《操作系统》课件.ppt

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1、操作系统概论操作系统概论1 1、基本概念、基本概念2 2、基本原理、基本原理3 3、基本数据结构、基本数据结构4 4、基本算法、基本算法5 5、“以不变应万变以不变应万变”操作系统概论操作系统概论教材说明教材说明n教材说明教材说明 操作系统概论教材在2005年9月改版，新版教材同时启用。因此只有2006年试卷是新版教材的试卷。n单项选择题单项选择题 1 11515n多项选择题多项选择题 2 25 5n填空题填空题 1 11515n简答题简答题 4 45 5n综合题综合题 10104 4操作系统概论操作系统概论考试题型考试题型操作系统概论操作系统概论考试题型考试题型1 1、单项选择题、单项选择题

2、n考察内容：基本概念、基本原理的正确理解。n例：多道程序设计是指（ ） A.在实时系统中并发运行多个程序 B.在分布式系统中同一时刻运行多个程序 C.在一台处理器上同一时刻运行多个程序 D.在一台处理器上并发运行多个程序操作系统概论操作系统概论考试题型考试题型2 2、多项选择题、多项选择题n考察内容：基本概念、基本原理、基本算法的正确理解。n例：在下列算法中用于进程调度的算法是（ ） A.动态优先数法 B.单向扫描法 C.时间片轮流法 D.最近最久未用算法 E.最短查找时间优先算法操作系统概论操作系统概论考试题型考试题型3 3、填空题、填空题n考察内容：基本概念、基本原理、基本术语的准确理解和

3、记忆。用教材中的术语来回答问题。n例1：允许多个用户以交互式使用计算机的操作系统称为_。分时系统n例2：从使用角度看，外围设备可分为_设备和_设备。独占设备，共享设备例3：进程通信是指_。进程之间交换大量数据操作系统概论操作系统概论考试题型考试题型4 4、简答题、简答题n考察内容：从资源管理的角度，考察资源管理的原理、数据结构、算法的准确理解和记忆。n例1：以分页存储管理为例，说明动态地址映射的实现方法。（浙江2006年）n例2：简述设备管理的功能。（浙江2006年） n例3：为什么进程同步问题中往往还要考虑进程互斥关系，请举例说明之。（全国2000年）操作系统概论操作系统概论考试题型考试题型

4、5 5、综合题、综合题n考察内容：考察资源管理中各种算法的原理、解题过程。要求对于给定的具体问题，通过计算和设计，给出准确的答案。n例1：在一个请求分页系统中，假如系统分配给一个作业的物理块数为3，并且此作业的页面走向为2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。试用FIFO和LRU两种算法分别计算出程序访问过程中所发生的缺页次数，写出物理块中页号变化过程。在操作系统概论课中，这样的算法有七、八个，我们在各章要点讲解中会提醒大家。第1 章 引论本章特点本章特点 本章内容以基本概念概念为主，旨在让学生掌握什么是操作系统，它在整个计算机系统的地位，以及操作系统的功能、分类等基本问题。先让学生对

5、操作系统有一个整体的概念，在后续各章中，再分别具体介绍每一个具体内容。主要知识点主要知识点1 1、计算机系统的组成、计算机系统的组成n硬件：CPU、存储器、输入输出控制系统、输入输出设备n软件：软件的三个类型2 2、什么是操作系统、什么是操作系统n四个要点3 3、操作系统的作用、操作系统的作用n三个作用n提高效率，便于使用4 4、操作系统的功能、操作系统的功能n四种资源的管理：处理器、存储器、文件、设备两类接口：程序员接口（系统调用），操作员接口（操作控制命令）主要知识点主要知识点5 5、操作系统的基本类型、操作系统的基本类型n批处理系统n分时系统n实时系统6 6、批处理系统的特点、批处理系统

6、的特点n提高了资源利用率n用户不能直接干预作业的执行7 7、分时系统的特点、分时系统的特点n允许多个用户同时与系统进行一系列交往交互性和及时性主要知识点主要知识点8 8、实时系统的特点、实时系统的特点n两种类型的实时系统n实时性和可靠性9 9、操作系统的发展、操作系统的发展n微机操作系统：文件管理、输入/输出控制、命令的解释n网络操作系统：计算机系统之间的通信和资源共享n分布式操作系统：客户/服务器模式；统一性，透明性嵌入式操作系统：微型化，实时性。是一个实时性的操作系统主要知识点主要知识点1010、当前流行的操作系统、当前流行的操作系统nWindows：图形用户界面（GUI）nUnix：通用

