操作系统复习资料小伙伴们必过版Word文档格式.docx
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4.操作系统的分类
分类
追求的目标
多道批处理系统
资源的利用率
分时系统
联机(交互性)
实时系统
及时性
通用系统
同时具备多道、分时、实时两个或两个以上的功能
个人机操作系统
方便用户使用(好用)
网络操作系统
资源共享,通信能力
多处理机系统
充分提高处理能力
分布式系统
充分提高处理能力
嵌入式系统
高效(用最少的资源做想要做的事情)
分时系统:
分时系统是指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端,同进允许多个用户共享主机中的资源,每个用户都可通过终端以交互方式使用计算机。
分时系统的特征如下:
(1)多路性。
即多个用户分时使用一台主机。
(2)独立性。
每个用户各占一个终端,独立操作,互不干扰。
(3)及时性。
用户的请求能在很短时间内获得响应。
(4)交互性。
用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话。
5.计算机操作系统的硬件支撑
(1)计时器(硬件时钟)
绝对时钟、间隔时钟(闹钟)
(2)系统堆栈(内存中的一个固定区域)
a.保存中断现场b.操作系统子程序调用,参数,返回值
(3)特权指令和非特权指令
非特权指令:
算术运算、逻辑运算、位移指令、转移指令
特权指令:
设置中断向量、开关中断、停机、设置硬件时钟、修改PSW
(4)处理机状态
管态:
系统态、核心态
目态:
用户态
(5)中断装置(中断:
系统对于异步事件的响应)
中断处理过程
(6)地址映射机制
(7)内存保护机制:
界地址寄存器、存储保护键方式
(8)输入输出通道(I/O处理机)
二、进程管理
1.什么是进程?
2.进程概念的引入?
3.进程的特点(和程序的区别)?
(1)静态和动态
(2)程序和进程(1:
N)
(3)永久和暂时
(4)并发性
(5)结构性(PCB):
操作系统通过PCB感知进程存在
(6)独立性:
在系统中进程是竞争资源的独立(基本)单位
(7)异步性(随机性)
4.进程的三个基本状态
(1)运行:
占有CPU,正在CPU上执行
(2)就绪:
等待CPU以便执行
(3)阻塞(等待):
等待除CPU以外的其他资源(等待某个事件的发生)
5.PCB里面到底有什么?
进程描述信息
进程名和进程ID
用户名和用户ID
父子关系(PID/PPID)
进程控制信息
进程当前的状态
进程优先级
各种计时信息(反馈)
进程间通信的信息
进程资源信息
占内存(哪里,多少)
占设备(哪些,设备号)
占文件(访问了哪些文件,文件指针)
进程现场信息
通用寄存器值
PSW
用户栈指针
数据结构
PCB指针:
指向和自己具有同种状态的进程的PCB
6.PCB的组织管理形式
(1)基本的组织形式:
数组
(2)为了能有效的管理系统中的PCB,常用的组织形式有:
链式和索引式
7.进程控制
系统中通过一些特定功能的程序段来完成进程的创建、终止以及完成进程间各种状态的转换。
8.原语:
原语是由若干个机器指令构成的完成某种特定功能的程序段,具有不可分割性,在执行过程中不允许被中断。
(原语具有不可中断性(或原子性))
9.和进程控制相关的原语:
创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语、挂起原语、激活原语。
(每个原语被调用的原因以及每个原语具体做什么事情)
10.线程(Thread)
(1)线程引入的目的:
进一步提高系统并发粒度。
(2)线程和进程的区别:
a.调度:
(进程拥有资源和调度,线程就是调度单位)
b.拥有资源(进程是拥有资源的基本单位,线程除一点必须资源外不拥有系统资源)
c.并发性(引入线程后,不仅进程之间可以并发执行,且同一进程内的多个线程也可)
d.系统开销(进程创建和撤销时,系统都得为其分配和回收资源,在进程切换时,设计整个进程当前的CPU环境的保存以及新调度到进程的CPU环境的设置,而线程切换只需保存和设置少量寄存器内容,开销很小,而且进程内多个线程共享进程地址空间、多线程之间的同步与通信非常容易实现,甚至无需操作系统干预。
(3)线程的状态(线程不拥有资源所以线程没有挂起状态)
(4)线程的实现方式(ULT、KLT、ULT&
KLT)--各自的优缺点?
