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1、 .计算机系统的组成l 操作系统的定义操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。l 操作系统的作用：管理系统中的各种资源 ，包括硬件资源和软件资源；为用户提供良好的界面。l 多道批处理系统(60年代)概念：为了提高系统吞吐量和资源利用率,允许多个程序同时驻留内存,使处理机在这些程序之间切换。在一段时间内,执行完多个程序的处理技术称为多道程序设计技术。在多道批处理系统中，用户提交的作业首先存
2、放在外存,并排成一个队列，称为“后备队列”，然后,由作业调度程序按照一定的算法从该队列中一次选取一个或若干个作业装入内存执行，使它们共享CPU和系统中的各种资源。 优点：资源利用率高；系统吞吐量大。 缺点：平均周转时间长；无交互能力。l 操作系统的基本特性并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生；（并行性: 两个或多个事件在同一时刻发生）共享性虚拟性：通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。异步性(不确定性)l 操作系统的主要功能（5个）：从资源管理的角度看，处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理从用户的角度看，为方便用户使用操作系统，还需要提供用户接口l 程序顺序执行（单道
3、批处理）的特征：顺序性、封闭性、可再现性l 程序并发执行的特征：间断性：程序执行的相互制约将导致并发程序具有“执行暂停执行执行”这种间断性的活动规律。失去封闭性：因多个程序共享系统中的资源，所以某程序在执行时必然会受到其他程序的影响。结果的不可再现性:由于失去了封闭性，也将导致失去其可再现性。l 进程 定义：进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位结构特征：进程实体=程序段+数据段+进程控制块动态性（基本特征）、并发性、独立性、异步性l 进程控制块（PCB）进程存在的唯一标志。操作系统是根据进程控制块（PCB）来对并发执行的进程进行控制和管理的。 PCB是常驻内存的。操作系统
4、开辟PCB区将所有的PCB组织成若干个链表或队列。两种组织方式：链接方式、索引方式l 程序与进程的区别与联系（1）进程是程序的一次执行，是一个动态的概念，程序是一个静态的概念。（本质）（2）进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，程序则不是。 （3）程序可以作为一种软件资源长期保存，而进程是程序的一次执行过程，它是临时的，有生命期的。 （4）进程是具有结构的。l 进程的三种基本状态及转换（1）就绪执行状态 处于就绪状态的进程，当进程调度为之分配了处理机后。（2）执行阻塞状态 正在执行的进程因发生某种事件而无法执行.（3）执行就绪状态 正在执行的进程如因时间片用完或一个优先权高的进程到来而被
5、暂停执行.（4）阻塞就绪状态 处于阻塞状态的进程，其等待的事件已经发生。l 原语定义由若干条指令组成的，用于完成一定功能的一个过程。原子性：执行时不可中断。要么全都执行，要么全都不执行。l 进程同步 主要任务：对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。两种形式的制约关系：l 间接相互制约关系 资源共享关系进程互斥 保证诸进程能互斥地访问临界资源（打印机、输入机、磁带机；共享变量、共享数据结构等）。l 直接相互制约关系 相互合作关系进程同步保证相互合作的诸进程在执行次序上的协调，不会出现与时间有关的差错。l 信号量l 物
6、理含义:信号量中的整型变量value表示系统中某类资源的数目。当S.value0时，表示系统中当前可用资源的数目；当S.value=0时，表示系统中当前无可用资源，无等待进程；当S.value0时，其绝对值表示系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目。l 利用信号量解决进程同步问题在进程互斥问题中，P、V操作是配对出现的，对同一个信号量的P、V操作同时出现在每一个进程的程序里。而在进程同步问题中，P、V操作也都是配对出现的，但对同一个信号量的P、V操作却不是同时出现在每一个进程的程序里，而是分别出现在一个进程和它的合作伙伴的代码中。例：利用信号量解决吃水果问题 Word 资料void fathe
7、r( ) / 父亲进程 while(1) P(S_Plate); 往盘子中放入一个苹果； V(S_Apple); void son( ) / 儿子进程 while(1) P(S_Orange); 从盘中取出一个 桔子； V(S_Plate); 吃桔子； void mother( ) / 母亲进程 while(1) P(S_Plate); 往盘子中放入一个桔子； V(S_Orange); void daughter( ) / 女儿进程 while(1) P(S_Apple); 从盘中取出一个 苹果； V(S_Plate); 吃苹果； l 处理机调度定义：对CPU资源进行合理的分配使用，以提高处理
8、机利用率，并使各用户公平地得到处理机资源。高级调度分钟、小时或天外存上处于后备队列中作业调入内存，并为他们创建进程低级调度毫秒级调度的对象是进程 获得CPU，然后由分配程序把处理机分配给它中级调度 暂时不能运行的进程 调至外存上去等待l 调度算法 周转时间Ti=完成时间-提交时间（到达时间）=等待时间+服务时间带权周转时间:作业的周转时间T与系统为它提供服务的时间TS之比，即W=T/TSl 先来先服务（FCFS）最简单的调度算法l 短作业优先（SJF）l 时间片轮转算法l 实时调度 则可调度 （m个周期性的硬实时任务，处理时间为Ci，周期时间为Pi）不可调度的解决的方法1采用单处理机系统， 但