7、的交互式分时系统。nLinux：自由软件n注意：单（多）用户、单（多）任务的含义1111、处理器的工作状态、处理器的工作状态n特权指令的含义，哪些是特权指令n管态和目态nPSW的内容、作用PSW寄存器的作用主要知识点主要知识点1212、操作系统与用户的接口、操作系统与用户的接口n两类接口：程序员接口和操作员接口n程序员接口：系统调用。访管指令和访管中断n操作员接口：联机用户的操作控制命令；批处理系统的作业控制语言批处理系统：作业控制说明书第2 章 进程管理内容特点内容特点 处理器是计算机系统中最重要的硬件资源，在多道程序设计技术的环境下，由于多个程序的运行竞争CPU资源，使得程序的执行过程表现

8、为断断续续、走走停停，因此我们引入了一个新的概念“进程”，来表示一个程序的一次执行过程。进程是一个非常重要的概念，又是一个很抽象、很难理解的概念，如果对进程的含义不能正确理解的话，就很难理解本章的内容以及第六章内容。主要知识点主要知识点1 1、程序的顺序执行、程序的顺序执行n程序的执行顺序是由编制的程序决定的n无法利用处理器和设备的并行能力2 2、程序的并行执行、程序的并行执行n发挥处理器和设备的并行能力3 3、多道程序设计技术、多道程序设计技术n充分发挥处理器的使用效率n增加单位时间内的算题量（吞吐量）n降低完成计算所需的总时间提示提示：对每一道题来说，时间可能会加长主要知识点主要知识点4

9、4、进程的概念、进程的概念5 5、引入进程的原因、引入进程的原因n提高资源的利用率n正确描述程序的执行情况6 6、进程的属性、进程的属性n动态性n多个进程可含有相同的程序n并发性三种状态主要知识点主要知识点7 7、进程的状态及其转换、进程的状态及其转换n三种状态的含义n进程状态图：有向图n导致进程状态转换的原因8 8、进程控制块（、进程控制块（PCBPCB）nPCB的作用nPCB的内容：四类信息：标识、说明、现场、管理信息9 9、进程控制、进程控制n原语的概念n四个原语：创建、撤消、阻塞、唤醒原语与进程状态之间的关系主要知识点主要知识点1010、进程的队列、进程的队列n就绪队列n等待队列n导致

10、进程状态转换的原因n入队与出队，队列管理1111、中断和中断处理、中断和中断处理n中断的概念n中断的类型：硬件故障、程序、外部、输入/输出、访管n强迫性中断和自愿性中断的含义n中断响应的过程：几种PSW中断处理：不同类型中断的处理原则主要知识点主要知识点1212、处理器的调度、处理器的调度n两级调度：作业调度和进程调度n与设备管理中的spooling技术结合起来理解n作业调度算法n设计作业调度算法的原则：公平、平衡资源使用、极大的流量n平均周转时间n作业调度算法：先来先服务、计算时间短优先、响应比高者优先、优先级调度算法、均衡调度算法。一定一定要会算题！要会算题！n注意：注意：作业调度的前提条

11、件是资源满足作业的需求。主要知识点主要知识点1313、处理器调度、处理器调度n进程调度n引起进程切换的原因：四个原因；与进程状态图结合起来学习n进程调度算法：先来先服务、最高优先级、时间片轮转n决定优先级的因素：紧急程度、等待时间、系统效率等n决定时间片大小的因素：响应时间、进程数量。n抢占式和非抢占式调度n将调度算法与操作系统的类型结合起来n强调：先作业调度，再进程调度主要知识点主要知识点1414、线程、线程n线程的概念n引入线程的原因n线程的属性n轻型进程的含义进程和线程的根本区别：进程是分配资源的基本单位，线程是调度和执行的基本单位第 3 章 存储管理 存储器是计算机系统中另一份非常重要

