫程序，通常由用戶指定和系統(tǒng)設(shè)置。UNIX系統(tǒng)采用用戶設(shè)置和系統(tǒng)計算相結(jié)合的方式確定進(jìn)程的優(yōu)先級。6、CPU現(xiàn)場保護(hù)區(qū)cpustatus：當(dāng)進(jìn)程因某種原因不能繼續(xù)占用CPU時（等待打印機(jī)），釋放CPU，這時就要將CPU的各種狀態(tài)信息保護(hù)起來，為將來再次得到處理機(jī)恢復(fù)CPU的各種狀態(tài)，繼續(xù)運(yùn)行。7、進(jìn)程同步與通信機(jī)制用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間互斥、同步和通信所需的信號量等。8、進(jìn)程所在隊(duì)列PCB的字根據(jù)進(jìn)程所處的現(xiàn)行狀態(tài)，進(jìn)程相應(yīng)的PCB參加到不同隊(duì)列中。PCB字指出該進(jìn)程所在隊(duì)列中下一個進(jìn)程PCB的首地址。9、與進(jìn)程有關(guān)的其他信息。如進(jìn)程記賬信息，進(jìn)程占用CPU的時間等。進(jìn)程執(zhí)行模式： 非特權(quán)模式通常稱為用戶模式，這是因?yàn)橛脩舫绦蛲ǔＴ谠撃Ｊ较逻\(yùn)行；特權(quán)模式可稱為系統(tǒng)模式、控制模式或核模式，核模式指的是操作系統(tǒng)的核，這是操作系統(tǒng)中包含重要系統(tǒng)功能的部分。操作系統(tǒng)核的典型功能：進(jìn)程管理：進(jìn)程的創(chuàng)建和終止。進(jìn)程的調(diào)度和分配。進(jìn)程切換。進(jìn)程同步以及對進(jìn)程間通信的支持。進(jìn)程控制塊的管理。存管理：給進(jìn)程分配地址空間。交換。頁和段的管理。I/O管理：緩沖區(qū)管理。給進(jìn)程分配I/O通道和設(shè)備。支持功能：中斷處理審計監(jiān)視進(jìn)程的創(chuàng)建：給新進(jìn)程分配一個唯一的進(jìn)程標(biāo)識號。給進(jìn)程分配空間。初始化進(jìn)程控制塊。設(shè)置正確的連接。創(chuàng)建或擴(kuò)充其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。UNIX下進(jìn)程創(chuàng)建的方法：（摘自：docs.huihoo./gnu/linux/fork.html）在UNIX系統(tǒng)中，用戶創(chuàng)建一個新進(jìn)程的唯一方法就是調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用fork。調(diào)用fork的進(jìn)程稱為父進(jìn)程，而新創(chuàng)建的進(jìn)程叫做子進(jìn)程。系統(tǒng)調(diào)用的語法格式： pid=fork();在從系統(tǒng)調(diào)用fork中返回時，兩個進(jìn)程除了返回值pid不同外，具有完全一樣的用戶級上下文。在子進(jìn)程中，pid的值為零。在系統(tǒng)啟動時由核心部地創(chuàng)建的進(jìn)程0是唯一不通過系統(tǒng)調(diào)用fork而創(chuàng)建的進(jìn)程。核心為系統(tǒng)調(diào)用fork完成下列操作：為新進(jìn)程在進(jìn)程表中分配一個空項(xiàng)。為子進(jìn)程賦一個唯一的進(jìn)程標(biāo)識號(PID)。做一個父進(jìn)程上下文的邏輯副本。由于進(jìn)程的某些部分，如正文區(qū)，可能被幾個進(jìn)程所共享，所以核心有時只要增加某個區(qū)的引用數(shù)即可，而不是真的將該區(qū)拷貝到一個新的存物理區(qū)。增加與該進(jìn)程相關(guān)聯(lián)的文件表和索引節(jié)點(diǎn)表的引用數(shù)。對父進(jìn)程返回子進(jìn)程的進(jìn)程號，對子進(jìn)程返回零。理解系統(tǒng)調(diào)用fork的實(shí)現(xiàn)是十分重要的，因?yàn)樽舆M(jìn)程就象從天而降一樣地開始它的執(zhí)行序列。下面是系統(tǒng)調(diào)用fork的算法。核心首先確信有足夠的資源來成功完成fork。如果資源不滿足要求，則系統(tǒng)調(diào)用fork失敗。