三、并发控制—互斥与同步
1.进程间的联系与相互作用
2.进程同步
一个进程等待另一个协作进程给它提供消息,在消息到达之前,该进程处于阻塞状态,一旦消息到达,该进程被唤醒进入到就绪状态,进程间的这种关系称为同步
3.进程互斥
由于各进程要共享资源,但某些资源需要互斥的使用,因此进程间竞争使用这些资源的关系称为互斥。
4.临界资源(CriticalResource)和临界区(CriticalSection)
5.临界区的使用原则
(1)空闲让进。
当没有进程处于临界区是,请求进入临界区的进程可以立即进入临界区。
(2)忙则等待。
当已有进程进入临界区时,其他试图进入临界区的进程必须等待。
(3)有限等待。
对要求访问临界资源的进程,应保证能在有限时间内进入临界区。
(4)让权等待。
当进程不能进入临界区时,应主动放弃CPU的使用权。
6.互斥&
同步解决方案
(1)软件解决方法(Dekker算法、Peterson算法)
(2)硬件解决方法(开关中断、机器指令)
(3)信号量(Semaphore)
(4)管程(Monitor)
7.信号量--信号量是解决进程互斥问题的最优秀的解决方法
(1)定义:
StructSemaphore//信号量用于描述资源
{
intvalue;
//必须有一个非负的初值,只能初始化一次
&
PCBqueue;
//该信号量的等待队列
}
(2)P(wait)、V(signal)操作
1.P(wait)操作相当于申请资源的操作
Wait(semaphores)
s.value--;
if(s.value<
0)
将执行该P操作的进程状态改为阻塞
并且把执行该P操作的进程PCB插入到该信号量的等待队列中去。
2.V(Signal)操作相当于释放资源的操作
Signal(semaphores)
s.value++;
=0)
唤醒该信号量等待队列s.queue中的一个等待进程,把被唤醒进程的PCB插入到就绪队列中去。
(3)P、V操作注意事项
1.P,V操作必须成对出现(不一定是1:
1关系)
2.互斥信号量的PV操作出现在同一进程中,同步信号量的PV操作出现在不同进程中。
3.如果出现连续P操作,同步P一定要放在互斥P前面
(4)信号量的物理意义:
a.S.value>
0s.value表示可用资源个数
b.S.value=0表示无资源,无进程等待
c.S.value<
0|S.value|表示等待该资源进程的个数
(5)用信号量解决经典同步问题(生产者消费者问题、读者写者问题)
生产者消费者问题(多生产者多消费者有限缓冲区)
semaphores1=0//产品数
semaphores2=n//空位数
semaphores3=1//消费者互斥信号量
semaphores4=1//生产者互斥信号量
inti=0,j=0;
Producer:
while(true)
生产产品
p(s2)
p(s4)
把产品放入仓库中第i个位置上
i=(i+1)%n;
v(s4)
v(s1)s
consumer:
{
p(s1)
p(s3)
从仓库第j个位置上取产品
j=(j+1)%n;
v(s3)
v(s2)
把产品消费掉
读者写者问题(读者优先)
semaphorer&
w_mutex=1;
//读写互斥(写写互斥)
semaphorer_mutex=1;
//读者互斥(关于reader_count)
intreader_count=0;
//读者数
Reader:
p(r_mutex)
reader_count++;
if(reader_count==1)
{
p(r&
w_mutex)
}
v(r_mutex)
从数据区读取数据
reader_count--;
if(reader_count==0)
v(r&
Writer:
p(r&
向数据区写入数据
v(r&
读者写者问题(写者优先)
//读者互斥(关于修改reader_count)
semaphorew_mutex=1;
//写者互斥(关于修改writer_count)
w_mutex2=1//为了做到写者优先,必须设定一个信号量使得当第一个写者来了以后通过该互斥信号量挡住后面所有的读者
w_mutex3=1//用于第一个写者跨越很长的读者等待队列
//读者数
intwriter_count=0;
//写者数
w_mutex3)
w_mutex2)
p(r_mutex)
v(r_mutex)
p(w_mutex)
wirte_count++;
if(writer_count==1)
{
v(w_mutex)
p(
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