资源管理技术幻灯片

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1、第4章 资源管理技术,4.1 操作系统的概念4.2 多道程序设计4.3 存储空间的组织,4.1 操作系统的概念,4.1.1 操作系统的功能与任务4.1.2 操作系统的发展过程4.1.3 操作系统的分类,4.1.1 操作系统的功能与任务(1) 管理系统资源。包括对CPU、内存储器、输入输出设 备、数据文件和其他软件资源的管理。(2) 为用户提供资源共享的条件和环境，并对资源的使 用进行合理调度。(3) 提供输入/输出的方便环境，简化用户的输入输出工 作，提供良好的用户界面。(4) 规定用户的接口，发现、处理或报告计算机操作过 程中所发生的各种错误。,操作系统是用以控制和管理系统资源、方便用户使用

2、计算机的程序的集合。,1. 处理机管理 2. 存储器管理3. 设备管理 4. 文件管理 5. 作业管理,操作系统的功能和任务主要有以下五个方面：,4.1.2 操作系统的发展过程1. 手工操作阶段 (1) 由于单个用户独占计算机的所有资源，从而造成资 源得不到充分利用；(2) 由于用户直接使用计算机硬件资源，因此，要求用 户熟悉计算机各部分的细节，这就导致使用很不方 便，也容易出错；(3) 由于进行手工联机操作，人工干预多，造成辅助时 间长。,2. 成批处理系统,解决人工干预过多的问题，实现作业之间转接的自动化，缩短转接时处理机的等待时间，发挥计算机的效率。,脱机批处理系统模型,3. 执行程序系

3、统处理主机和外部设备在速度上不匹配的问题。通道是一种硬件机构，它独立于处理机而直接控制输入、输出设备与内存之间的数据传送。中断是外界（如输入、输出设备，通道等）向主机报告信息的一种通信方式。,输入输出与主机并行工作示意图,4. 多道程序系统的引入所谓多道程序技术，是指在计算机内存中同时存放多道相互独立的程序，它们在操作系统的控制下，共享系统的硬件和软件资源。,并发程序运行示意图,第4章 资源管理技术,12,例： 有三个程序A，B，C，它们使用同一个设备进行I/O操作，并按A，B，C的优先次序执行。这三个程序的计算和I/O操作时间如下表所示。假设调度的时间不计，请分别划出单道程序环境下和多道程序

4、环境下，它们的运行时间关系图，并比较总的运行时间。,第4章 资源管理技术,13,4.1.3 操作系统的分类1. 多道批处理操作系统“多道”是指在计算机内存中存入多个用户作业。“批处理”是指这样一种操作方式，在外存中存入大量的后备作业，作业的运行完全由系统控制，用户与其作业之间没有交互作用，用户不能直接控制其作业的运行，通常称这种方式为批操作或脱机操作。,2. 分时操作系统在分时系统中，多个用户分享使用同一台计算机，即在一台计算机上联接若干台终端，每个用户可以独占一台终端。所谓分时，是指若干个并发程序对CPU的分时，其中每个程序对CPU的时间分享单位称为时间片。例如，设时间片长度为100毫秒，现

5、有10个用户，则操作系统对每个用户的平均响应时间为10100毫秒1秒。也就是说，每个用户依次轮流使用100毫秒的时间片。,(1) 同时性。即若干远、近程终端上的用户，在各自的 终端上同时使用一台计算机。(2) 独立性。即同一台计算机上的用户在各自的终端上 独立工作，互不干扰。(3) 及时性。即用户可以在很短的时间内得到计算机的 响应。(4) 交互性。即分时系统提供了人机对话的条件，用户 可以根据系统对自己请求的响应情况，继续向系统 提出新的要求，便于程序的检查和调试。第一个分时操作系统就是UNIX操作系统。,特点：,3. 实时操作系统所谓实时，是指对随机发生的外部事件作出及时的响应并对其进行处

6、理。实时系统分为实时过程控制系统和实时信息处理系统两类。前者用于工业生产的自动控制，后者用于数据处理、情报资料查询处理,思考：与分时系统的区别,4. 通用操作系统将上面这些系统的功能组合起来使用，从而形成通用操作系统,5. 优良的操作环境多窗口系统所谓多窗口，就是把计算机的显示屏幕划分出多个区域，每个区域称为一个窗口，每个窗口负责处理和显示某一类信息。从不同角度看，多窗口系统有以下三种不同的认识：(1) 从用户或应用的角度来看，多窗口系统是用户可以 同时运行多道程序的一个集成化环境。(2) 从软件开发者的角度来看，多窗口系统作为集成化 的环境能够在无关程序之间共享信息。(3) 一般可以认为，多

7、窗口系统是提供友善的、菜单驱 动的、常常有图形能力的用户界面的操作环境。,(1) 它们都要提供资源访问能力，同时还要保证用户对 资源的共享。操作系统提供存储器、输入/输出设备 等资源的共享，多窗口系统提供窗口、时间等资源 的共享。(2) 多窗口系统可以同时运行多任务，使其具有分时操作系统的特征。(3) 由于多窗口系统按用户产生的事件来调度各个任务， 而用户产生的事件实质上是应该立即处理的中断请 求，因此，这种处理方式又使其与实时操作系统相 接近。多窗口系统实际上是一种功能很强的操作系统。,多窗口系统与操作系统之间的相似之处：,(1) 灵活、方便的窗口操作(2) 弹出式菜单(3) 命令对话框多窗