如果資源滿足要求，核心在進(jìn)程表中找一個空項(xiàng)，并開始構(gòu)造子進(jìn)程的上下文。算法：fork輸入：無輸出：對父進(jìn)程是子進(jìn)程的PID 對子進(jìn)程是0{ 檢查可用的核心資源 取一個空閑的進(jìn)程表項(xiàng)和唯一的PID號 檢查用戶沒有過多的運(yùn)行進(jìn)程 將子進(jìn)程的狀態(tài)設(shè)置為“創(chuàng)建”狀態(tài) 將父進(jìn)程的進(jìn)程表中的數(shù)據(jù)拷貝到子進(jìn)程表中 當(dāng)前目錄的索引節(jié)點(diǎn)和改變的根目錄(如果可以)的引用數(shù)加1 文件表中的打開文件的引用數(shù)加1 在存中作父進(jìn)程上下文的拷貝 在子進(jìn)程的系統(tǒng)級上下文中壓入虛設(shè)系統(tǒng)級上下文層 /*虛設(shè)上下文層中含有使子進(jìn)程能 *識別自己的數(shù)據(jù)，并使子進(jìn)程被調(diào)度時 *從這里開始運(yùn)行 */ if(正在執(zhí)行的進(jìn)程是父進(jìn)程){ 將子進(jìn)程的狀態(tài)設(shè)置為“就緒”狀態(tài) return(子進(jìn)程的PID) //從系統(tǒng)到用戶 } else{ 初始化計時區(qū) return0; }}我們來看看下面的例子。該程序說明的是經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)用fork之后，對文件的共享存取。用戶調(diào)用該程序時應(yīng)有兩個參數(shù)，一個是已經(jīng)有的文件名，另外一個是要創(chuàng)建的新文件名。該進(jìn)程打開已有的文件，創(chuàng)建一個新文件，然后，假定沒有遇見過錯誤，它調(diào)用fork來創(chuàng)建一個子進(jìn)程。子進(jìn)程可以通過使用相同的文件描述符而繼承地存取父進(jìn)程的文件(即父進(jìn)程已經(jīng)打開和創(chuàng)建的文件)。當(dāng)然，父進(jìn)程和子進(jìn)程要分別獨(dú)立地調(diào)用rdwrt函數(shù)，并執(zhí)行一個循環(huán)，即從源文件中讀一個字節(jié)，然后寫一個字節(jié)到目標(biāo)文件中區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用read遇見文件尾時，函數(shù)rdwrt立即返回。#include<fcntl.h>int fdrd,fdwt;char c;main(intargc,char*argv[]){ if(argc!=3){ exit(1); } if((fdrd=open(argv[1],O_RDONLY))==-1){ exit(1); } if((fdwt=creat(argv[2],0666))==-1){ exit(1); } fork(); //兩個進(jìn)程執(zhí)行同樣的代碼 rdwrt(); exit(0);}rdwrt(){ for(;;){ if(read(fdrd,&c,1)!=1){ return; } write(fdwt,&c,1); }}在這個例子中，兩個進(jìn)程的文件描述符都指向相同的文件表項(xiàng)。這兩個進(jìn)程永遠(yuǎn)不會讀或?qū)懙较嗤奈募屏?，因?yàn)楹诵脑诿看蝦ead和write調(diào)用之后，都要增加文件的偏移量。盡管兩個進(jìn)程似乎是將源文件拷貝了兩次，但因?yàn)樗麄兎謸?dān)了工作任務(wù)，因此，目標(biāo)文件的容依賴于核心調(diào)度兩個進(jìn)程的次序。如果核心這樣調(diào)度兩個進(jìn)程：使他們交替地執(zhí)行他們的系統(tǒng)調(diào)用，或甚至使他們交替地執(zhí)行每對read和write調(diào)用，則目標(biāo)文件的容和源文件的容完全一致。但考慮這樣的情況：兩個進(jìn)程正要讀源文件中的兩個連續(xù)的字符"ab"。假定父進(jìn)程讀了字符"a"，這時，核心在父進(jìn)程寫之前，做了上下文切換來執(zhí)行子進(jìn)程。如果子進(jìn)程讀到字符"b"，并在父進(jìn)程被調(diào)度前，將它寫到目標(biāo)文件，那么目標(biāo)文件將不再含有字符串"ab"，而是含有"ba"了。核心并不保證進(jìn)程執(zhí)行的相對速率。