9、须增强其处理能力， 以显著地减少对每一个任务的处理时间；2采用多处理机系统。假定系统中的处理机数为N，则应将上述的限制条件改为：N.l 死锁 l 产生死锁的原因:竞争资源（竞争非剥夺性资源引起进程死锁；竞争临时性资源引起进程死锁）; 进程间推进顺序非法l 产生死锁的四个必要条件1.互斥条件进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。2.请求和保持条件进程已经至少保持了一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源又已被其他进程占有。3.不剥夺条件进程已获得的资源在未使用完之前不能被剥夺。4.环路等待条件在发生死锁时,必然存在一个进程-资源的环形链。l 处理死锁的基本方
10、法(1)预防死锁 (2)避免死锁。 (3)检测死锁。 (4)解除死锁。l 银行家算法请求资源Request1(1, 0, 2)Need1(1, 2, 2) Request1(1, 0, 2)Available(3, 3, 2)l 程序的装入和链接l 固定分区分配将内存用户空间划分成若干固定的区域，每个区域只装入一道作业。可运行多道程序。特点：简单，有碎片（内部碎片）。l 外部碎片和内部碎片内部碎片是已经被分配出去的的内存空间大于请求所需的内存空间。外部碎片是指还没有分配出去，但是由于大小太小而无法分配给申请空间的新进程的内存空间空闲块。固定分区存在内部碎片，可变式分区分配会存在外部碎片。l 分
11、区分配算法、首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法、快速适应算法空闲分区按容量大小分类，设置一个管理索引表优点：一个分区只属于一个进程，不分割分区，不产生碎片。缺点；为进程分配的分区可能有浪费现象。l 页面与页表分页机制中的地址结构：地址长度为32位：其中0-11位为页内地址，即每页的大小为4KB；12-31位为页号，地址空间最多允许有1M个页。举例：设某数据的逻辑地址为3795，页面大小为1K，根据页表信息，计算相应的物理地址。解：页号：3795 整除 1024 = 3 ，页内地址：3795 mod 1024 = 723物理地址：111024 + 723 = 11987l
12、 分段逻辑地址是由段号（段名）和段内地址组成l 分页和分段的主要区别1、页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。或者说， 分页仅仅是由于系统管理的需要而不是用户的需要。段则是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好地满足用户的需要。2、页的大小固定且由系统决定，由系统把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而在系统中只能有一种大小的页面；而段的长度却不固定， 决定于用户所编写的程序，通常由编译程序在对源程序进行编译时，根据信息的性质来划分。3、分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，程序员只
13、需利用一个记忆符，即可表示一个地址； 而分段的作业地址空间则是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。l 虚拟存储器定义：具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位的成本却又接近于外存。虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术，被广泛地应用于大、中、小型机器和微型机中。l 页面置换算法最佳置换(Optimal)算法：被淘汰页面以后永不使用或在未来最长时间内不再被访问的先进先出(FIFO)算法：淘汰最先进入内存的页面最近最久未使用(LRU)算法：淘汰选择最近最久
14、未使用的页面l 抖动（颠簸）刚被淘汰的页面又立即要用，把它调入不久又被调出，调出不久又被调入，页面在内存与外存之间频繁调度l 缓冲作用：解决CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾缓冲的类型：单缓冲、双缓冲(外设速度较高)、循环(环形)缓冲(用于低速I/O设备)、缓冲池(多个进程共享的双向缓冲技术)l SPOOLing技术在联机情况下实现的同时外围设备联机操作, 或称为假脱机操作(用一道程序，来模拟脱机输入时的外围控制机的功能，即把低速I/O设备上的数据传送到高速的磁盘上)特点: 提高I/O速度；将独占设备改造为共享设备；实现虚拟设备的功能l 磁盘l 磁盘结构磁盘存储器是由磁盘、驱动器机构和控制器三部分组成的。l 磁盘性能盘片：个盘片有两面，都可记录信息。磁道：不同半径的同心圆称为磁道扇区：盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区。每个扇区的容量为4KB。一个扇区称为一个盘块磁头：每个盘片的每一面都会有一个读写头柱面：不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面(磁道和柱面可以互换使用)磁盘存储容量磁头数（盘面数）磁道（柱面）数每道扇区数每扇区字节数如，软盘：1.44M B=28018512 B（Byte）l 寻道时间Ts定义：把磁头从当前位置移到指定磁道所经历的
