数据库系统工程师考试笔记紫衣老师课程笔记第四章第五章.docx
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数据库系统工程师考试笔记紫衣老师课程笔记第四章第五章
第四章
4.1
操作系统的定义:
能有效地组织和管理系统中的各种软/硬件资源,合理地组织计算机系统的工作流程,控制程序的执行,并且向用户提供一个良好的工作环境和友好的接口(友好的人机界面)。
操作系统两个重要的作用:
(1)通过资源管理提高计算机系统的效率;
(2)改善人机界面向用户提供友好的工作环境
操作系统的4个特征:
并发性、共享性、虚拟性和不确定性。
操作系统的五大功能:
进程管理、文件管理、存储管理、设备管理和作业管理。
长期调度或者说是作业调度决定哪些作业或进程或作业可以竞争系统资源。
中期调度程序或者说是交换程序是把进程调入/调出主存。
短期调度或者说是调度程序把CPU分配给已装入主存准备运行的进程。
在多线程系统中,短期调度有多种调度方式,短期调度程序用线程调度而不是进程调度。
短期调度也可以是两级调度:
进程调度中还进行线程调度。
最简单情况下,调度仅由短期凋度组成。
在这样的系统中,进程有4种状态:
阻塞状态、就绪状态、运行状态和终止状态。
中期调度增加了交换-阻塞状态,交换-就绪状态。
长期调度增加了保持状态。
进程的基本概念
进程是程序的一次执行。
进程通常是由程序、数据和进程控制块(PCB)组成的。
进程是资源分配和独立运行的基本单位,进程两个基本属性:
可拥有资源的独立单位;可独立调度和分配的基本单位。
批处理的操作系统中,进程要同步。
线程共享的包括:
进程代码段、进程的公有数据、进程打开的文件描述符、信号的处理器、进程的当前目录和进程用户ID和进程组ID。
不共享:
线程自己的ID,线程的堆栈、错误返回码、线程的信、线程的优先级
线程(轻量的进程)
进程两个基本属性:
可拥有资源的独立单位;可独立调度和分配的基本单位。
进程创建、分配资源、执行,切换,撤销可能要付出大量的时空开销
引入线程后:
线程作为调度和分配的基本单位,进程作为可拥有资源的独立单位。
一个进程中有多个线程,共享该进程的资源。
线程分为用户级线程和内核支持线程。
用户级线程不依赖于内核。
该类线程的创建、撤销和切换都不利用系统调用来实现。
内核支持线程依赖于内核。
该类线程的创建、撤销和切换都利用系统调用来实现。
进程的状态转换
运行:
当一个进程在处理机上运行时,则称该进程处于运行状态。
就绪:
一个进程获得了除处理机外的一切所需资源,一旦得到处理机即可运行,则称此进程处于就绪状态。
阻塞:
也称等待或睡眠状态,一个进程正在等待某一事件发生而暂时停止运行。
(例如请求I/O等待I/O完成等)
等待的事件发生,比如资源来了
时间片到了,时间片轮转
被调度,被处理机调度
进程=资源+处理机调度
由于进程的不断创建,系统资源特别是主存资源已不能满足进程运行的要求。
这时,就必须将某些进程挂起,放到磁盘对换区,暂时不参加调度,以平衡系统负载。
或者是系统出现故障,或者是用户调试程序,也可能需要将进程挂起检查问题。
(1)活跃就绪。
活跃就绪是指进程在主存并且可被调度的状态。
(2)静止就绪。
静止就绪是指就绪进程被对换到辅存时的状态,它是不能被直接调度的状态,只有当主存中没有活跃就绪态进程,或者是挂起态进程具有更高的优先级时,系统将把挂起就绪态进程调回主存并转换为活跃就绪。
(3)活跃阻塞。
活跃阻塞是指进程在主存,一旦等待的事件产生便进入活跃就绪状态。
(4)静止阻塞。
静止阻塞是指阻塞进程对换到辅存时的状态,一旦等待的事件产生便进入静止就绪状态。
进程间的同步与互斥
进程间的同步:
是指在系统中一些需要相互合作,协同工作的进程,这样的相互联系称为进程的同步。
(富士康流水线同步)
进程间的互斥:
是指系统中多个进程因争用临界资源而互斥执行。
(我和王艳抢打印机)
临界资源:
是指有些资源一次只能供一个进程使用。
如打印机、共享变量等。
还有临界区(比如女厕)
信号量机制(P、V操作)
信号量是一个整型变量,根据控制对象的不同被赋予不同的值。