再來看看另外一個例子：#include<string.h>char string[]="Hello,world";main(){ int count,i; int to_par[2],to_chil[2]; //到父、子進(jìn)程的管道 char buf[256]; pipe(to_par); pipe(to_chil); if(fork()==0){ //子進(jìn)程在此執(zhí)行 close(0); //關(guān)閉老的標(biāo)準(zhǔn)輸入 dup(to_child[0]); //將管道的讀復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)輸入 close(1); //關(guān)閉老的標(biāo)準(zhǔn)輸出 dup(to_par[1]); //將管道的寫復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)輸出 close(to_par[1]); //關(guān)閉不必要的管道描述符 close(to_chil[0]); close(to_par[0]); close(to_chil[1]); for(;;){ if((count=read(0,buf,sizeof(buf))==0) exit(); write(1,buf,count); } } //父進(jìn)程在此執(zhí)行 close(1); //重新設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出 dup(to_chil[1]); close(0); dup(to_par[0]); close(to_chil[1]); close(to_par[0]); close(to_chil[0]); close(to_par[1]); for(i=0;i<15;i++){ write(1,string,strlen(string)); read(0,buf,sizeof(buf)); }}子進(jìn)程從父進(jìn)程繼承了文件描述符0和1(標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出)。兩次執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用pipe分別在數(shù)組to_par和to_chil中分配了兩個文件描述符。然后該進(jìn)程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用fork，并復(fù)制進(jìn)程上下文：象前一個例子一樣，每個進(jìn)程存取自己的私有數(shù)據(jù)。父進(jìn)程關(guān)閉他的標(biāo)準(zhǔn)輸出文件(文件描述符1)，并復(fù)制(dup)從管道線to_chil返回的寫文件描述符。因?yàn)樵诟高M(jìn)程文件描述符表中的第一個空槽是剛剛由關(guān)閉騰出來的，所以核心將管道線寫文件描述符復(fù)制到了文件描述符表中的第一項(xiàng)中，這樣，標(biāo)準(zhǔn)輸出文件描述符變成了管道線to_chil的寫文件描述符。父進(jìn)程以類似的操作將標(biāo)準(zhǔn)輸入文件描述符替換為管道線to_par的讀文件描述符。與此類似，子進(jìn)程關(guān)閉他的標(biāo)準(zhǔn)輸入文件(文件描述符0)，然后復(fù)制(dup)管道線to_chil的讀文件描述符。由于文件描述符表的第一個空項(xiàng)是原先的標(biāo)準(zhǔn)輸入項(xiàng)，所以子進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入變成了管道線to_chil的讀文件描述符。子進(jìn)程做一組類似的操作使他的標(biāo)準(zhǔn)輸出變成管道線to_par的寫文件描述符。然后兩個進(jìn)程關(guān)閉從pipe返回的文件描述符。上述操作的結(jié)果是：當(dāng)父進(jìn)程向標(biāo)準(zhǔn)輸出寫東西的時候，他實(shí)際上是寫向to_chil--向子進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)，而子進(jìn)程則從他的標(biāo)準(zhǔn)輸入讀管道線。