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文檔簡介

填空

緒論:批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)的概念與特點,原語與原子操作。

1.批處理操作

(1)單道批處理系統(tǒng)概念

單道批處理系統(tǒng)是指系統(tǒng)通過作業(yè)控制語言將作業(yè)組織成批,使其能自動連續(xù)運行,但是,在存中任何時

候只有一道作業(yè)的系統(tǒng)。

單道批處理系統(tǒng)特征

順序性單道性自動性

(2)多道批處理系統(tǒng)概念

系統(tǒng)對作業(yè)的處理是成批進行的,并且在主存中能同時保留多道作業(yè)的系統(tǒng)。多道批處理系統(tǒng)的主要目標

是提高系統(tǒng)吞吐率和各種資源的利用率。

多道批處理系統(tǒng)特征

無序性多道性調(diào)度性

2.分時系統(tǒng)

(1)概念

分時操作系統(tǒng)是指在一臺主機上連接了多個聯(lián)機終端,并允許多個用戶通過終端以交互的方式使用主計算

機,共享主機資源的系統(tǒng)。

(2)分時系統(tǒng)的主要目標是實現(xiàn)人與系統(tǒng)的交互性。分時系統(tǒng)設(shè)計的目標是保證用戶響應(yīng)時間的及時性。

(3)分時系統(tǒng)的特征

多路性獨立性及時性:滿足用戶對響應(yīng)時間的要求交互性

3.實時操作系統(tǒng)

(1)概念

實時操作系統(tǒng)是指系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)外部(隨機)事件的請求,并能在規(guī)定的時間完成對該事件的處理,

控制系統(tǒng)中所有的實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地工作。

(2)實時操作系統(tǒng)的特征

多路性獨立性及時性:滿足實時任務(wù)截止時間的要求交互性可靠性

4.原語:操作系統(tǒng)核或微核提供核外調(diào)用的過程或函數(shù)稱為原語,是由若干條指令構(gòu)成,用于完成特定功能的

一段程序。原語在執(zhí)行過程不允許被中斷。

5.原子操作:執(zhí)行中不能被其它進程(線程)打斷的操作就叫原子操作。當該次操作不能完成的時候,必須回

到操作之前的狀態(tài),原子操作不可拆分。

進程管理:什么是進程?進程與程序的區(qū)別與聯(lián)系?進程的特征有哪些?進程之間的關(guān)系有哪

些?什么是信號■?信號■的物理含義?

1.進程定義

可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程,是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位。

2.進程特征

(1)動態(tài)性(2)并發(fā)性(3)獨立性(4)異步性(5)結(jié)構(gòu)特征:

3.進程與程序的關(guān)系

(1)程序是一組指令的集合,是靜態(tài)的概念;進程是程序的執(zhí)行,是動態(tài)的概念。(本質(zhì)區(qū)別)

(2)進程有生命周期,它的存在是暫時的;程序的存在是永久的。

(3)進程包括程序代碼、數(shù)據(jù)和“進程控制塊”三部分。

(4)進程是一個理史的運行單位,是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的獨立單位。

(5)一個程序在執(zhí)行中可對應(yīng)多個進程,一個進程也可能包含多個程序段。

4,進程的基本狀態(tài)

(1)運行狀態(tài)(Running):已得至(ICPU,正在執(zhí)行的狀態(tài)。

(2)就緒狀態(tài)(Ready):得到了除CPU以外的所有資源,正在等待CPU的狀態(tài)。

(3)等待狀態(tài)(Blocked,也稱阻塞狀態(tài)):進程等待某一事件的發(fā)生而暫時停止運行的狀態(tài)。

5.進程之間的關(guān)系有哪些

同步互斥

6.什么是信號量?

信號量是實現(xiàn)進程同步的一種變量。是一種有效的進程同步工具,可分為:整型信號量、結(jié)構(gòu)型信號量、

信號量集等。

7.信號量的物理含義

S>0表示有S個資源可用

S=0表示無資源可用

S<0貝SI表示S等待隊列中的進程個數(shù)

P(S):表示申請一個資源

V(S)表示釋放一個資源。信號量的初值應(yīng)該大于等于0

設(shè)備管理:設(shè)備的分類

按數(shù)據(jù)傳輸單位,設(shè)備可分成:

>字符設(shè)備(輸入輸出設(shè)備):字符設(shè)備中存儲和傳送的是不定長的數(shù)據(jù),是以字符為單位發(fā)送或和接收

一個字符流,傳輸速度低、不可尋址(源地址或目標地址)。如打印機、鍵盤、網(wǎng)卡和顯示器等。

>塊設(shè)備(存儲設(shè)備):塊設(shè)備中存儲是定長的、且可隨機訪問的數(shù)據(jù)塊,每個塊都有自己的地址,信息

處理的基本單位是數(shù)據(jù)塊,傳輸速度高、可尋址。如磁盤,CD-ROM。

按傳輸速率,設(shè)備可分成:

>低速——鍵盤、鼠標器、語音的輸入和輸出設(shè)備

>中速——行式打印機、激光打印機

>高速—磁帶機、磁盤器、光盤機

按共享屬性,設(shè)備可分成:

>獨占設(shè)備:一次只允許一個進程訪問的設(shè)備。

>共享設(shè)備:一段間允許多個進程同時訪問的設(shè)備。

>虛擬設(shè)備:虛擬技術(shù)將一臺獨占設(shè)備轉(zhuǎn)換為若干臺邏輯設(shè)備,共多個進程同時使用。

按使用屬性,設(shè)備可分成:

>存儲設(shè)備:相同中存儲信息的主要設(shè)備,外存及后備存儲器。

>人機交互設(shè)備(輸入/輸出設(shè)備):輸入、輸出和集成輸入和輸出的設(shè)備。

文件管理:什么是文件的邏輯結(jié)構(gòu)和文件的物理結(jié)構(gòu)?文件的邏輯結(jié)構(gòu)有哪些?文件的物理結(jié)構(gòu)

有哪些?

