操作系统原理与实例分析Word格式文档下载.docx

1、6程序并发执行引发的问题协调各程序的执行顺序 例如，当输入的数据还未全部输入内存时，计算必须等待 多个执行程序共享系统资源，程序之间可能会相互影响，甚至影响输出结果 选择哪些、多少个程序进入内存执行？内存中的执行程序谁先执行，谁后执行？内存如何有效分配？ 7进程的概念 定义：可并发执行的程序，在一个数据集合上的运行过程。申请/拥有资源 调度（线程）静态概念，是指令和数据的集合，可长期存储进程与程序对应关系： - 一个程序可以对应一个进程或多个进程 - 一个进程可以对应一个程序，或者一段程序8进程的特征动态性并发性独立性异步性9引入进程带来的问题 增加了空间开销 ：为进程建立数据结构 额外的时间

2、开销 ：管理和协调、跟踪、填写和更新有关数据结构、切换进程、保护现场 更难控制 ： - 协调多个进程竞争和共享资源如何预防 - 解决多个进程因为竞争资源而出现故障 处理机的竞争尤为突出 10进程的结构组成（进程映像）: 程序、数据集合、进程控制块PCB （Process Control Block ）PCB是进程存在的唯一标志。创建进程时，创建PCB；进程结束时，系统将撤消其PCB。11PCB进程标识信息：进程的内部和外部标识符处理机状态信息：通用寄存器值、指令计数器值、程序状态字PSW值、用户栈指针值进程调度信息：进程状态、进程优先权、进程调度的其它信息其它信息：程序及数据地址、进程同步和通

3、讯机制、资源清单、链接指针12PCB的组织方式之一- 单一队列 所有进程的PCB通过链表组织成为一个单一队列。适用于进程数目不多的系统。如，Windows操作系统。13PCB的组织方式之二-表格结构 PCB按进程状态不同，组织成不同的表格：就绪进程表、执行进程表（多机系统中）及阻塞进程表系统分别记载各PCB表的起始地址 14PCB的表格结构15PCB的组织方式之三-多级队列 PCB按进程状态不同用链接指针组成不同队列：就绪进程队列、阻塞进程队列（可按阻塞原因不同，分别组织）系统分别记载各PCB链表的起始地址16PCB多级队列172.2 进程的状态18进程执行轨迹 进程的轨迹：进程执行的指令序列

4、，用以观察处理机的执行过程。例，假设内存中有3个进程A、B、C，他们的程序代码已全部装入内存。若A、B两进程需要执行12条指令，C进程需要执行4条指令，且C进程执行到第4条指令处必须等待I/O1920假设分派程序分派处理机需要依次执行指令序列：s+0,s+1,s+5进程A的执行轨迹为a+0,a+1,a+2,a+3,进程B的执行轨迹为b+0,b+1,b+2,b+3,进程C的执行轨迹为c+0,c+1,c+2,c+3,当它执行到c+3指令时遇到了I/O指令，需要释放处理机，进行输入/输出操作 2129 s+030 s+131 s+232 s+333 s+434 s+51 a+02 a+1 a+2 a

5、+3 a+4 a+535 a+636 a+737 a+838 a+939 a+1040 a+117 s+08 s+19 s+210 s+311 s+412 s+513 b+014 b+115 b+216 b+317 b+418 b+525 c+026 c+127 c+228 c+341 s+0s+1s+2s+3s+4s+519 s+020 s+121 s+222 s+323 s+424 s+57 b+648 b+749 b+850 b+951 b+1052 b+1122 两状态进程模型 两状态：执行、未执行 - 进程获得处理机，进入执行状态;当时间片结束或其它某种原因，进程释放处理机，暂停执行

6、，处于未执行状态。23两状态进程模型：队列形式24 注：并非所有进程只要“未执行”就处于就绪（ready），有的需要阻塞（ blocked ）等待I/O完成“未执行”又可分为 就绪和阻塞25进程的五状态 执行状态（Running）就绪状态（Ready）阻塞状态（Blocked）新状态（New）终止状态（Terminated）26 1. 新状态：进程已经创建，但未被OS接纳为可执行进程2. 就绪状态：准备执行3. 执行状态：占用处理机（单处理机环境中，某一时刻仅一个进程占用处理机）4. 阻塞状态：等待某事件发生才能执行，如等待I/O完成等5. 终止状态：因停止或取消，被OS从执行状态释放 272