當(dāng)子進(jìn)程向他的標(biāo)準(zhǔn)輸出寫的時候，他實(shí)際上是寫入to_par--向父進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)，而父進(jìn)程則從他的標(biāo)準(zhǔn)輸入接收來自管道線的數(shù)據(jù)。兩個進(jìn)程通過兩條管道線交換消息。無論兩個進(jìn)程執(zhí)行的順序如何，這個程序執(zhí)行的結(jié)果是不變的。他們可能去執(zhí)行睡眠和喚醒來等待對方。父進(jìn)程在15次循環(huán)后退出。然后子進(jìn)程因管道線沒有寫進(jìn)程而讀到“文件尾”標(biāo)志，并退出。進(jìn)程的切換： 進(jìn)程切換的功能是很簡單的。在某一時刻，一個正在運(yùn)行的進(jìn)程被中斷，操作系統(tǒng)制定另一個進(jìn)程為運(yùn)行態(tài)，并把控制權(quán)交給這個進(jìn)程。進(jìn)程切換的步驟：保存處理器上下文，包括程序計數(shù)器和其他寄存器。更新當(dāng)前處于運(yùn)行太的進(jìn)程的進(jìn)程控制塊，包括進(jìn)程狀態(tài)改變?yōu)榱硪粻顟B(tài)（就緒態(tài)、阻塞太、就緒/掛起態(tài)或退出態(tài)）。還必須更新其他相關(guān)域，包括離開運(yùn)行態(tài)的原因和審計信息。把進(jìn)程的進(jìn)程控制塊移到相應(yīng)的隊(duì)列（就緒、在事件i處阻塞、就緒/掛起）。選擇另一個進(jìn)程執(zhí)行。更新所選擇進(jìn)程的進(jìn)程控制塊，包括把進(jìn)程的狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行態(tài)。更新存管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這取決于如何管理地址轉(zhuǎn)換?；謴?fù)處理器在被選擇的進(jìn)程的最后一次切換出運(yùn)行態(tài)時的上下文，這可以通過載入程序設(shè)計數(shù)據(jù)和其他寄存器以前的值來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)程切換涉及到狀態(tài)變化，比模式切換需要做更多的工作，顯然，模式切換與進(jìn)程切換是不同的。發(fā)生模式切換可以不改變正處于運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程狀態(tài)，在這種情況ixa，保存上下文和以后恢復(fù)上下文只需要很少的開銷。但是如果當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程被切換到另一個狀態(tài)（就緒、阻塞等），則操作系統(tǒng)必須使其環(huán)境產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的變化。UNIX進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：進(jìn)程控制： UNIX中的進(jìn)程創(chuàng)建是通過核系統(tǒng)調(diào)用fork()實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)一個進(jìn)程產(chǎn)生一個fork()請求時，操作系統(tǒng)執(zhí)行以下功能[BACH86]:為新進(jìn)程表中分配一個空項(xiàng)。為子進(jìn)程賦一個唯一的進(jìn)程標(biāo)識號。為一個父進(jìn)程上下文的邏輯副本，不包括共享存區(qū)。添加父進(jìn)程擁有的所有文件的計數(shù)器，以表示有一個另外的進(jìn)程現(xiàn)在也擁有這些文件。把子進(jìn)程置為就緒態(tài)。向父進(jìn)程返回子進(jìn)程的進(jìn)程號；對子進(jìn)程返回零。 當(dāng)父進(jìn)程的核模式下完成以上操作后，會繼續(xù)下面三種操作之一：在父進(jìn)程中繼續(xù)執(zhí)行?？刂品祷赜脩裟Ｊ较赂高M(jìn)程進(jìn)行fork調(diào)用處。處理器控制權(quán)轉(zhuǎn)交給子進(jìn)程。子進(jìn)程開始執(zhí)行代碼，執(zhí)行點(diǎn)與父進(jìn)程相同，也就是說在fork調(diào)用的返回處?？