1.文件的邏輯結(jié)構(gòu)

(1)概念

是指用戶可以直接處理的文件組織形式,也稱文件組織。文件邏輯結(jié)構(gòu)選取的主要考慮因素:存取速度、

維護方便和可靠性等。

(2)分類

從邏輯結(jié)構(gòu)上,文件分為:有結(jié)構(gòu)文件(記錄式文件)和無結(jié)構(gòu)文件(字符流文件,是一種順序文件。)

有結(jié)構(gòu)文件(記錄式文件)

①根據(jù)文件中記錄特性分:定長記錄文件變長記錄文件

②文件的組織方式(邏輯結(jié)構(gòu)):順序文件索引文件索引順序文件

2.文件物理結(jié)構(gòu)

(1)概念

是指文件在外存上的存儲結(jié)構(gòu),也稱文件存儲結(jié)構(gòu)。文件的物理結(jié)構(gòu)決定了文件信息在存儲設(shè)備上的存放

位置。

(2)物理結(jié)構(gòu)的類型

連續(xù)文件串聯(lián)文件(文件)索引文件hash文件

簡答

1.進程的概念與特點、進程的同步與互斥。

進程概念

關(guān)于進程的定義有多種,其中最具代表性的定義有以下幾個:

(1)進程是程序的一次執(zhí)行

(2)進程是可以與別的計算并發(fā)執(zhí)行的計算

(3)進程是一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及能在其上進行操作的一個程序

(4)進程是一個程序及其數(shù)據(jù)在處理機上順序執(zhí)行時所發(fā)生的活動

(5)進程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程,是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位

進程特征

(1)動態(tài)性:動態(tài)性是進程的基本特性。進程具有生命周期,它由創(chuàng)建而產(chǎn)生,經(jīng)調(diào)度而執(zhí)行,由撤消而消亡。

(2)遐隹」在存中的多個進程實體能在一段時間同時運行。

(3)獨其隹」進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個基本單位,是一個能夠進行獨立運行的基本單位。

(4)型隹二每個進程在運行時都在以不可預(yù)知的速度向前推進。

(5)隨邂工進程實體實際上是由三部分所組成:程序段、數(shù)據(jù)段和進程控制塊PCBo在UNIX系統(tǒng)中,

也把這三部分稱為“進程映像”。

進程同步與互基本概念

(1)并發(fā)進程之間的固建制通常稱為進程同步?!苯又萍s關(guān)系(協(xié)作)

(2)并發(fā)進程之間的競爭理制通常稱為進程且反。——間接制約關(guān)系(競爭)

進程同步與互斥的主要任務(wù)就是保證多個并發(fā)進程能有效地合作并共享系統(tǒng)資源,使并發(fā)進程的執(zhí)行結(jié)果

具有可再現(xiàn)性。

2.死鎖的概念、死鎖產(chǎn)生的原因、死鎖的預(yù)防和避免方法、資源分配圖的簡化、死鎖定理。

(1)死瑣概念

死鎖是指多個并發(fā)執(zhí)行的進程因資源爭奪而出現(xiàn)的一種彼此都不能繼續(xù)向前推進的僵持局面。

(2)產(chǎn)生死瑣的原因

①競爭資源——競爭非剝奪性資源(如,打印機)和競爭臨時資源(如,某進程生產(chǎn)的數(shù)據(jù)、消息)

②進程推進的順序非法

(3)死瑣的預(yù)防

①避開“請求和保持”條件:一次性請求,一次性分配。在進程運行期間不再提出資源請求。這種方法也

稱“預(yù)先靜態(tài)分配法”。

②避開“不剝奪”條件:進程逐個提出資源請求,當前請求不能滿足時,必須釋放它所擁有的全部資源。

③避開“環(huán)路等待”條件:將所有資源按類型進行線性排隊,并賦予不同序號,要求進程申請資源時按序號

遞增的次序提出。這種方法也稱“有序資源分配法”。

(4)死鎖的避免——銀行家算法,死鎖的預(yù)防——資源有序分配法。

(5)資源分配圖的簡化

從圖找一個進程結(jié)點pi,若它對資源Rj(1<j<m)的請求滿足(既非阻塞也非孤立):

abs(Pi,Rj)+

其中:Wj表示j類資源的總數(shù),(Pi,Rj)表示進程Pi申請j類資源的數(shù)量,(Rj,pk)表示分配給進程Pk

的j類資源數(shù)。

簡化操作:

①釋放pi所占有的資源,即去掉它所有的請求邊和分配邊使其成為一個孤立結(jié)點。

②重復(fù)執(zhí)行前兩步,直到找不到滿足條件的進程結(jié)點為止。

(6)死鎖定理

系統(tǒng)狀態(tài)S為死鎖狀態(tài)的充分條件,當且僅當S狀態(tài)的系統(tǒng)資源分配圖是不可完全簡化的。(至少有一個

進程結(jié)點不能簡化為孤立結(jié)點。)該充分條件被稱為死鎖定理。

3.文件的多級目錄結(jié)構(gòu)(文件的物理結(jié)構(gòu)、文件控制塊、索引節(jié)點等)

文件物理結(jié)構(gòu)

(1)概念

是指文件在外存上的存儲結(jié)構(gòu),也稱文件存儲結(jié)構(gòu)。文件的物理結(jié)構(gòu)決定了文件信息在存儲設(shè)備上的存放

位置。

(2)物理結(jié)構(gòu)的類型

連續(xù)文件串聯(lián)文件(文件)索引文件hash文件

文件控制塊

(1)概念

是文件存在的標志,為提高查找速度,通常把FCB集中起來組織成文件目錄(目錄文件)。目錄項分兩種:

子目錄和文件的FCBO一個文件由FCB和文件體(文件容)兩部分組成。

FCB是操文件系統(tǒng)為每個文件建立的唯一管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),FCB主要包括下列信息:

>文件標識符和控制信息:文件名、用戶名、存取權(quán)限、文件類型和文件口令等

>邏輯結(jié)構(gòu)信息:記錄類型、記錄個數(shù)和記錄長度等

>物理結(jié)構(gòu)信息:設(shè)備號、文件物理結(jié)構(gòu)類型、文件索引位置等

>使用信息:共享進程數(shù)、文件最大長度、當前大小和修改情況等

>管理信息:文件的建立日期、訪問日期和保留期限等

(2)文件目錄

一個文件系統(tǒng)中所有FCB的有序集合稱為文件目錄。一個FCB就是一個文件目錄項。一個文件目錄也被

看作是一個文件,稱為目錄文件。

(3)索引結(jié)點(i結(jié)點)

是由除文件名外的其他文件描述信息所構(gòu)成的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

為什么要引入索引結(jié)點?