12、的资源，因为用户的程序和数据必须首先装入内存才能被CPU处理。随着计算机应用系统的复杂，功能越来越强大，计算机程序也变得越来越庞大，而计算机中内存的容量是有限的，加上采用多道程序设计技术，如何在有限的内存中同时存放多个应用程序，并能够互不影响，成了操作系统要解决的重要问题。内容特点内容特点1 1、存储器的层次、存储器的层次n寄存器：存储一个字长字长的信息n指令寄存器n通用寄存器n控制寄存器：PSW、界限寄存器、基址寄存器n存放当前正在运行程序的临时信息。无分配问题n主存储器和高速缓冲存储器n系统区和用户区n对用户区进行管理辅助存储器主要知识点主要知识点2 2、存储管理的功能、存储管理的功能n主

13、存空间的分配与回收n主存空间的共享与保护n地址转换主存空间的扩充主要知识点主要知识点3 3、地址重定位、地址重定位n主存的存储单元n用户程序中的地址n绝对地址和逻辑地址n重定位的含义n静态重定位的特点n动态重定位的特点动态重定位的硬件支持主要知识点主要知识点4 4、单用户连续存储管理、单用户连续存储管理n基本原理：内存中只有一个用户程序n内存保护：界限寄存器n分时系统中的对换技术（swapping）地址重定位方式：静态重定位主要知识点主要知识点5 5、固定分区存储管理、固定分区存储管理n基本原理：预先划分分区n内存空间的分配和回收：分区说明表的内容n地址转换：静态重定位n存储保护：n下限寄存器

14、和上限寄存器n地址越界中断n提高内存利用率的措施n按统计规律划分分区n按大小排列，低低地址是较小小的分区按作业需求量排成多个队列主要知识点主要知识点主要知识点主要知识点6 6、可变分区存储管理、可变分区存储管理n基本原理：按作业实际大小划分分区n内存空间的分配和回收n空闲区表n分配算法：最先适应、最优适应、最坏适应n每一种算法的优、缺点n碎片问题n空闲区表的结构与分配算法之间的关系内存回收算法：如何判断两个分区相邻？主要知识点主要知识点6 6、可变分区存储管理、可变分区存储管理n地址转换n动态地址重定位n硬件支持：基址寄存器和限长寄存器n存储保护n基址寄存器内容=绝对地址=限长寄存器内容n地址

15、越界中断n移动技术n移动技术的目的移动技术存在的问题主要知识点主要知识点7 7、页式存储管理、页式存储管理n 基本原理：块和页的含义n 逻辑地址构成：页号+页内地址n注意：这是一维地址，高位为页号n内存空间的分配与回收n位示图n块号、字号、位号、字长之间的关系n地址变换n页表的结构。动态地址变换机构n快表，高速缓冲存储器n地址变换的过程。能够算题能够算题。页的共享与保护例例 题题 在页式存储管理中，页的大小为1024B，页表如下所示。块号标志位508131110请问： 逻辑地址为041A（H）的物理地址是多少？ 当访问逻辑地址为0521（H）的数据时，是否会发生缺页中断？答案及分析答案及分析页

16、表中标志位的含义：标志该页是否已在内存 标志位为“0”，不在内存 标志位为“1”，已在内存逻辑地址转变为物理地址的过程 计算逻辑地址中的页号和页内地址 根据页号查页表，得到内存块号 物理地址=块号+页内地址焦点问题：如何计算页号和页内地址？答案及分析答案及分析因为页的大小为1024B，210=1024，所以页号占10位。041A（H）=（0000010000011010）2，低位10位为页内地址，高位为页号，页号为1根据页表得知：块号为8物理地址为：（0010000000011010）2=201A（H）同理： 0521（H）=0000010100100001页号为1，块号为8，该页标志位为1，

17、说明该页已在内存，不会发生缺页中断主要知识点主要知识点8 8、页式虚拟存储管理、页式虚拟存储管理n虚拟存储器的含义n决定虚拟存储器大小的因素：地址结构，辅助存储器n基本原理n页表增加的内容n标志位，磁盘上的位置n缺页中断缺页中断的处理过程主要知识点主要知识点8 8、页式虚拟存储管理、页式虚拟存储管理n页面调度n抖动或颠簸n页面调度的算法：FIFO，LRU，LFUn能够算题能够算题。n注意：LRU、LFU的区别。n多级页表n二级页表的原理三次访问内存例例 题题 在一个请求分页系统中，假如系统分配给一个作业的物理块数为3，并且此作业的页面走向为2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。试用F