刂茩?quán)轉(zhuǎn)交給另一個進(jìn)程。父進(jìn)程和子進(jìn)程都置于就緒態(tài)。第四章 線程、對稱多處理和微核多線程： 多線程是指操作系統(tǒng)支持在一個進(jìn)程中執(zhí)行多個線程的能力，每個進(jìn)程中只有一個線程在執(zhí)行的傳統(tǒng)方法（還沒有明確線程的概念）稱為單線程方法。 資源只能分配給進(jìn)程（進(jìn)程調(diào)用資源），而一個進(jìn)程可以有一個或者多個線程。在一個進(jìn)程中的每個線程有：線程執(zhí)行狀態(tài)（運(yùn)行，就緒）在未運(yùn)行時保存的線程上下文；可以把線程看做進(jìn)程中的一個獨(dú)立的程序計數(shù)器在操作。一個執(zhí)行的棧。用于每個線程局部變量靜態(tài)存儲空間。對所屬進(jìn)程的存和資源的訪問，并與該進(jìn)程中的其它線程共享這些資源。在多線程環(huán)境中，仍然有與進(jìn)程相關(guān)聯(lián)的進(jìn)程控制塊和用戶地址空間，但是每個線程都有一個獨(dú)立的棧，還有獨(dú)立的控制塊用于包含寄存器值、優(yōu)先級和其他與線程相關(guān)的狀態(tài)信息。線程的重要優(yōu)點(diǎn)：在一個已有的進(jìn)程中創(chuàng)建一個新線程比創(chuàng)建一個進(jìn)程所需的時間要少許多。終止一個線程比終止一個進(jìn)程花費(fèi)的時間少。同一進(jìn)程線程間切換比進(jìn)程間切換花費(fèi)的時間少。線程提高了不同的執(zhí)行程序間通訊效率。在大多數(shù)操作系統(tǒng)中，獨(dú)立進(jìn)程間的通信需要核的介入，以提供保護(hù)和通信所需要的機(jī)制。但是由于在同一個進(jìn)程中的線程共享存和文件，他們無需調(diào)用核就可以互相通信。在支持線程的操作系統(tǒng)中，調(diào)度和分派是在線程基礎(chǔ)上完成的；因此大多數(shù)與執(zhí)行相關(guān)的信息可以保存在線程級的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。但是，有些活動影響著進(jìn)程中的所有線程，操作系統(tǒng)必須在進(jìn)程一級對他們進(jìn)行管理。掛起涉及到把一個進(jìn)程的地址空間換出主存并為其他進(jìn)程的地址空間騰出位置。因?yàn)橐粋€進(jìn)程中的所有線程共享同一個地址空間，所以他們都會同時被掛起。類似的，進(jìn)程終止也會導(dǎo)致其中的線程的終止。線程同步： 一個進(jìn)程中所有線程共享同一個地址空間和諸如打開的文件之類的其他資源。一個線程對資源的任何修改都會影響同一個進(jìn)程中其他線程的環(huán)境。因此需要同步各種線程的活動，以便他們互不干涉且不破壞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。線程同步的方法主要有互斥鎖和信號量:1．互斥鎖方法：互斥鎖是一種簡單的加鎖方法來控制對共享資源的存取。它只有兩種狀態(tài)：上鎖和解鎖。在同一時刻只能有一個線程掌握某個已經(jīng)上鎖的互斥鎖，擁有上鎖狀態(tài)的線程能夠?qū)蚕碣Y源進(jìn)行操作。若其他的線程希望上鎖一個已經(jīng)上鎖了的互斥鎖，則該線程會被掛起，直到上鎖的線程釋放互斥鎖為止。2．信號量方法：信號量本質(zhì)上是一個非負(fù)的整數(shù)計數(shù)器，它可以用來控制對公共資源的訪問，如果信號量的值大于0，則表示資源可用，否則表示資源不可用。信號量可以用于進(jìn)程或者線程之間的同步和互斥兩種情況。如果用于互斥，一般只需要設(shè)置一個公共信號量sem。如果用于同步，一般需要設(shè)置多個公共/私有信號量，并安排不同的初始值來實(shí)現(xiàn)他們之間的順序執(zhí)行。用戶級線程： 在一個純粹的用戶級線程中，有關(guān)線程管理的所有工作都由應(yīng)用程序完成，核沒有意識到有線程的存在。使用用戶級線程代替核級線程的優(yōu)點(diǎn)：由于所有線程管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都在一個進(jìn)程的用戶地址空間中，線程切換不需要核模式特權(quán)，因此，進(jìn)程不需要為了線程管理而切換到核模式，者節(jié)省了在者兩種模式間進(jìn)行切換（從用戶模式到核模式；從核模式返回到用戶模式）的開銷；調(diào)用可以是應(yīng)用程序裝用的。