①文件目錄占用大量的盤塊,檢索時間長

②在檢索目錄文件過程中只用到文件名

種類

①磁盤索引結(jié)點

存放在外存上的索引結(jié)點?;拘畔ǎ何募鳂俗R符、文件類型、文件存取權(quán)限、文件物理地址(磁盤

上的地址卜文件長度、和文件存取時間等信息。

②存索引結(jié)點

存放在存上的索引結(jié)點。存索引結(jié)點包含磁盤索引接點的全部信息,并增加存索引結(jié)點編號、狀態(tài)、訪問計

數(shù)、文件所屬的邏輯設(shè)備號和指針等信息。

(4)文件的目錄結(jié)構(gòu)

①單級目錄結(jié)構(gòu)

整個文件系統(tǒng)只建立一目錄表,每個文件在目錄表中占有一目錄項。

缺點:

>查找速度慢

>不允許重名

>不方便實現(xiàn)文件共享

②兩級目錄結(jié)構(gòu)

在系統(tǒng)中建立一個主文件目錄MFD,同時還為每個用戶建立一用戶文件目錄UFD。

優(yōu)點:

>解決了文件的重名問題和文件共享問題--用戶名|文件名

>提高了目錄檢索的速度,降低查找時間

缺點:增加了系統(tǒng)開銷

③樹型目錄結(jié)構(gòu)(多級)

在兩極目錄的基礎(chǔ)上,允許用戶創(chuàng)建自己的子目錄,子目錄創(chuàng)建自己的子目錄,依次類推。

優(yōu)點:層次結(jié)構(gòu)清晰,便于管理和保護;有利于文件分類;解決了文件的重名問題;提高了文件的檢索速度;

能進行存取權(quán)限的控制

缺點:查找一個文件按路徑名逐層檢查,由于每個文件都放在外存,多次訪盤影響存取速度。

4.磁盤調(diào)度(磁盤調(diào)度方法:FCFS、SSTF,SCAN)

(1)先來先服務(wù)FCFS

根據(jù)進程請求訪問磁盤的先后次序進行調(diào)度。

缺點:平均尋道時間長

(2)最短尋道時間優(yōu)先SSTF

選擇與當前磁頭所在的磁道距離最近的磁盤訪問請求服務(wù)。

缺點:出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象。

(3)掃描(SCAN)算法(電梯調(diào)度算法)

首先考慮磁盤請求的磁頭移動方向,在方向一致的情況下選擇與當前磁頭最近的磁盤請求服務(wù)。若同方向沒有

請求,磁頭轉(zhuǎn)向反方向移動。

尋道時間Ts(啟動磁臂時間s+磁頭移動時間)Ts=mxn+s(移動n條磁道)

旋轉(zhuǎn)延遲時間Tr=1\2r傳輸時間Tt=b\Rn

其中,b為傳輸?shù)淖止?jié)數(shù),N為一條磁道上的字節(jié)數(shù),r為磁盤每秒的轉(zhuǎn)數(shù)。

5.虛擬設(shè)備、緩沖技術(shù)、SPOOLING系統(tǒng)

虛擬設(shè)備

操作系統(tǒng)使用共享設(shè)備來模擬獨占設(shè)備的操作,經(jīng)過操作系統(tǒng)虛擬技術(shù)處理后的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。

在虛擬設(shè)備環(huán)境中,一個獨占設(shè)備可以允許兩個或兩個以上的進程并行使用,并且每個進程都感覺在獨占

使用該設(shè)備。

緩沖技術(shù)

(1)為什么要引入緩沖技術(shù)

>緩和CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾

>減少對CPU的中斷次數(shù)。

>提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行性

(2)緩沖的種類

單緩沖雙緩沖循環(huán)緩沖緩沖池

SPOOLing系統(tǒng)

SPOOLing技術(shù)是實現(xiàn)虛擬設(shè)備以提高獨占設(shè)備利用率的技術(shù),也是一種以空間換時間的技術(shù)。

SPOOLing技術(shù)是在批處理操作系統(tǒng)時代引入的,即假脫機輸入輸出技術(shù)。把這種技術(shù)實質(zhì)就是對輸入/

輸出數(shù)據(jù)成批處理。

⑴概念

SPOOLing技術(shù)是指在聯(lián)機情況實現(xiàn)的同時外圍操作,也稱假脫機操作。它通過共享設(shè)備來模擬獨占設(shè)

備的動作,使獨占設(shè)備成為共享設(shè)備,也稱為虛擬設(shè)備技術(shù)。

(2)SPOOLing技術(shù)實現(xiàn)原理

SPOOLing輸入--------作業(yè)預(yù)輸入(輸入機=>輸入井)

SPOOLing輸出--------作業(yè)緩輸出(輸出井=>輸出機)

由SPOOLing程序控制通道完成

(3)SPOOLing系統(tǒng)的組成

①輸入井和輸出井(外存:暫存I/O設(shè)備傳送的數(shù)據(jù))

②輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)(存:匹配CPU與磁盤之間速度不匹配的矛盾)

③輸入進程和輸出進程(假脫機進程)

(4)SPOOLing系統(tǒng)的優(yōu)點與缺點

優(yōu)點:

①提高了I/O速度。用戶程序?qū)β侏氄荚O(shè)備的獨占時間大大縮短了,提高了慢速獨占設(shè)備的利用率;