18、IFO和LRU两种算法分别计算出程序访问过程中所发生的缺页次数，写出物理块中页号变化过程。答案：（1）FIFO：缺页次数为9（2）LRU：缺页次数为7物理块中页号变化过程见下图FIFO算法算法 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2缺页2 3 3 1 5 2 4 4 3 3 5 2 2 2 3 1 5 2 2 4 4 3 5 2 3 1 5 5 2 2 4 3 2 3 1 5 2 4 LRU算法算法 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2缺页2 3 3 1 5 5 4 4 3 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 5 3 3 3 3 2 2 5 5 4 5 5 5 3 1 2

19、 4 第 4 章 文件管理内容特点内容特点文件管理是操作系统对软件资源的管理，也是用户在日常使用操作系统中接触最多、最直接的功能。学习这一章内容时，读者可以结合日常使用计算机的体会去理解文件管理的功能、策略、数据结构和算法。例如，目录的概念大家在学习操作系统之前就已经很熟悉了，但对文件的“按名存取”的实现原理并不了解，如果能够把实际应用与原理结合起来理解，会生动、形象得多！主要知识点主要知识点1 1、文件和文件系统、文件和文件系统n文件的概念：“逻辑”概念n文件系统n文件系统的功能n基本功能：实现“按名存取”n六个功能n文件的分类按用途、按保护级别、按信息流向、按存放时限、按设备类型、按组织方

20、式主要知识点主要知识点2 2、文件的存储介质、文件的存储介质n “块”或“物理记录”n磁带的存储原理n间隙的大小n顺序存取n磁头的当前位置n磁盘的存储原理n物理地址：柱面号、磁头号、扇区号从“0”开始编号主要知识点主要知识点3 3、文件的组织、文件的组织n文件的逻辑结构n无结构的流式文件。UNIX系统n有结构的记录式文件n记录的主键：唯一确定一个记录的数据项n文件的存储结构n 顺序结构n链接结构索引结构主要知识点主要知识点3 3、文件的组织、文件的组织n文件的存取方式n顺序存取和随即存取n 存储结构、存取方式、存储设备之间的关系nP73表4-2记录的成组与分解记录的成组与分解记录的成组与分解例

21、：例： 现有一文件FILE_X，其逻辑记录的大小为125字节，共有20个逻辑记录，文件系统把这个文件存储到磁盘上时采用链接结构，磁盘的分块大小为512个字节，请问：（1）采用什么方法可有效地利用磁盘空间？（2）画出文件在磁盘上的链接示意图（磁盘块号自定）。（3）若用户要求访问读包含第1285字节的逻辑记录，文件系统将如何工作？ 记录成组与分解记录成组与分解成组：将若干个逻辑记录存放在同一个逻辑块中。当访问某个逻辑记录时，必须将整个块先读到内存中。分解：从物理块中读取某个逻辑记录。缓冲区缓冲区磁盘磁盘进程内存区进程内存区块块记录记录块因子块因子一个物理块中包含的逻辑记录的个数。块因子=物理块/逻

22、辑块上例中：512/125=4所以，块因子为4，也就是说，一个物理块中可以存放4个逻辑记录。总共需要：20/4=5个物理块。分分 解解第一步：计算记录所在的块： 逻辑记录号：1285/125+1=11 所在块：11/4+1=3第二步：将第三块读入内存缓冲区。第三步：从缓冲区中读取逻辑记录。 计算相对记录号：11 MOD 4=3 将第三个记录读到内存区。主要知识点主要知识点4 4、存储空间的分配、存储空间的分配n位示图法n特别重要的几个公式n 根据字号、位号计算块号n根据块号计算物理地址n反之依然能够熟练地算题能够熟练地算题主要知识点主要知识点4 4、存储空间的分配、存储空间的分配n空闲块链接法