一個應(yīng)用程序可能傾向于簡單的輪詢調(diào)度算法，而另一個一個用程序可能傾向于基于優(yōu)先級的調(diào)度算法。調(diào)度算法可以去適應(yīng)應(yīng)用程序，而不會擾亂底層操作系統(tǒng)的調(diào)度器；用戶級線程可以在任何操作系統(tǒng)中運(yùn)行，不需要對底層核進(jìn)行修改以支持用戶級線程。線程庫是一組供所有應(yīng)用程序共享的應(yīng)用級軟件包。用戶級線程相對于核級線程的兩個明顯缺點(diǎn)：在典型的操作系統(tǒng)中，許多系統(tǒng)調(diào)用都會引起阻塞。因此，當(dāng)用戶級線程執(zhí)行一個系統(tǒng)調(diào)用時，不僅這個線程會被阻塞，進(jìn)程中的所有線程都會被阻塞；在純粹的用戶級線程策略中，一個多線程應(yīng)用程序不能利用多處理技術(shù)。核一次只能一個進(jìn)程分配給一個處理器，因此一次進(jìn)程中只有一個線程可以執(zhí)行。實(shí)際上，在一個進(jìn)程有應(yīng)用級的多道程序。雖然多道程序會使得應(yīng)用程序的速度明顯提高，但是同時執(zhí)行部分代碼更會使得應(yīng)用程序受益。核級線程： 在一個純粹的核級線程軟件中，有關(guān)線程管理的所有工作都是由核完成的，應(yīng)用程序部分沒有進(jìn)行線程管理的代碼，只有一個到核級線程實(shí)施的應(yīng)用程序編程接口（API）。使用核級線程的優(yōu)點(diǎn)（克服了用戶級線程方法的兩個基本缺陷）：核可以同時把同一個進(jìn)程中的多個線程調(diào)度到多個處理器中；如果進(jìn)程中的一個線程被阻塞，核可以調(diào)度同一個進(jìn)程中的另一個線程。核級線程的另一個優(yōu)點(diǎn)是核例程自身也可以使用多線程。相對與用戶級線程，核級線程方法的的主要缺點(diǎn)：同一個進(jìn)程在把控制從一個線程時傳送到另一個線程時需要到核的模式切換。 因此，從表面上看，雖然使用核級線程多線程技術(shù)會比使用單線程的進(jìn)程有明顯的速度上提高，但是使用用戶級線程比核級線程又有額外的提高。不過這個額外的提高是否真的能夠?qū)崿F(xiàn)則要取決與應(yīng)用程序的性質(zhì)。 如果應(yīng)用程序中的大多書線程切換都需要核模式的訪問，那么基于用戶級線程的方案不會比基于核級線程的方案好多少。第五章 并發(fā)性：互斥和同步操作系統(tǒng)設(shè)計中的核心問題是關(guān)于進(jìn)程和線程的管理：多道程序設(shè)計技術(shù)：管理但處理器系統(tǒng)中的多個進(jìn)程；多處理技術(shù)：管理多處理器系統(tǒng)中的多個進(jìn)程；分布式處理技術(shù)：管理多臺分布式計算機(jī)系統(tǒng)中多個進(jìn)程的執(zhí)行。并發(fā)是所有問題的基礎(chǔ)，也是操作系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。其產(chǎn)生的問題不僅會出現(xiàn)在多處理環(huán)境和分布式處理環(huán)境中，也會出現(xiàn)在單處理器的多道程序設(shè)計中。并發(fā)包括的設(shè)計問題：進(jìn)程間通訊資源共享與競爭多個進(jìn)程活動的同步以及分配給進(jìn)程的處理器時間。并發(fā)出現(xiàn)的上下文：多個應(yīng)用程序：多道程序設(shè)計技術(shù)允許在多個活動的應(yīng)用程序間動態(tài)共享處理時間。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計：作為模塊化設(shè)計和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的擴(kuò)展，一些應(yīng)用程序可以有效地設(shè)計成一組并發(fā)進(jìn)程；操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：同樣的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計有點(diǎn)可以用于系統(tǒng)程序員，且我們已經(jīng)知道操作系統(tǒng)滋生常常作為一組進(jìn)程或線程來實(shí)現(xiàn)。