②用戶程序本身的執(zhí)行時間大大縮短了,提高了系統(tǒng)吞吐量和資源的利用率。

③使獨占設(shè)備成為共享設(shè)備,實現(xiàn)了虛擬設(shè)備的功能。

缺點:必須有高速、大容量和可隨機存取的外存的支持。

綜合應(yīng)用題

1.多道系統(tǒng)、作業(yè)調(diào)度、進程調(diào)度、搶占式調(diào)度、非搶占式調(diào)度、周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間

(1)概念

但幽廛二是指按一定的作業(yè)調(diào)度算法,從外存的后備作業(yè)隊列中選擇若干個作業(yè)調(diào)入主存的過程。

進程陛二按一定的進程調(diào)度算法,從已在存的進程中選擇一個進程并把CPU分配給它的過程。

但幽例聞二從作業(yè)提交進入系統(tǒng)到結(jié)束退出系統(tǒng)所經(jīng)歷的一段時間。

平均周轉(zhuǎn)時間:多道作業(yè)周轉(zhuǎn)時間的平均值。

系統(tǒng)吞吐量(吞吐率):單位時間系統(tǒng)所完成的總工作量(一般用作業(yè)數(shù)表示b

(2)調(diào)度可分為三個層次:

作業(yè)調(diào)度:也稱高級調(diào)度或長期調(diào)度,決定每次接收多少個作業(yè)和接納哪些作業(yè)的問題。

交換調(diào)度:主要負責外存上的進程交換。一般通過“掛起”和“解掛”的方法來實現(xiàn),也稱“中期調(diào)度”。

進程線程調(diào)度二將處理器分配給一個或多個進程/線程的調(diào)度方法,也稱“低級調(diào)度”和“短期調(diào)度”和“處理器

調(diào)度”。

帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間=周轉(zhuǎn)時間/運行時間

例1:先來先服務(wù)調(diào)度(非搶占)

在一個單道批處理系統(tǒng)中,一組作業(yè)的提交時刻和運行時間如下表所示,請計算其平均周轉(zhuǎn)時間T和平均帶權(quán)

執(zhí)行提交時運行時等待時開始時完成時周轉(zhuǎn)時帶權(quán)周轉(zhuǎn)

周轉(zhuǎn)時間

Wo次序刻間間刻刻間時間

18.01.00

作業(yè)提交時刻運行時間

28.50.50.5

18.01.039.00.20.5

49.10.10.6

28.50.5作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間

作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間

39.00.2

49.10.1

例2:若采用搶占的高優(yōu)先級調(diào)度算法,進程的調(diào)度次序是什么?(假定優(yōu)先數(shù)越小的作業(yè),優(yōu)先權(quán)越高。)

作業(yè)提交時刻運行時間優(yōu)先數(shù)

時間:8.08.59.09.19.29.39.8

18.01.03作業(yè):123(2)43(4)1(3)(1)

28.50.51

39.00.22

49.10.11

例3:短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度(短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法產(chǎn)生的平均周轉(zhuǎn)時間短,系統(tǒng)吞吐?大。非搶占)

作業(yè)提交時刻運行時間執(zhí)行提交運行開始完成時周轉(zhuǎn)時帶權(quán)周轉(zhuǎn)時

次序時刻時間時刻刻間間

18.01.0

39.00.2

49.10.1

28.50.5

18.01.0

28.50.5

39.00.2

49.10.1

例4:最短剩余時間優(yōu)先調(diào)度(最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法產(chǎn)生的平均周轉(zhuǎn)時間最短,系統(tǒng)吞吐?最大。搶占式)

作業(yè)提交時刻運行時間執(zhí)行提交運行開始完成時周轉(zhuǎn)時帶權(quán)周轉(zhuǎn)時

次序時刻時間時刻刻間間

18.01.018.0L0

39.00.2

28.50.3

49.10.1

28.50.3

39.00.2

作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間

49.10.1作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間

例5:時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法(是一種基于時間片的搶占式調(diào)度算法。)

假定系統(tǒng)規(guī)定的時間片大小為0.3,不考慮切換開銷。作業(yè)提交情況如下表所示:

作業(yè)提交時刻運行時間

執(zhí)行次序提交時運行時間運行及周轉(zhuǎn)帶權(quán)周

18.01.0刻完成時刻時間轉(zhuǎn)時間

18.01.0

28.10.5

28.00.5

38.20.238.00.2

48.00.1

48.30.1

作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間

作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間

例6:高響應(yīng)比調(diào)度(非搶占)

響應(yīng)比Rp=等待時間+要求服務(wù)時間=響應(yīng)時間

要求服務(wù)時間要求服務(wù)時間

作業(yè)提交時刻運行時間執(zhí)布:提交時刻運行時等待時開始時完成時周轉(zhuǎn)時帶權(quán)周轉(zhuǎn)

次序間間刻刻間時間

18.01.018.01.0

28.50.5

28.50.5

39.00.2

49.10.1

作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間

作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間

39.00.2

49.10.1

eg1:在一個具有兩道作業(yè)的批處理系統(tǒng)中,作業(yè)調(diào)度采用短作業(yè)優(yōu)先的調(diào)度算法,進程調(diào)度采用優(yōu)先數(shù)為基

礎(chǔ)的搶占式調(diào)度算法(作業(yè)優(yōu)先數(shù)即為i問題:

執(zhí)行提交運行優(yōu)先數(shù)運行及周轉(zhuǎn)帶權(quán)周轉(zhuǎn)

根據(jù)下表求它們的平均周轉(zhuǎn)時間。

次序時刻時間完成時刻時間時間

A10:0040分5

作業(yè)名到達時間運行時間優(yōu)先數(shù)

B10:2030分3

A10:0040分鐘5

C10:3050分4

B10:20分鐘3

30鐘

D10:5020分6

C10:3050分鐘4

作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時「間

D10:5020分鐘6

作業(yè)平均帶權(quán)悟1轉(zhuǎn)時間

eg2:在某多道程序系統(tǒng)中,用戶當前可使用的系統(tǒng)資源:存空間100K,磁帶機2臺,打印機1臺。系統(tǒng)采用

可變式分區(qū)分配方式管理存,對磁帶機和打印機采用靜態(tài)分配方式,并假設(shè)輸入輸出操作的時間忽略不計。假

設(shè)作業(yè)調(diào)度采用先來先服務(wù)算法,存分配采用首次適應(yīng)算法且不準移動已在存中的作業(yè),進程調(diào)度采用短作業(yè)