(1)公用信号量:
实现进程间的互斥,初值为1或资源的数目。
(2)私用信号量:
实现进程间的同步,初值为0或某个正整数。
信号量S的物理意义:
S≥0表示某资源的可用数,S<0,则其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。
生产者消费者问题图内容背一下吧
P(S1)P(S2)
V(S2)V(S1)
P(S1)P(S2)
P(S)P(S)
V(S)V(S)
V(S2)V(S1)
PV操作是实现进程同步与互斥的常用方法,P操作和V操作是低级通信原语,在执行期间不可分割。
其中,P操作表示申请一个资源,V操作表示释放一个资源。
P操作的定义:
申请资源,S=S-1,若S≥0,则执行P操作的进程继续执行
V操作定义:
释放资源,S=S+1,若S>0,则执行V操作的进程继续执行;若S≤0,则从阻塞状态唤醒一个(正在等待状态中的)进程,并将其插入就绪队列,然后执行V操作的进程继续。
用PV操作实现临界资源的互斥使用
死锁:
至少需要资源:
M=(k-1)×n+1(这个公式你懂的)
产生死锁的4个必要条件:
互斥条件、请求保持条件、不可剥夺条件、环路条件。
死锁的处理策略有:
鸵鸟策略(不理睬)、预防策略、避免策略和检测与解除死锁。
死锁预防:
采用某种策略限制并发进程对资源的请求。
死锁避免:
如银行家算法。
死锁检测:
系统定时地运行一个程序来检测是否发生死锁,若有,则设法加以解除。
死锁解除:
有资源剥夺法和撤销进程法。
(根据优先级撤销或剥夺)
银行家算法不用背用来作题不会做题可以再看看
看18年18、19题初值就是判断临界资源可以让几人操作
看15年23、24、25以及16年25、26、27,判断依据,P是S=S-1,V是S=S+1
13年25、26题是进程资源图,进程到资源的箭头是申请P,资源到进程的箭头是释放V,能不能化简的意思就是这个图会不会一直陷入死锁。
往外出的箭头,是给出去的资源,不用管它是P是V.
14年24题
4.2
地址重定位
一个程序,没有运行时,存储在外存,程序运行时,需要装载到内存中,就需要把程序中的指令和数据的逻辑地址转换为对应的物理地址,这个转换的过程称为地址重定位。
静态重定位:
在程序装入主存时已经完成了逻辑地址到物理地址的变化,在程序的执行期间不会再发生变化。
动态重定位:
在程序运行期间完成逻辑地址到物理地址的变换。
分区存储管理
把主存划分成若干个区域,每个区域分配给一个作业使用。
这就是分区存储管理方式。
分为固定分区、可变分区和可重定位分区。
(1)固定分区:
系统生成时已经分好区。
会造成磁盘碎片的那种分区
(2)可变分区:
是一种动态分区方式,存储空间的划分是在作业装入时进行的,故分区的个数是可变的,分区的大小刚好等于作业的大小。
(3)可重定位分区:
分配好的区域可以移动。
可以集中小的磁盘碎片,变成一个大空间。
分页存储管理
(1)分页原理:
将进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域,称为页。
将主存的空间也划分成与页相同大小的若干个物理块,称为块或页框。
在为进程分配主存时,将进程中若干页分别装入多个不相邻接的块中。
(2)逻辑地址结构:
(3)页表:
当进程的多个页面离散地分配到主存的多个物理块时,系统应能保证在主存中找到进程要访问的页面所对应的物理块,为此,系统为每个进程建立了一张页面映射表,简称页表。
比较页号和页长,超出页长不科学
分段存储管理:
在分段存储管理中,将用户程序或作业的地址空间按内容划分为段,比如主程序一段,子程序一段,数据专门放一段,每个段的长度是不等的,但是每个段占用一个连续的分区。
进程中的各个段可以离散地分配到主存的不同分区中。
在系统中为每个进程建立一张段映射表,简称为“段表”。
不同段可以离散的放到主存空间,但同一段的要放在一起。
段号和段表长作比较
段内地址和段长作比较
例
(1)逻辑地址(0,168)、(1,58)、(2,98)、(3,300)和(4,100)能否转换为对应的物理地址?