23、n 单块链接n成组链接的原理nUNIX系统中的成组链接n专用块的概念分配和回收的算法过程例例 题题 假设一个磁盘组共有100个柱面，每个柱面有8个磁道，每个盘面被划分为4个扇区。若逻辑记录大小与磁盘块大小一致，柱面、磁头、扇区都从0开始编号。现用字长为16位的若干字组成位示图来指示磁盘空间使用情况，请回答：（1）位示图共需要多少个字？（2）在分配存储空间时，发现第7个字、第12位为0，则要分配的块号是多少？（3）第2题中的块号所对应的物理地址是多少？（4）现要回收块号为78的块，应将位示图中的哪一位置0？n分析：这是一个用位示图法管理存储空间的例子。在这类题目中，主要考察大家对几个参数之间的内

24、在关系的掌握程度，即：位示图中的字号、位号与物理块号之间的关系和物理块号与物理地址（柱面号、磁头号、扇区号）之间的数学关系。 n这些关系体现在上述的几个公式中解解 析析根据上面的公式，就很容易得到该问题的答案（1）需要字数=（10084）/16 答案为200个字。（2）块号=字号字长+位号 因此对应的块号为：716+12 答案为124（3）每个柱面上的块数是：84=32 柱面号=124/32=3 124 MOD 32=28 每个磁道上的块数是4 所以，磁头号=28/4=7 扇区号=28 MOD 4=0 答案为：第3柱面、第7个磁头、第0扇区。（4）字号=块号/字长=78/16= 4 位号=块号

25、MOD 字长=78 MOD 16=14 答案为：应将第4个字的第14位改为0。答答 案案主要知识点主要知识点5 5、文件目录、文件目录n文件控制块n一级目录n原理n存在问题n二级目录n原理：主文件目录（MFD）与用户文件目录（UFD）优点：解决了重名问题；实现了共享主要知识点主要知识点5 5、文件目录、文件目录n树型目录n绝对路径和相对路径n当前目录优点：除了具有二极目录优点外，便于文件分类主要知识点主要知识点6 6、文件的安全性、文件的安全性n文件的保护n保护的含义：防止文件被破坏n文件被破坏的原因：四个原因n保护措施n文件的保密n保密的含义：防止他人窃取保密的措施：口令；密码主要知识点主要

26、知识点7 7、文件的操作与使用、文件的操作与使用n基本文件操作n六种操作n每一个操作的步骤n文件操作的使用n打开、读/写、关闭打开文件的模式第 5 章 设备管理内容特点内容特点 有人说，设备管理是操作系统中管理得最不好的一份资源，这是因为计算机系统中的设备种类繁多，物理特性各异，且设备数量总是少于要使用设备的作业的数量。怎样管理这些千差万别的设备，一方面方便用户使用这些设备，又能提高设备的使用效率，使有限的资源得到最充分的利用，最大程度满足用户作业的需求呢？这就是设备管理要解决的问题。这些问题的解决办法构成了本章的全部内容。 主要知识点主要知识点1 1、设备管理的功能、设备管理的功能1）设备的

27、分配和回收n实现外围设备的启动n实现对磁盘的驱动调度n处理外围设备的中断事件实现虚拟设备主要知识点主要知识点2 2、外围设备的分类、外围设备的分类n独占设备n哪些设备是独占设备n共享设备哪些设备是共享设备主要知识点主要知识点3 3、独占设备的分配、独占设备的分配n设备的绝对号和相对号n用户用“设备类相对号”提出设备请求n设备分配的含义：建立“绝对号”和“设备类相对号”的对应关系n设备分配表n设备类表：包含的数据项及含义n设备表n设备分配的过程设备独立性主要知识点主要知识点4 4、磁盘的驱动调度、磁盘的驱动调度n一次信息传输的时间：寻找时间+延迟时间+传输时间n驱动调度和驱动调度算法n移臂调度和

28、旋转调度n移臂调度的算法（能够算题能够算题）n先来先服务n最短查找时间优先n电梯法n旋转调度：三种情况下的调度顺序先移臂调度，后旋转调度移臂调度移臂调度n将移动臂移动到指定柱面的调度。n影响寻找时间的长短。n当有若干个设备读写请求时，应该先响应哪一个？n原则：尽量避免移动臂频繁地来回移动。先来先服务最短查找时间优先电梯法例题：例题：假定一个活动磁盘有200个磁道，编号为0199。当前磁头正在54道上服务，并且刚刚完成了39道上的请求。现有如下的磁盘访问请求序列（磁道号）：86、147、91、173、95、148、101、26、169、80、129、22试给出采用下列移臂调度算法后移动臂移动的顺