8、口系统能提供将多个作业同时展现在用户面前的操作环境，每个作业占据一个窗口，用户可以交替地与各个窗口进行对话，各窗口之间也可以互相通信、交换信息。,向用户提供友好界面是多窗口系统的基本出发点，体现在以下几个方面：,4.2 多道程序设计,4.2.1 并发程序设计4.2.2 进程4.2.3 进程之间的通信4.2.4 多道程序的组织,4.2.1 并发程序设计顺序程序的特点：(1) 程序的顺序性(2) 顺序程序的封闭性(3) 顺序程序的可再现性,顺序程序的三种常见类型,第4章 资源管理技术,25,程序顺序执行例1设有一个程序有三个程序段，分别执行I(输入)、C（计算）和P（输出）操作。执行顺序为： I

9、C P 数据 结果 程序顺序执行例2假设有n个作业，每个作业都由三个程序段：输入段li、计算段Ci、输出段Pi。在早期单道程序系统中，作业执行流为：,第4章 资源管理技术,26,多道程序系统中程序执行过程 程序并发执行举例示意图：设有三个程序，他们的执行步骤和顺序相同，都是li（输入）、Ci(计算)、Pi（输出）。当第一个程序的输入操作l1执行完、执行C1时，输入机空闲，这时候可以执行第2个程序的输入操作l2；在时间上，操作C1和l2时重叠的。,第4章 资源管理技术,27,多道程序系统中程序执行环境的变化(1) 独立性：程序在逻辑上是独立的(2) 随机性：程序与数据的输入与执行是随机的(3)

10、资源共享性：硬件、软件,(1) 并发程序没有封闭性（运行结果与运行速度有关）,为了利用资源，提高效率，硬件上采用通道、中断技术，软件上采用多个程序并发执行。,第4章 资源管理技术,29,(2) 程序与其执行过程不是一一对应的关系,(3) 程序并发执行可以互相制约,第4章 资源管理技术,32,程序并发执行所带来的影响 资源共享与资源的竞争例：设有栈S，栈指针top，栈中存放内存中相应的数据块地址，设有两个程序段getaddr（top）和reladdr（blk），其中get从给定的top所指栈中取出相应的内存数据块地址，而rel则将内存数据块地址放入栈S中。两个程序段描述如下：Procedure

11、getaddr(top) procedure reladdr(blk) begin begin local r top - top+1 r - top top - blk top - top-1 end return(r) end,4.2.2 进程1. 进程的基本概念进程是指一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。进程是可以并发执行的程序的执行过程，它是控制程序管理下的基本的多道程序单位。,第4章 资源管理技术,34,进程的特征： 1）动态性 2）并发性 3）独立性 4）异步性 5）制约性,(1) 进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是动态 的概念。而程序只是一组指令的有序

12、集合，其本身 没有任何运行的含义，它是一个静态的概念。(2) 进程是程序的执行过程，是一次运行活动。因此， 进程具有一定的生命期，它能够动态地产生和消亡。 而程序是可以作为一种软件资源长期保存的，它的 存在是永久的。(3) 进程是程序的执行过程，因此，进程的组成应包括 程序、数据与记录进程状态信息的“进程控制块”。(4) 一个程序可能对应多个进程。(5) 一个进程可以包含多个程序。,进程与程序的关系：,2. 进程的状态及其转化(1) 运行状态(2) 就绪状态(3) 等待状态,(1) 处于就绪状态的进程，一旦分配到CPU，就转为运行 状态。(2) 处于运行状态的进程，当需要等待某个事件发生才 能

13、继续运行时，则转为等待状态；或者由于分配给 它的时间片用完，就让出CPU而转为就绪状态。(3) 处于等待状态的进程，如果它等待的事件已经发生， 即条件得到满足，就转为就绪状态。刚创建的进程可以处于三种状态中的任何一种，但进程只能在运行状态下结束。,3. 进程控制块及其组织(1) 进程控制块PCB进程名 特征信息执行状态信息 通信信息调度优先数 现场信息系统栈 进程映象信息资源占有信息 族关系,(2) 进程的组织 进程管理的核心是进程的控制和调度。进程自投入运行时起，即交由进程调度程序管理。进程的物理组织方式：1、线性表 2、链接表,PCB线性表结构：,第4章 资源管理技术,41,PCB链表结构

14、：,4. 死锁问题若干个进程均因互相“无知地”等待对方所占有的资源而无限地等待。,假设系统中有10台磁带机，由A，B，C三个进程所共享现假定A，B，C已分别占用了2台，3台和2台磁带机，它们的最大需求量分别为4台，6台和8台。并且还假定每个进程只有满足了最大需求量后才可能释放其所有的资源。,思考：产生死锁的根本原因是什么？,死锁的四个必要条件：(1) 资源的独占使用（互斥条件）。(2) 资源的非抢占分配。(3) 资源的部分分配。(4) 对资源的循环等待。 显然上述4个条件有一个不满足，则死锁可以排除,死锁的排除方法：1）死锁的预防 预先静态分配方法 资源顺序分配法 允许进程剥夺使用其它进程占用的资源2）死锁的避免 银行家算法3）死锁的检测和解除 死锁发生时，及时地发现它，并让系统从死锁状态中解脱出来。a、撤销进程法 b、资源剥夺法,