優(yōu)先的調(diào)度算法。作業(yè)序列情況如下表。

作業(yè)號提交時間運行時間存需求申請磁帶機打印機

18:0030分鐘15K11

28:2010分鐘30K01

38:2020分鐘60K10

48:3020分鐘20K10

58:3515分鐘10K11

問題:

(1)求作業(yè)調(diào)度的次序,并給出每道作業(yè)進駐存的時刻(5分卜

(2)計算每道作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間(5分)□

解:(1)(5分)

作業(yè)調(diào)度的順序:1-3-4-2-5

進駐存的時刻分別為:8:00,8:20,8:30,

8:50,9:00……(5分)

(2)(5分)

作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間=作業(yè)的完成時間-作業(yè)到達系統(tǒng)的時間。

每道作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間如下:1號作業(yè):30(分鐘)2號作業(yè):40(分鐘)3號作業(yè):30(分鐘)4

號作業(yè):65(分鐘)5號作業(yè):40(分鐘)

2.虛擬頁式存儲器管理系統(tǒng)(頁表、快表、虛地址、物理地址、快表命中、頁表命中、頁面淘汰

算法(LRU、CLOCK),駐留集、置換策略、抖動、缺頁中斷)

(1)返工放在系統(tǒng)空間的頁表區(qū),存儲邏輯頁與物理頁幀之間的對應(yīng)關(guān)系。每個進程的PCB表中有一個指

向頁表的指針,即每一進程擁有一頁表。

有效地址結(jié)構(gòu):

頁號P頁內(nèi)位移吊

邏輯地址=p(頁號)*頁面大小+d(頁位移)物理地址=f(頁幀號))*頁面大小+d(同上)

p=線性邏輯地址/頁面大??;d=線性邏輯地址-p*頁面大小。

例如:頁面的大小為1KB,求邏輯地址4101的頁號和頁位移。

15141312111096531

86420

00000000

01000011

得到頁號p=4,頁位移d=5

進程被調(diào)度占用CPU時,進程頁表始址被裝入頁表地址寄存器。

例如:有一個32位的分頁存儲器管理系統(tǒng),頁面的大小規(guī)定為1KB,每個頁表項占4個字節(jié),求頁表所

占的最大存空間?

32位計算機系統(tǒng)的邏輯地址空間應(yīng)是232,頁表長度(頁表項的個數(shù))為:

232/210=222

頁表所占的存空間:222x22=224個字節(jié),即16MBO

(2)蛆二由一組高速緩沖寄存器組成,用來存放當前訪問過的頁表項,以減少地址轉(zhuǎn)換過程中的時間花費。

頁號物理塊號進程號訪問權(quán)限

(3)命中率:選用8-12項組成的聯(lián)想存儲器,并采用適當?shù)奶鎿Q策略,在聯(lián)想存儲器中匹配成功的可能性可

達80-90%o

(4)等效訪問時間:設(shè)訪問主存時間為750ns,搜索聯(lián)想存儲器的時間為50ns,若聯(lián)想存儲器的命中率為80%,

則一次訪問主存的平均時間為(假設(shè)先查聯(lián)想存儲器再查頁表):

80%*(750+50)+20%*(750+50+750)=950ns

(5)虛擬地址:在虛存管理系統(tǒng)中,通常把運行進程訪問的指令和數(shù)據(jù)的邏輯地址(目標程序中的相對地址)

稱為虛擬地址。虛擬地址的集合稱為虛擬地址空間或邏輯空間。

(6)實地址:主存儲器單元的實際地址。主存也稱為實地址空間或物理空間。

(7)最近最久未使用(LRU)算法

原理

根據(jù)頁面在存中的使用情況,選擇最近最久未使用的頁面予以淘汰。即以“最近的過去”預(yù)測“最近的將來”,

即淘汰上次使用距當前最遠的頁。

>棧實現(xiàn)的LRU法——存放當前使用的各頁面的頁號。

實現(xiàn)原理:當進程訪問某頁時,就將該頁的頁號從棧底移出壓入棧頂,或?qū)⑿略L問的頁號壓入棧頂。處于棧

底的就是最近最久未使用的頁面號。

(7)時鐘(Clock)頁面置換算法

將二次機會置換算法中的FIFO鏈組織成一個環(huán)狀隊列,設(shè)一指針指向當前最老的頁面。當產(chǎn)生缺頁中斷

時,如果指針所指向的頁面的訪問位為“0”,則淘汰,將新調(diào)入的頁面插入到指針指向的位置,指針前移;如果

訪問位為“1”,則將其清“0”,指針前移,直到找到一個訪問位為“0”的頁面。

(8)頁面分配的有關(guān)策略

①最小物理塊數(shù)的確定

最小物理塊數(shù)是指能保證進程正常運行所需要的最少物理塊數(shù)。

相關(guān)因素:機器指令的格式、功能和尋址方式。

②頁面分配和置換策略

>固定分配局部置換

>可變分配全局置換:系統(tǒng)維護一個空閑物理塊隊列

>可變分配局部置換:根據(jù)缺頁率來動態(tài)增加或減少分配給每個進程的物理塊數(shù)。

頁面置換算法實現(xiàn)目標:不發(fā)生抖動現(xiàn)象,缺頁率正常。

(9)駐留集:進程的合法頁集合。

(10)超邊工如果分配給進程的存儲塊數(shù)量小于進程所需要的最小值,進程的運行將很頻繁地產(chǎn)生缺頁中斷,

這種頻率非常高的頁面置換現(xiàn)象稱為抖動。

(11)缺頁中斷——當前訪問的頁面不再主存時產(chǎn)生缺頁中斷。

缺頁中斷與一般中斷的區(qū)別:

①在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生和處理中斷信號

②一條指令執(zhí)行期間可能產(chǎn)生多次缺頁中斷

編程

信號量P、V操作的編程生產(chǎn)者——消費者問題讀一寫問題

步驟:(1)抽象為幾類進程(2)分析進程之間的直接和間接制約關(guān)系

(3)設(shè)置信號量及其初值(4)為各類進程編寫代碼

補充

1.為什么引入進程?進程控制塊。

(1)為使程序能并發(fā)執(zhí)行,且為了對并發(fā)執(zhí)行的程序加以描述和控制,人們引入了進程的概念。

(2)進程控制塊PCB

是進程實體的一部分,是操作系統(tǒng)中作重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PCB中記錄了操作系統(tǒng)所需的。用于描

述進程的當前情況以及控制進程運行的全部信息。進程控制塊的作用是使一個在多道程序環(huán)境下不能獨

立運行的程序,成為一個能獨立運行的基本單位,一個能與其他進程發(fā)生并發(fā)執(zhí)行的進程。PCB是進程

存在的唯一標識。

2.特權(quán)指令和非特權(quán)指令

特權(quán)指令:只能由操作系統(tǒng)使用的指令。特權(quán)指令的執(zhí)行一般會引起處理器的狀態(tài)切換。

處理器的狀態(tài):根據(jù)運行程序?qū)Y源和機器指令的使用權(quán)限將處理器設(shè)置為不同狀態(tài):

多數(shù)系統(tǒng)將處理器工作狀態(tài)劃分為管態(tài)和目態(tài):

管態(tài):操作系統(tǒng)管理程序運行的狀態(tài),又稱為特權(quán)態(tài)、系統(tǒng)態(tài)、管理態(tài)或核心態(tài)

目態(tài):用戶程序運行時的狀態(tài),又稱為普通態(tài)或、用戶態(tài)

有些系統(tǒng)將處理器狀態(tài)劃分核心狀態(tài),管理狀態(tài)和用戶程序狀態(tài)(目標狀態(tài))三種

管態(tài)和目態(tài)的比較:

>處理器處于管態(tài)時

/可以執(zhí)行全部指令(包括特權(quán)指令)

/可使用所有資源

/具有改變處理器狀態(tài)的能力

>處理器處于目態(tài)時:只能執(zhí)行非特權(quán)指令

/特權(quán)級別不同,可運行指令集合也不同

/特權(quán)級別越高,可以運行指令集合越大

/高特權(quán)級別對應(yīng)的可運行指令集合包含低特權(quán)級的

3.進程的阻塞與喚醒,進程的掛起與激活

(1)引起進程阻塞與喚醒的事件

>進程請求系統(tǒng)為之服務(wù)

>啟動某種操作

>需要的數(shù)據(jù)不能及時到達

>本進程無工作可做(如發(fā)送進程)

(2)進程的阻塞過程

進程的阻塞通過阻塞原語來實現(xiàn),阻塞是進程的一種主動行為,過程:

>將進程狀態(tài)由運行變?yōu)樽枞?/p>

>將阻塞進程插入對應(yīng)的阻塞隊列

>設(shè)調(diào)度標志為“真”,進程調(diào)度程序調(diào)度新的就緒進程運行。

(3)進程的喚醒過程

進程的喚醒通過喚醒原語實現(xiàn),喚醒是一種被動行為,過程:

>將要喚醒的進程從阻塞隊列中移出

>將該進程的狀態(tài)由阻塞變?yōu)榫途w

>將該進程插入就緒隊列等待CPU調(diào)度

(4)進程的掛起(一個進程只能解掛自己的子進程,而不能解掛其他族系的進程。)

進程的掛起通過掛起原語來實現(xiàn),主要過程:檢查將要被掛起的進程的狀態(tài)

若狀態(tài)為:執(zhí)行停止,設(shè)置CPU調(diào)度標志為“真”

活動就緒靜止就緒

活動阻塞靜止阻塞

(5)進程的激活

進程的激活過程通過激活原語實現(xiàn),過程:

檢查將要被掛起的進程的狀態(tài):靜止就緒活動就緒

靜止阻塞活動阻塞

檢查是否要進行重新調(diào)度

例如:請判斷下列說法哪些的正確的?答案:(21(3)

(1)進程可以由自己創(chuàng)建(2)進程可以由自己阻塞(3)進程可以由自己掛起

(4)進程可以由自己激活(5)進程可以由自己喚醒(6)進程可以由自己撤消

4.進程通信

進程通信通過發(fā)送原語和接受原語方式。

5.線程一一什么是核級線程?什么是用戶級線程?

(1)級線程ULT:由用戶應(yīng)用程序建立的線程。并且由用戶程序負責對他們的調(diào)度和管理工作。

(2)核級線程KLT:這類進程依賴OS核,所有線程的創(chuàng)建、調(diào)度和管理全部由操作系統(tǒng)核負責。即所有

線程的創(chuàng)建、切換和撤消等操作都需要進行系統(tǒng)調(diào)用,由OS核來實現(xiàn)。

用戶線程:運行在用戶地址空間的線程。核線程:運行在核空間的線程。

所有的用戶級線程都是用戶線程,核級線程可以是用戶線程,也可以是核線程。

6.什么是環(huán)境調(diào)用單位是進程?什么是環(huán)境調(diào)用單位是線程?

(1)僅設(shè)置用三級線盤的系統(tǒng)是以避作為調(diào)度的基本單位。

(2)設(shè)置核級線程的系統(tǒng)以線程作為調(diào)度的基本單位。

7.產(chǎn)生死瑣的必要條件

(1)/終代工在一段時間某資源只允許一進程使用。

(2)請求和保持條件:既占有又同時請求資源。

(3)不剝奪條件:資源在使用完前不能被搶奪。

(4)坯醉院一發(fā)生死鎖時必然存在一個進程-資源的環(huán)形鏈。

7.死瑣的解除方法

剝奪資源撤銷進程

8.什么是靜態(tài)重定位?