29、序和移动总量（总磁道数）。（1）先来先服务法（2）最短寻找时间优先（3）电梯法移臂调度策略移臂调度策略先来先服务：根据请求的到达先后次序，响应请求。17316914814712910195918680542622磁头移动的顺序为：86、147、91、173、95、148、101、26、169、80、129、22磁头的移动总量为：（86-54）+（147-86）+（147-91）+（173-91）+（173-95）+（148-95）+（148-101）+（101-26）+（169-26）+（169-80）+（129-80）+（129-22）=872最短查找时间优先最短查找时间优先从当前位置开始，

30、响应磁头移动距离最短的请求。也就是离当前位置最近的请求。注意：它不考虑移动臂移动的方向。首先从访问队列中找离54磁道最近的访问请求，结果是80，再从剩下的访问请求中找离80最近的，是86。直到所有访问请求响应完为止。17316914814712910195918680542622磁头移动次序为：80、86、91、95、101、129、147、148、169、173、26、22磁头移动的总磁道数为：（80-54）+（86-80）+（91-86）+（95-91）+（101-95）+（129-101）+（147-129）+（148-147）+（169-148）+（173-169）+（173-26）+

31、（26-22）=270电梯法电梯法 沿着当前磁头移动的方向，响应进程的请求。当该方向上无请求时，磁头就改变方向。 因此，一定要知道当前磁头的移动方向。从题意可知：磁头的移动方向为从外向内移动，也就是从0向199的移动。根据电梯法的调度原理，磁头的移动如下图所示： 17316914814712910195918680542622磁头移动次序为：80、86、91、95、101、129、147、148、169、173、26、22磁头移动的总磁道数为：（80-54）+（86-80）+（91-86）+（95-91）+（101-95）+（129-101）+（147-129）+（148-147）+（169-

32、148）+（173-169）+（173-26）+（26-22）=270旋转调度旋转调度移动臂定位后，有多个访问者等待访问该柱面时。使延迟时间最短。根据延迟时间来决定调度次序的调度。三种情况：1.同一磁道上的不同扇区2.不同磁道上的不同扇区3.不同磁道上的具有相同编号的扇区主要知识点主要知识点4 4、磁盘的驱动调度、磁盘的驱动调度n信息的优化分布（能够算题能够算题）n读取一个记录花费的时间n处理一个记录花费的时间n当处理一个记录时，磁盘仍然在旋转例题：信息的优化分布信息的优化分布例：例：某系统对磁盘初始化时把每个盘面分成8个扇区，今有8个逻辑记录被存放在同一个磁道上供处理程序使用，处理程序要求顺

33、序处理这8个记录，每次请求从磁盘上读一个记录，然后对读出的记录要花5毫秒的时间处理，以后再读下一个记录进行处理，直到8个记录都处理结束。假定磁盘转速为20毫秒/周，则处理这8个记录所花费的时间是多少？顺序存放始点旋转方向12345678花费时间花费时间读一个记录需要2.5毫秒。处理一个记录的时间为5毫秒。当处理完一个记录（5毫秒）后，读写磁头已旋转到第4个记录位置。为了处理第2个记录，必须等待磁盘把第2个记录旋转到读写磁头位置下面。需要15毫秒的延迟时间。因此，总时间为： 8（2.5+5）+715=165MS优化分布61234578主要知识点主要知识点5 5、设备的启动和、设备的启动和I/OI

34、/O中断处理中断处理n什么是“输入输出操作”n通道技术n什么是通道？输入输出处理器n通道的连接方式n通道命令的格式n通道程序n通道的启动：“启动I/O”命令n外围设备的启动过程通道状态字（CSW）和I/O中断主要知识点主要知识点5 5、设备的启动和、设备的启动和I/OI/O中断处理中断处理n设备处理的一致性nI/O中断事件的处理n通道与CPU协调工作的手段：I/O中断nI/O中断事件的类型：操作正常和操作异常n操作正常结束：进程状态的转换：等待转换为就绪n操作异常结束：n故障：复执设备特殊事件：操作员干预主要知识点主要知识点6 6、缓冲技术、缓冲技术n缓冲的含义：在主存储器主存储器中开辟的存储