和并發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵術(shù)語：臨界區(qū)：是一段代碼，在這段代碼中進(jìn)程將訪問共享資源，當(dāng)另一個進(jìn)程已經(jīng)在這段代碼中運(yùn)行時，這個進(jìn)程就不能在這段代碼中執(zhí)行。死鎖： 兩個或兩個以上的進(jìn)程因?yàn)槠渲械拿總€進(jìn)程都在等待其他進(jìn)程昨完某些事情而不能繼續(xù)執(zhí)行，這樣的情形叫死鎖。活鎖： 連個或兩個以上的進(jìn)程為了響應(yīng)其他進(jìn)程中的變化而繼續(xù)改變自己的狀態(tài)但不做有用的工作，這樣的情形叫做活鎖?；コ猓?當(dāng)一個進(jìn)程在臨界區(qū)訪問共享資源時，其他進(jìn)程不能進(jìn)入該臨界區(qū)訪問任何共享資源，這種情形叫互斥。競爭條件： 多個線程或者進(jìn)程在讀寫一個共享數(shù)據(jù)時結(jié)果依賴于他們執(zhí)行的相對時間，這種情形叫做競爭條件。饑餓： 是指一個可運(yùn)行的進(jìn)程盡管能繼續(xù)執(zhí)行，但被調(diào)度器無限期地忽視，而不能被調(diào)度執(zhí)行的情況?；コ獾囊螅?為了提供對互斥的支持，必須滿足一下要求：必須強(qiáng)制實(shí)施互斥：在具有關(guān)于相同資源或共享對象的臨界區(qū)的所有進(jìn)程中，一次只允許一個進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)。一個在非臨界區(qū)停止的進(jìn)程必須不干涉其他的進(jìn)程。決不允許出現(xiàn)一個需要訪問臨界區(qū)的進(jìn)程被無限延時的情況，即不會出現(xiàn)死鎖和饑餓。當(dāng)沒有進(jìn)程在臨界區(qū)中時，任何需要進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須能夠立即進(jìn)入。當(dāng)相關(guān)進(jìn)程的速度和處理器的數(shù)目沒有任何要求和限制。一個進(jìn)程駐留在臨界區(qū)中的時間必須是有限的。生產(chǎn)者消費(fèi)者： 有一個或多個生產(chǎn)者產(chǎn)生某種類型的數(shù)據(jù)（記錄，字符），并放置在緩沖區(qū)中；有一個消費(fèi)者從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，每次取一項(xiàng)；系統(tǒng)保證避免對緩沖區(qū)的重復(fù)操作，也就是說，在任何時候只有一個代理（生產(chǎn)者或消費(fèi)者）可以訪問緩沖區(qū)。讀者寫者問題： 有一個許多進(jìn)程共享的數(shù)據(jù)區(qū)，這個數(shù)據(jù)區(qū)的進(jìn)程（reader）和一些只往數(shù)據(jù)區(qū)中寫數(shù)據(jù)的進(jìn)程（writer）；此外還需要如下條件：任意多的讀進(jìn)程可以同時讀這個文件；一次只有一個進(jìn)程可以往文件中寫；如果一個寫進(jìn)程正在往文件中寫時，則禁止任何進(jìn)程讀文件；生產(chǎn)者-消費(fèi)者&&讀者-寫者讀者-寫者生產(chǎn)者-消費(fèi)者一次可以有多個讀者同時讀取只有一個消費(fèi)者去消費(fèi)一次只允許一個寫者進(jìn)行寫可以有多個生產(chǎn)者第六章 并發(fā)性：死鎖和饑餓第七章 存管理存管理的五點(diǎn)需求：

重定位保護(hù)共享邏輯組織物理組織存管理技術(shù)：（具體見課本P221表7.1）動態(tài)分區(qū)的放置算法：最佳適配：選擇與要求的大小最接近的塊。首次適配：從開始掃描存，選擇大小足夠的第一個可用塊；臨近適配：從上一次放置的位置開始掃描存，選擇下一個大小足夠的可用塊。三種算法的優(yōu)劣：分區(qū)式存儲管理早期的單用戶、單任務(wù)的操作系統(tǒng)將存空間簡單地分為兩個區(qū)域：系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)。操作系統(tǒng)使用系統(tǒng)區(qū)；應(yīng)用程序則裝入到用戶區(qū)，并使用用戶區(qū)全部空間。