操作系统复习重点模板(共15页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 操作系统引论操作系统为一系统软件,既管理硬件资源又管理软件资源。操作系统的目标:方便性,有效性,可扩充性,开放性。作用:1,是用户与计算机之间的硬件接口最终用户与硬件的接口:命令、图形界面。程序员与硬件的接口:系统调用2,是计算机系统资源的管理者3,实现了对计算机资源的抽象,用作扩充机器。推动发展的主要动力:1,不断提高计算机资源利用率2,方便用户3,器件的不断更新换代4,计算机体系结构的不断发展。5,不断提出新的应用需求操作系统的发展过程:一:未配置操作系统的计算机系统1945年到50年代中期,还没有出现操作系统1. 人工操作方式 (19461955) 特点
2、:用户独占全机,cpu等待人工操作。降低了计算机资源利用效率2. 脱机输入输出方式 优点:减少了CPU的空闲时间,提高I/O速度二:单道批处理系统 特点:自动性,顺序性,单道性 优点:1,减少人工操作的时间 缺点:.作业独占cpu,cpu等待使cpu利用率低三 多道批处理系统 特点:多道性,无序性,调度性 优点:cpu利用率高,提高内存和io设备的利用率,增加量系统吞吐量 缺点:平衡周转时间长 无交互能力一旦作业提交给系统,修改调试 极不方便四 分时系统 特征:多路性,独立性,及时性,交互性五 实时系统 特征:快速反映,高可靠性,及时响应。 实时任务类型: 周期性和非周期性 硬实时任务和软实时
3、任务实时系统与分时系统的比较 实时系统有以下几种常见类型:工业(武器)控制系统,信息查询系统,多媒体系统,嵌入式系统。1 多路性信息查询系统和分时系统中的多路性都表现为系统按分时原则为多个终端用户服务。实时控制系统的多路性则指系统周期性对多路现场信息进行采集,以及对多个对象和多个执行机构进行控制。2独立性信息查询系统中每个终端用户在与系统交互时,彼此互相独立互不干扰。同样在实时控制系统中,对信息的采集和对对象的控制也都是彼此互不干扰的。3,及时性 4,交互性5,可靠性微机操作系统的发展:单用户单任务操作系统 ,单用户多任务操作系统,多用户多任务操作系统操作系统的基本特征:1.3.1 并发:并行
4、性是指两个或多个事件在同一时刻发生;而并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。1.3.2 共享:指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。1.3.3 虚拟:是指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。1.3.4 异步性:并发执行的程序以不同的“速度”前进。操作系统的主要功能 处理机管理功能 1进程控制2进程同步3进程通信4调度 存储器管理功能 1 内存分配2内存保护3地址映射4. 内存扩充 设备管理功能 1 缓冲管理2设备分配3设备处理 文件管理功能 1. 文件存储空间的管理 2. 目录管理 3. 文件的读/写管理和保护 文件系统不仅方便了用户,保证了文件的
5、安全性,还有效地提高系统资源的利用率。 操作系统与用户之间的接口传统操作系统的功能: 用户接口:方便用户直接或间接的控制自己的作业,操作系统向用户提供了命令接口。该接口进一步分为联机用户接口,脱机用户接口和图形用户接口 程序接口:为用户程序在执行中访问系统资源而设置的,是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。现代操作系统的新功能;除了具有传统操作系统的功能外,还添加了面向安全面向网络和面向多媒体等功能。第二章 进程的描述与控制第一节前趋图 有向无循环图 直接前驱 直接后继 初始结点 终止结点重量 每个结点具有一个重量,表示该结点所含有的程序量或者程序的执行时间。第二节 进程程序的顺序执行 仅当前
6、一操作(程序段)执行完后,才能执行后继操作。程序顺序执行时的特征 (1)顺序性;(2) 封闭性; (3) 可再现性; 相邻语句并发执行的条件 R(S1) W(S2)=, W(S1) R(S2)=, W(S1) W(S2)= 程序并发执行时的特征 1.间断性 2.失去封闭性 3.不可再现性 进程的特征:1) 结构特征:程序段、相关的数据段、PCB构成了进程实体。2) 动态性 :进程是进程实体的一次执行过程。3) 并发性:多个进程实体,同存于内存中,能在一段时间内同时 运行。 4) 独立性:独立运行和资源调度的基本单位。5) 异步性 :各自独立的、以不可预知的速度向前推进。进程的定义: 进程是进程