35、区域n引入缓冲的原因n成组和分解nCPU速度与设备速度不匹配问题n单缓冲n双缓冲n提高处理速度设备与CPU并行工作主要知识点主要知识点6 6、缓冲技术、缓冲技术n缓冲池n减少启动设备的次数n提高文件信息的传送速度“提前读”和“延迟写”主要知识点主要知识点7 7、 虚拟设备虚拟设备n脱机外围设备操作n外围计算机的含义n脱机外围设备操作的优、缺点n同时外围设备联机操作（Simultaneous Peripheral Operation On Line）：斯普林操作n提高独占设备的利用率。n把一台独占设备模拟成共享设备的技术。n硬件支持：大容量、高速度的存储设备的支持。为用户进程分配的是外存上的固定

36、区域，而不是设备本身。内存磁盘预输入程序CPU井管理程序缓输出程序输入设备输入井输出井输出设备spooling技术的工作原理技术的工作原理Spooling系统的组成系统的组成n预输入程序：预输入程序：负责从输入设备上读取数据，并存放在输入井中。n缓输出程序：缓输出程序：输出设备空闲时，再把数据写到输出设备上。n井管理程序：井管理程序：负责从输入井读信息和把执行结果写到输出井的程序。第6 章 并发进程本章特点本章特点在多道程序设计环境中，内存中同时存在着许多进程，它们或者共享计算机系统中的资源，或者互为条件，因此进程之间存在着这样那样的制约关系。如何保证系统中的进程能够正确、正常地执行，是并发进

37、程要解决的问题。这一章是整个操作系统概论中算法最多、又最难掌握的一章。根据以往的经验，本章的内容是必考的内容，几乎所有试卷中的综合题中都有进程互斥、进程同步或进程死锁的算法题，因此读者需要熟练掌握这部分内容。主要知识点主要知识点1 1、进程的并发性、进程的并发性n进程的顺序性n顺序处理器n顺序性的特征：封闭性和可再现性n进程的并发性n并发进程n执行结果与其执行的相对速度有关。破坏了“封闭性”和“可再现性”主要知识点主要知识点2 2、与时间有关的错误、与时间有关的错误n进程执行的相对速度由进程调度决定n与时间有关的错误n进程被打断的时间n能占用处理器的时间共享变量主要知识点主要知识点3 3、临界

38、区与、临界区与PVPV操作操作n临界资源n临界区，相关临界区n相关临界区的管理：三个要求。n原语的概念：不可中断n信号量的含义nP操作的物理含义和定义nV操作的物理含义和定义注意：信号量只能通过PV原语改变。主要知识点主要知识点4 4、进程的互斥与同步、进程的互斥与同步n进程的互斥n进程互斥的含义n用信号量和PV原语实现互斥的方法（重点重点）信号量的个数、含义、初值主要知识点主要知识点4 4、进程的互斥与同步、进程的互斥与同步n进程的同步n进程同步的含义n用信号量和PV原语实现同步的方法（重点重点）n信号量的个数、含义、初值n为每一个消息设置一个信号量n发消息：V原语；接收消息：P原语进程同步

39、与互斥的区别例题例题1 1： 当进程X和进程Y共享某个资源r，进程并发执行时的程序如下：begins:semaphore;s=1cobeginprocessXbeginL1:p(s)使用资源rv(s)gotoL1endprocessYbeginL1:p(s)使用资源rv(s)gotoL1end请回答：（1）两个进程并发执行时，能否保证互斥使用资源？为什么？（2）如果要使两个进程交替使用资源r，若仍使用PV原语来进行管理，写出应定义的信号量及其初值。（3）修改上述程序，使两个进程能交替使用资源。解题思路和答案解题思路和答案（1）能够实现互斥（2）进程之间是同步关系n相互发送消息：进程是否可以使用