這種方式管理簡單，但浪費(fèi)存空間。為了支持多個程序并發(fā)執(zhí)行，現(xiàn)代操作系統(tǒng)引入了分區(qū)式存儲管理。存被分為若干個區(qū)域，操作系統(tǒng)占用其中一個分區(qū)，其余的分區(qū)則提供給應(yīng)用程序使用，每個應(yīng)用程序占用其中一個或幾個分區(qū)。根據(jù)分區(qū)的大小是否固定，可以將分區(qū)式存儲管理機(jī)制分為固定分區(qū)和動態(tài)分區(qū)兩種類型。動態(tài)分區(qū)在進(jìn)程申請存空間時按其要求的容量分配存，或根據(jù)進(jìn)程的要求在其執(zhí)行過程中動態(tài)改變分區(qū)大小。分區(qū)存儲管理的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)是容易造成空間浪費(fèi)，產(chǎn)生碎片。交換技術(shù)和分頁技術(shù)根據(jù)程序的局部性原理，在一個較短的時間間隔，程序所訪問的存儲器地址在很大比例上集中在存儲器地址空間的很小圍。交換技術(shù)正是利用了程序的局部性原理實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)環(huán)境中的存儲管理。交換過程由換入和換出兩個過程組成：換入過程將外存交換區(qū)的數(shù)據(jù)和程序代碼換至存，而換出過程將存中的數(shù)據(jù)換到外存交換區(qū)中。操作系統(tǒng)將暫時不執(zhí)行的程序代碼保存在外存中，并將這些進(jìn)程排入進(jìn)程請求的長期調(diào)度隊(duì)列。隊(duì)列中的一部分進(jìn)程被調(diào)到主存中執(zhí)行。當(dāng)由于輸入/輸出操作等原因使得存儲器中無進(jìn)程處于就緒狀態(tài)時，操作系統(tǒng)將部分進(jìn)程換出至外存，并排入中期隊(duì)列。騰出的存空間則換入中期隊(duì)列或長期隊(duì)列中的一個可執(zhí)行的進(jìn)程。交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是增加了并發(fā)運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)目。缺點(diǎn)是換入和換出操作增加了處理機(jī)的時間開銷；而且交換的單位為整個進(jìn)程的地址空間，沒有考慮程序執(zhí)行過程中地址訪問的統(tǒng)計特性。交換技術(shù)和早期采用的覆蓋技術(shù)一樣，雖然都是從邏輯上利用外存擴(kuò)大主存空間，但并沒有將主存和外存組成一個有機(jī)的整體。分頁技術(shù)引申出一種非常重要的存儲管理策略——虛擬存儲器(簡稱虛存)。在存儲管理部件(MMU)的支持下，虛擬存儲器技術(shù)可以徹底解決存儲器的調(diào)度與管理問題。第八章 虛擬存分頁和分段的特點(diǎn)：（見課本P240表8.1）關(guān)于替換策略的算法：（課本P256->……圖8.16）虛擬存儲器的基本概念實(shí)地址與虛地址用戶編制程序時使用的地址稱為虛地址或邏輯地址，其對應(yīng)的存儲空間稱為虛存空間或邏輯地址空間；而計算機(jī)物理存的訪問地址則稱為實(shí)地址或物理地址，其對應(yīng)的存儲空間稱為物理存儲空間或主存空間。程序進(jìn)行虛地址到實(shí)地址轉(zhuǎn)換的過程稱為程序的再定位。虛存的訪問過程虛存空間的用戶程序按照虛地址編程并存放在輔存中。程序運(yùn)行時，由地址變換機(jī)構(gòu)依據(jù)當(dāng)時分配給該程序的實(shí)地址空間把程序的一部分調(diào)入實(shí)存。每次訪存時，首先判斷該虛地址所對應(yīng)的部分是否在實(shí)存中：如果是，則進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換并用實(shí)地址訪問主存；否則，按照某種算法將輔存中的部分程序調(diào)度進(jìn)存，再按同樣的方法訪問主存。由此可見，每個程序的虛地址空間可以遠(yuǎn)大于實(shí)地址空間，也可以遠(yuǎn)小于實(shí)地址空間。前一種情況以提高存儲容量為目的，后一種情況則以地址變換為目的。后者通常出現(xiàn)在多用戶或多任務(wù)系統(tǒng)中：實(shí)存空間較大，而單個任務(wù)并不需要很大的地址空間，較小的虛存空間則可以縮短指令