7、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”。进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它可以申请和拥有系统资源,是一个动态的概念,是一个活动的实体。它不只是程序的代码,还包括当前的活动,通过程序计数器的值和处理寄存器的内容来表示。终止 进程的三种基本状态及其转换进程同步资源有正负,负的绝对值为等待资源的进程个数什么叫临界区? 在并发进程中,对共享变量操作的那段程序叫临界区。同步机制应遵循的规则 :(1)空闲让进。(2) 忙则等待。 (3) 有限等待。 (4) 让权等待。PV操作:例题:生产围棋的工人不小心把相等数量的黑子和白子混装在一个箱子里,现要用自动分拣系统
8、把黑子和白子分开,该系统由两个并发执行的进程组成,功能如下: 1)进程A专门拣黑子,进程B专门拣白子;(2)每个进程每次只拣一个子,当一个进程在拣子时不允许另一个进程去拣子; 分析:由功能(2)可知进程之间是互斥的关系。process BbeginL2:P(s);拣白子;V(s);goto L2;end;设置一个公有信号量s,其值取决于公有资源的数目,由于箱子只有一个,s的初值就设为1。process A beginL1: P(s); 拣黑子;V(s);goto L1;end; (3) 当一个进程拣了一个棋子(黑子或白子)以后,必让另一个进程拣一个棋子(黑子或白子)。分析:第一步:确定进程间的
9、关系。由功能(1)(2)(3)可知,进程间的关系为同步关系。第二步:确定信号量及其值。进程A和B共享箱子这个公有资源,但规定两个进程必须轮流去取不同色的棋子,因而相互间要互通消息。对于进程A可设置一个私有信号量s1,该私有信号量用于判断进程A是否能去拣黑子,初值为1。对于进程B同样设置一个私有信号量s2,该私有信号量用于判断进程B是否能去拣白子,初值为0。当然你也可以设置s1初值为0,s2初值为1。 s1:=1; s2:=0;process BbeginL2:P(s2); 拣白子; V(s1);goto L2;end;process A begin L1: P(s1); 拣黑子; V(s2);
10、 goto L1; end; 例题:有一个仓库,可以存放A和B 两种产品。要求: (1)每次只能存入一种产品(A或B); (2)一NA产品数量一B产品数量M。试用PV操作描述产品A与产品B的入库过程。在系统中安装三种颜色的灯泡(如红黄蓝三种)和一个报警器,当对mutex,sa,sb进行p操作时,让系统监控三个信号灯的数值变化,一旦某个值小于零时,系统控制发出警报声并且对应的灯泡亮,这样可以通过警报声和发亮的灯泡的颜色来及时排除非法操作。互斥信号量 mutex=1;同步信号量 sa=M一1,sb=N一1int mutex=1; int sa=M-1; int sb=N-1;main( )whil
11、e(true)取一个产品; if(取的是A产品) else P(sa); P(sb);P(mutex); P(mutex);将产品入库; 将产品入库;V(mutex); V(mutex);V(sb); V(sa);用PV操作实现进程间同步与互斥应注意些什么? 答:(1)对每一个共享资源(含变量)都要设立信号量,互斥时对一个共享资源设一个信号量,同步时对一个共享资源可能要设两个或多个信号量,视由几个进程来使用该共享变量而定。(2)互斥时信号量的初值可大于或等于1,同步时,至少有一个信号量的初值大于等于1。(3)PV操作一定要成对调用,互斥时在临界区前后对同一信号量作PV操作,同步时则对不同的信号
12、量作PV操作,PV操作的位置一定要正确。(4)对互斥和同步混合问题PV操作可能会嵌套,一般同步的PV操作在外,互斥的PV操作在内。 p是减1,V是加1.例题有两个用户进程A和B,在运行过程中都要使用系统中的一台打印机输出计算结果。(1)试说明A、B两进程之间存在什么样的制约关系? 答:A、B两进程之间存在互斥的制约关系。因为打印机属于临界资源,必须一个进程使用完之后另一个进程才能使用。 (2) 为保证这两个进程能正确地打印出各自的结果,请用信号量和P、V操作写出各自的有关申请、使用打印机的代码。要求给出信号量的含义和初值。 答:mutex:用于互斥的信号量,因为只有一台打印机,所以初值为1。进