为什么?
(2)将问题
(1)的逻辑地址分别转换成对应的物理地址。
解:
(1)逻辑地址(0,168)、(1,58)、(2,98)和(3,300)可以转换成对应的物理地址,而逻辑地址(4,100)不能转换为对应的物理地址,因为地址越界
(2)逻辑地址(0,168)对应的物理地址是219+168=387;逻辑地址(1,58)对应的物理地址是2300+58-2358;逻辑地址(2,98)对应的物理地址是90+98-188;逻辑地址(3,300)对应的物理地址是1327+300=1627。
段页式存储管理
先将整个主存划分成大小相等的存储块(页框),将用户程序按程序的逻辑关系分为若干个段,然后再将段划分成页。
也就是说先分段再分页
段页式系统中同时有段表和页表:
段表:
段号、页表始址、页表长度。
页表:
页号、物理块号。
逻辑地址:
段号、段内页号、页内地址
物理地址:
块号、页内地址
系统具有的主存容量比实际的主存容量要大得多,称为虚拟存储器。
页面置换算法
(1)最佳置换算法
(2)先进先出置换算法(FIFO)3)最近最少未使用算法(LRU):
优先淘汰最近这段时间用得最少的页面。
系统为每一个页面设置一个访问字段,记录这个页面自上次被访问以来所经历的时间T(需要硬件支持,用于设置标记),当要淘汰一个页面时,选择T最大的页面。
(4)最近未用置换算法(NUR):
12年23题,需要注意,计算机页面大小(也就告知了页年地址长度)4K也就是12位,逻辑地址16位
15年26题先看访问位,没访问位的优先替换。
再看修改位,未修改的优先替换,页帧号,就是访问页码在不在内存的意思
12年26、27题13年27题
4.3
1.设备的分类
(1)按数据组织分类。
分为块设备(BlockDevice)和字符设备(CharacterDevice)。
块设备是指以数据块为单位来组织和传送数据信息的设备,如磁盘。
字符设备是指以单个字符为单位来传送数据信息的设备,如交互式终端、打印机等。
(2)按照设备的功能分类。
分为输入设备、输出设备、存储设备、网络联网设备、供电设备等等。
输入设备是将数据、图像、声音送入计算机的设备;输出设备是将加工好的数据显示、印制、再生出来的设备;存储设备是指能进行数据或信息保存的设备;网络联网设备是指网络互连设备以及直接连接上网的设备;供电设备是指向计算机提供电力能源、电池后备的部件与设备,如开关电源、联机UPS等。
(3)从资源分配角度分类。
分为独占设备、共享设备和虚拟设备。
独占设备是指在一段时间内只允许一个用户(进程)访问的设备,大多数低速的I/O设备(如用户终端、打印机等)属于这类设备。
共享设备是指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。
显然,共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备。
典型的共享设备是磁盘。
虚拟设备是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户(进程)共享的逻辑设备。
一般可以利用假脱机技术(Spooling技术)实现虚拟设备。
(4)按数据传输率分类。
分为低速设备、中速设备和高速设备。
低速设备是指传输速率为每秒钟几个字节到数百个字节的设备,典型的设备有键盘、鼠标、语音的输入等。
中速设备是指传输速率在每秒钟数千个字节到数十千个字节的设备,典型的设备有行式打印机、激光打印机等。
高速设备是指传输速率在数百千个字节到数兆字节的设备,典型的设备有磁带机、磁盘机和光盘机等。
2.设备管理的目标与任务
设备管理的目标主要是如何提高设备的利用率,为用户提供方便、统一的界面。
提高设备的利用率,就是提高CPU与I/O设备之间的并行操作程度。
在设备管理中,主要利用的技术有中断技术、DMA技术、通道技术和缓冲技术。
设备管理的任
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