靜態(tài)重定位:在裝入一個作業(yè)時,由程序在程序執(zhí)行前進行的重定位,即把作業(yè)中的指令地址和數(shù)據(jù)地址全

部轉(zhuǎn)換成絕對地址。靜態(tài)重定位是由重定位裝配程序完成,不支持程序浮動。

9.什么是主存的連續(xù)分配?

動態(tài)分區(qū)分配。根據(jù)進程實際需要,動態(tài)的分配存空間。在實現(xiàn)可變分區(qū)分配時,將涉及到分區(qū)分配中所用

的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、分區(qū)分配算法和分區(qū)的分配與回收操作這樣三個問題。

10.可重定位分區(qū)

通過移動的方法,把主存中分散的各個小的存儲分區(qū)拼湊成大存儲區(qū)的過程,這種方法叫做緊湊。

動態(tài)重定位的特點:

A動態(tài)重定位由硬件完成,硬件包括重定位寄存器和加法器。

>在程序執(zhí)行的過程中進行邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。

>目標程序可以在存中移動且可以不連續(xù)。

11.分頁與分段的比較

(1)頁是信息的物理單位;而段是信息的邏輯單位。

(2)頁的大小圍層;而段的大小是由它邏輯信息的長度的決定,不同段的長度通常不同。

(3)分頁管理的地址空間是二維的,而分段管理的地址空間是三維的

(4)段式存儲管理能夠?qū)崿F(xiàn)基于完整功能邏輯段的信息共享,便于實現(xiàn)動態(tài)。

12.信息共享

段的共享:對于那些被多個程序共享的段,在存中只保留一個副本。副本采用可重入代碼。

13虛擬存儲器的實現(xiàn)方法

(1)請求我的存儲器管理系統(tǒng)

(2)請求自邀的存儲器管理系統(tǒng)

(3)段翼式虛存管理系統(tǒng)

74請求分頁存儲器管理方式可能遇到哪些問題?

(1)最小物理塊數(shù)的確定(2)物理塊的分配策略(3)物理塊的分配算法

15.分段保護

越界檢查:每個進程只能運行在自己的地址空間。

存取控制檢查:只讀、只執(zhí)行、讀/寫

環(huán)保護:不同的環(huán)具有不同的訪問權(quán)限。原則是:

/一個程序可以訪問駐留在相同環(huán)或較低環(huán)中的數(shù)據(jù)

/一個程序可以調(diào)用駐留在相同環(huán)或較高環(huán)中的服務(wù)

16.分頁保護

越界保護:設(shè)置頁表長度寄存器,查頁表前,先檢查頁號是否越界。

操作訪問保護:在每個頁表項中增設(shè)一存儲保護域,用于說明對該頁的訪問權(quán)限,每一個對該頁存儲的訪問都

首先要比照是否滿足該頁訪問權(quán)限的說明,滿足則訪問,否則報錯。

億設(shè)備管理的任務(wù)和功能

設(shè)備管理的主要任務(wù)是完成用戶提出的I/O請求,為用戶分配I/O設(shè)備,以提高CPU和I/O設(shè)備的利用率和系

統(tǒng)的吞吐量。主要包括:

>緩沖管理:管理好各種類型的緩沖區(qū)。

>設(shè)備分配:根據(jù)用戶的請求,分配相應(yīng)的設(shè)備。

>設(shè)備處理:通過設(shè)備處理程序(設(shè)備驅(qū)動程序)來實現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信。

>設(shè)備獨立性和虛擬設(shè)備:通過設(shè)備獨立性程序可使應(yīng)用程序獨立于具體的物理設(shè)備;通過虛擬技術(shù),

可把一次只允許一個進程訪問的物理設(shè)備改造成可同時供多個進程共享的設(shè)備。

18.設(shè)備分配的分配順序

分配設(shè)備--------分配控制器---------分配通道

19J/O系統(tǒng)的層次

兩層:設(shè)備相關(guān)層(驅(qū)動層)設(shè)備無關(guān)層(獨立層)

四層:用戶進程----進行I/O調(diào)用;格式化I/O;spooling

設(shè)備無關(guān)I/O軟件(設(shè)備獨立性軟件)一設(shè)備命名;保護;阻塞;緩沖;分配與釋放

設(shè)備驅(qū)動程序——設(shè)置設(shè)備寄存器;檢查狀態(tài)

中斷處理程序——當I/O結(jié)束時喚醒驅(qū)動

(嘎隹——執(zhí)行I/O操作)

中斷層具體功能

中斷層是I/O子系統(tǒng)的最低層。主要工作是執(zhí)行與中斷有關(guān)的操作,并在I/O結(jié)束時喚醒驅(qū)動程序。

驅(qū)動層的具體工作:

(1)確定是否向設(shè)備發(fā)命令

(2)確定向設(shè)備發(fā)什么命令

(3)向設(shè)備發(fā)命令(設(shè)置寄存器)

(4)監(jiān)督設(shè)備命令的正確執(zhí)行和等待物理操作的完成

(5)執(zhí)行后處理:中斷時被調(diào)用的驅(qū)動層物理操作的后續(xù)處理

獨立層(邏輯I/O層)功能

(1)向用戶層軟件提供一個統(tǒng)一的接口

(2)設(shè)備命名

(3)設(shè)備保護:防止無權(quán)存取設(shè)備的用戶存取設(shè)備。

(4)緩沖管理

(5)提供與設(shè)備無關(guān)的塊尺寸:向更高一層隱藏不同設(shè)備的物理塊大小的差別。

(6)塊設(shè)備的存儲分配

(7)分配和釋放獨占設(shè)備

(8)錯誤報告(與設(shè)備無關(guān)的錯誤報告)

用戶空間層I/O軟件——運行于用戶空間的I/O軟件

(1)與用戶程序連接在一起的庫過程。(輸入輸出的格式是由庫過程完成的)

(2)在核心外運行的I/O程序。(如假脫機進程)

例如:請說明下列的各個工作是在設(shè)備管理的哪個層次完成的?