40、资源Rn两个信号量：SX=1（进程X可以用）n SY=0（进程Y可以用）其过程如下：修改后的进程修改后的进程processXbeginL1:p(sx)使用资源rv(sy)gotoL1end修改后的进程修改后的进程processYbeginL1:p(sy)使用资源rv(sx)gotoL1end例题例题2有一个供学生使用的机房，可以同时容纳50人上机。规定一台机器同时只能允许一个人使用。同学进入机房时，要在登记表上登记自己的姓名、班级、进入机房时间等信息，离开机房时，要撤消登记。如果机房已满，则只能在外面等待，当有人退出时才可进入。试用PV原语实现上述问题。解题思路和答案解题思路和答案我们设互斥信

41、号量S=1设同步信号量computer，其初值为50，表示机房中有50台计算机可以使用。设变量sheet,表示登记表，则答案如下：解题思路和答案解题思路和答案PROCEDURE enter （进入进程） BEGIN L： P(computer) /*等待“有空闲计算机”的消息 P(s) /*申请进入临界区，对sheet操作 在sheet中找到一个空表项 填写学生信息 V（S） GOTO L END解题思路和答案解题思路和答案PROCEDURE leave（离开进程） BEGIN L： P(s) 在sheet中找到学生的登记项 删除学生信息 V（S） V（computer） /*发送“有空闲计算

42、机”的消息 GOTO L END主要知识点主要知识点5 5、进程的互斥与同步、进程的互斥与同步n同步与互斥混合的问题先同步，后互斥主要知识点主要知识点6 6、进程通信、进程通信n高级通信与低级通信n常用高级通信方式：信箱、消息缓冲、管道通信。n信箱通信机制n信件的内容：发送者名、信息、等/不等回信、回信存放地址n信箱的建立：谁建立信箱？接收信件的进程。n信箱的组成：信箱说明（具体内容）、信箱体n通信原语：send()和 receive()send()和 receive()的功能和实现过程主要知识点主要知识点7 7、死锁、死锁n什么是死锁？n死锁产生的原因n死锁存在的必要条件n死锁防止防止n静态

43、分配资源：破坏了哪两个必要条件？（占有且等待、循环等待资源）n按序分配资源：破坏了哪个必要条件？（循环等待资源）剥夺式分配资源：只适应于对CPU和内存的分配。主要知识点主要知识点7 7、死锁、死锁n死锁避免n系统安全（不安全）状态n银行家算法（重点重点）n解题思路。明确几个数据：n系统剩余资源n进程已占有资源进程请求资源银行家算法的应用银行家算法的应用 现有三个进程P1、P2、P3，共享A、B、C三类资源，进程对资源的需求量和目前分配情况如下表： 进程 已占有资源数 最大需求数 A B C A B C P1 2 6 3 2 6 5 P2 2 0 1 2 0 1 P3 2 1 0 2 8 5 若

44、系统还有剩余资源分别为：A类2个，B类6个，C类2个。请回答下列问题：（1）目前系统是否处于安全状态？（2）如果进程P3提出申请（0，5，2）个资源，系统是否能为它分配资源？ （1） 系统当前的空闲资源为：（2，6，2）进程要运行结束，还需请求的资源为：进 程 A B C P1 0 0 2 P2 0 0 0 P3 0 7 5由于P2不需要申请更多的资源，可以运行结束，释放它占有的资源（2，0，1），空闲资源变为：（4，6，3）。空闲资源满足P1的资源要求，P1运行结束，释放它占有的资源（2，6，3），空闲资源变为：（6，12，6）。空闲资源满足P3的资源请求，P3可以运行结束。系统中的进程能在

45、有限时间内全部运行结束，所以系统是安全的。（2） 假设可以为进程P3分配它申请的资源（0，5，2），则系统当前状况是：空闲资源为：（2，1，0）进程要运行结束，还需请求的资源为：进进 程程 A B CA B C P1 0 0 2 P2 0 0 0 P3 0 2 3进程P2运行，释放它所占有的资源（2，0，1），系统空闲资源变为：（4，1，1）。由于空闲资源不能满足系统中任一进程的资源请求，进程P1和P3陷入无限期等待，系统出现死锁。所以，系统不能为P2分配资源。主要知识点主要知识点7 7、死锁、死锁n死锁的检测n原理：是否有资源的循环等待n两张表：进程占有资源、进程等待资源n注意两张表中内容的顺序解除死锁的方法：抢占、结束进程、重新启动。资源占用进程进程等待资源