13、程A 进程B . . . . P(mutex); P(mutex); 申请打印机; 申请打印机; 使用打印机; 使用打印机; V(mutex); V(mutex); 例题:某车站售票厅,任何时刻最多可容纳20名购票者进入,当售票厅中少于20名购票者时,厅外的购票者可立即进入,否则需要在外面等待。每个购票者可看成一个进程。分析:首先确定进程间的关系,售票厅是各进程共享的公有资源,当售票厅中多于20名购票者时,厅外的购票者需要在外面等待,所以进程间是互斥的关系;然后确定信号量及其值,只有一个公有资源:售票厅,所以设置一个信号量mutex售票厅最多容纳20个进程,即可用该资源实体数为20,mutex
14、的初值就设为20程序如下:REPEATP(mutex);进入售票厅;购票;退出;V(mutex);UNTIL false; 由此可知,互斥信号量的初值可大于等于1(当售票厅内至多容纳1名购票者时,初值为1),初值取什么,关键是可用资源数例2:在公共汽车上,司机和售票员各司其职。司机:正常行车、到站停车、启动开车;售票员:售票、开车门、关车门。司机和售票员之间应该密切配合,协调一致,以确保行车安全。请用PV操作实现司机和售票员之间的同步。司机和售票员在到站、开门、关门、启动开车几件事情上存在有同步关系:到站后才能开门,关门后才能开车用2个私有信号量stop、run分别表示可以开门和可以开车设初始
15、状态是汽车行车和售票员售票,所以初值应该都为0,到站后才会有司机发消息让开门程序如下:司机: 售票员: REPEAT REPEAT 正常行车; 售票; 到站停车; P(stop); V(stop); 开车门; P(run); 关车门; 启动开车; V(run); UNTIL false; UNTIL false;如果司机和售票员的工作流程如下,司机:启动开车、正常行车、到站停车;售票员:开车门、关车门、售票此时,设初始状态为停车而还没开门状态,设stop=1、run=0,两个程序为:司机: 售票员: REPEAT REPEAT P(run); P(stop); 启动开车; 开车门; 正常行车;
16、 关车门; 到站停车; V(run); V(stop); 售票; UNTIL false: UNTIL false 例题:假定阅览室最多可同时容纳100个人阅读,读者进入时,必须在阅览室门口的一个登记表上登记,内容包括姓名、座号等,离开时要撤掉登记内容。用P、V操作描述读者进程的同步算法。 算法的信号量有三个: seats表示阅览室是否有座位(初值为100,代表阅览室的空座位数); readers表示阅览室里的读者数,初值为0; mutex 用于互斥的,初值为1。读者进入阅览室的动作描述getin: while(TRUE) P (seats); /*没有座位则离开*/P(mutex) /*进入
17、临界区*/填写登记表;进入阅览室读书;V(mutex) /*离开临界区*/V(readers) 读者离开阅览室的动作描述getout: while(TRUE)P(readers) /*阅览室是否有人读书*/P(mutex) /*进入临界区*/消掉登记;离开阅览室; V(mutex) /*离开临界区*/V(seats) /*释放一个座位资源*/ 进程的两个基本属性1、进程是一个可拥有资源的独立单位。2、进程是一个可以独立调度和分派的基本单位。系统为使程序并发执行而进行的一系列操作。1、创建进程。2、撤销进程。3、进程切换。线程的基本概念(为什么引入线程)1、由于进程同时是资源拥有者,在进程创建、
18、撤销、切换时需要较大的时空开销,所以系统中所设置的进程数和进程切换的频率都受到了限制,影响了OS并发程度的提高。2、引入线程,作为独立调度和分派的单位,不独立拥有资源(仅有少量基本资源),而与其它线程共享同一进程的资源,减少了系统的时空开销。3、实质:把进程的任务划分为更小、不能继续分的、具有独立功能的单位,以线程的形式来并发执行,以提高程序并发执行的程度1、线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位。2、线程只拥有在运行中必需的资源(程序计数器,一组寄存器和栈),但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。3、一个线程可以创建和撤销另一个线程。4、同一进程中的多个线
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