1.向設(shè)備寄存器寫命令。2.檢查用戶是否有權(quán)使用設(shè)備。

3.將二進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成ASCII碼打印。4.為一個讀操作計算磁道和扇區(qū)。

解:1.驅(qū)動層;2.設(shè)備無關(guān)I/O軟件層;3.用戶空間層I/O軟件;4.驅(qū)動層.

201/。軟件

設(shè)總體設(shè)計目標:是高效率和通用性。前者要確保I/O設(shè)備與CPU的并發(fā)性,以提高資源利用率;后者則

是指盡可能地提供簡單抽象、清晰而統(tǒng)一的接口。

蕈蛔工設(shè)法消除或屏蔽設(shè)備硬件部的地基處理過程,為用戶提供一個簡便、易用、抽象的邏輯設(shè)備接

□,保證用戶安全、方便的實用各類設(shè)備。

21.文件震性結(jié)構(gòu)

文件屬性主要有:文件類型、文件長度、文件的物理位置、文件的建立時間等。

22.文件的打開和關(guān)閉是干什么的?

所謂“打開”(open),是指系統(tǒng)將指名文件的屬性(FCB——包括該文件在外存上的物理位置)從外存拷貝到存

打開文件表的一個表目中,并將該文件返回給用戶。

所謂“關(guān)閉”(close),系統(tǒng)調(diào)用來關(guān)閉系文件,OS將會把該文件從打開文件表中的表目上刪除掉。

打開文件——任何一個文件使用前都要先打開,即把文件的FCB送到存。

關(guān)閉文件:把文件在主存中的FCB寫入磁盤,并修改系統(tǒng)打開文件表和用戶打開文件表。

23.文件的讀、寫、刪除是干什么的?

讀文件:在讀一個文件時,須在相應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用中給出文件名和應(yīng)讀入的存目標地址。此時,系統(tǒng)同樣要查找目

錄,找到指定的目錄項,從中得到被讀文件在外存中的位置。在目錄項中,還有一個指針用于對文件的讀、寫。

寫文件:在寫一個文件時,須在相應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用中給出該文件名及該文件在存中的地址。為此,也同樣須查找目

錄,找到指定文件的目錄項,再利用目錄中的寫指針進行寫操作。

刪除文件:當已不再需要某文件時,可將它從文件系統(tǒng)中刪除。在刪除時,系統(tǒng)應(yīng)先從目錄中找到要刪除的文

件找到要刪除文件的目錄項,使之成為空項,然后回收該文件所占用的存儲空間。

24.文件邏輯結(jié)構(gòu)的類型和特點

(1)有結(jié)構(gòu)文件

順序文件:其中記錄通常是定長記錄,因而能用較快的速度查找文件中的記錄。(順序文件的優(yōu)點適合順

序存取,批量存取的效率高。順序文件的缺點變長記錄文件隨機直接存取效率低。)

索引文件:記錄為可變長度時,為每個文件建立一主索引表,每個邏輯記錄在索引表中建立一個表項,

以加快對記錄的檢索速度,每一個表項設(shè)一指針指向?qū)?yīng)的邏輯記錄。(索引文件很容易實現(xiàn)

對邏輯文件的隨機訪問。)

順序索引文件:將順序文件的所有記錄分成若干個組,并為順序文件建立一索引表,索引表的表項為每組

第一個記錄的鍵值和指向該記錄的指針。(索引順序文件一般按關(guān)鍵字順序組織文件。)

(2)無結(jié)構(gòu)文件

25.目錄查詢技術(shù)

當用戶要訪問一個已存在文件時,系統(tǒng)首先要利用用戶提供的文件名對目錄進行查詢,找出該文件的文件

控制塊對應(yīng)索引結(jié)點;然后,根據(jù)FCB或索引結(jié)點中所記錄的文件物理地址,換算出文件在磁盤上的物理位置;

最后,再通過磁盤驅(qū)動程序,將所需文件讀入存。目前對目錄進行查詢的方式有兩種:線性檢索法和Hash方

法。

26.文件的共享

(1)基于索引結(jié)點的共享方式(硬)

(2)基于符號鏈的文件共享(軟)

考研題

進程的描述與控制

D單處理機系統(tǒng)中,可并行的是()

I進程與進程II處理機與設(shè)備III處理機與通道IV設(shè)備與設(shè)備

A.I、II和IIIB.LII和IVC.LIII和IVD.IkIII和IV

A下列選項中,操作系統(tǒng)提供的給應(yīng)用程序的接口是()

A:系統(tǒng)調(diào)用B:中斷C:庫函數(shù)D:原語

C下列選項中,導(dǎo)致創(chuàng)進新進程的操作是(

I用戶成功登陸II設(shè)備分配川啟動程序執(zhí)行

A:僅I和IIB:僅II和IIIC:僅I和IIID:I,II,III

A下列選項中,降低進程優(yōu)先權(quán)級的合理時機是()

A:進程的時間片用完B:進程剛完成I/O,進入就緒隊列

C:進程長期處于就緒隊列中D:就緒從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)為運行態(tài)

A下列選項中,在用戶態(tài)執(zhí)行的是()

A.命令解釋程序B.缺頁處理程序C.進程調(diào)度程序D.時鐘中斷處理程序

D在支持多線程的系統(tǒng)中,進程P創(chuàng)建的若干個線程不能共享的是()

A.進程P的代碼段B.進程P中打開的文件C.進程P的全局變量D.進程P中某線程的棧指針

互斥與同步

三個進程p1,p2,p3互斥使用一個包含N(N>0)個單元的緩沖區(qū),p1每次用produce。生成一個正整數(shù)并

用put()送入緩沖區(qū)一個空單元中;p2每次用getodd從緩沖區(qū)中取一個奇數(shù),并用countodd()統(tǒng)計奇數(shù)個

數(shù);p3每次用geteven從緩沖區(qū)中取一個偶數(shù),并用counteven()統(tǒng)計偶數(shù)個數(shù);請用信號量機制實現(xiàn)這

三個進程之間的同步與互斥活動,并說明所定義的信號量的含義。要求用偽代碼描述。

設(shè)四個信號量:semaphoreodd=0,even=0;empty=N;mutex=1;

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