7、8 空 新状态 新创建的进程首先处于新状态。 新状态 就绪状态 当系统允许增加就绪进程时，操作系统接纳新建状态进程，将它变为就绪状态，插入就绪队列中。 就绪状态 执行状态 当处理机空闲时，将从就绪队列中选择一个进程执行，该选择过程称为进程调度，或将处理机分派给一个进程，该进程状态从就绪转变为执行。 执行状态 终止状态 执行状态的进程执行完毕，或出现诸如访问地址越界、非法指令等错误，而被异常结束，则进程从执行状态转换为终止状态。29 执行状态 就绪状态 分时系统中，时间片用完，或优先级高的进程到来，将中断较低优先级进程的执行。进程从执行状态转变为就绪状态，等待下一次调度。 执行状态 阻塞状态 执

8、行进程需要等待某事件发生。通常，会因为进程需要的系统调用不能立即完成，如读文件、共享虚拟内存、等待I/O操作、等待另一进程与之通信等事件而阻塞。 阻塞状态 就绪状态 当阻塞进程等待的事件发生，就转换为就绪状态。进入就绪队列排队，等待被调度执行。30注：某些系统允许父进程在任何情况下终止其子进程。如果一个父进程被终止，其子孙进程都必须终止。 - 新状态 终止 - 就绪状态 终止 - 阻塞状态 终止3132问题：多个进程竞争内存资源 内存资源紧张无就绪进程，处理机空闲：I/O的速度比处理机的速度慢得多，可能出现全部进程阻塞等待I/O33解决方法 采用交换技术：换出一部分进程到外存，以腾出内存空间采

9、用虚拟存储技术：每个进程只能装入一部分程序和数据（存储管理部分）34对换技术,交换技术（Swapping ） 将内存中暂时不能运行的进程，或暂时不用的数据和程序，换出到外存，以腾出足够的内存空间，把已具备运行条件的进程，或进程所需要的数据和程序，换入内存。35进程的挂起状态 进程被交换到外存，状态变为挂起状态36进程挂起的原因进程全部阻塞，处理机空闲。系统负荷过重，内存空间紧张。操作系统的需要。操作系统可能需要挂起后台进程或一些服务进程，或者某些可能导致系统故障的进程。终端用户的请求。父进程的需求。37被挂起进程的特征不能立即执行可能是等待某事件发生，若是，则阻塞条件独立于挂起条件，即使阻塞事

10、件发生，该进程也不能执行使之挂起的进程为：自身、其父进程、OS只有挂起它的进程才能使之由挂起状态转换为其他状态38挂起与阻塞 问题 是否只能挂起阻塞进程？ 如何激活一个挂起进程？39区分两个概念：? 进程是否等待事件，阻塞与否 进程是否被换出内存，挂起与否种状态组合：就绪：进程在内存，准备执行阻塞：进程在内存，等待事件 就绪/挂起：进程在外存，只要调入内存即可执行阻塞/挂起：进程在外存，等待事件40注: 处理机可调度执行的进程有两种：新创建的进程或换入一个以前挂起的进程 通常为避免增加系统负载，系统会换入一个以前挂起的进程执行。41挂起接纳激活就绪/挂起图2.12 具有挂起状态的进程模型时间片

11、完新建 就绪 执行 阻塞 终止分派/调度事件发生事件等待完成阻塞/挂起42具有挂起状态的进程状态转换阻塞阻塞/挂起 ：OS通常将阻塞进程换出，以腾出内存空间阻塞/挂起 就绪/挂起:当阻塞/挂起进程等待的事件发生时，可以将其转换为就绪/挂起就绪/挂起就绪：OS需要调入一个进程执行就绪 就绪/挂起：一般，OS挂起阻塞进程。但有时也会挂起就绪进程，释放足够的内存空间新就绪/挂起（新 就绪）：新进程创建后，可以插入到就绪队列或就绪，挂起队列。若无足够的内存分配给新进程，则需要新 就绪/挂起43具有挂起状态的进程状态转换（续）阻塞/挂起 阻塞：当阻塞/挂起队列中有一个进程的阻塞事件可能会很快发生，则可将

12、一个阻塞/挂起进程换入内存，变为阻塞执行 就绪/挂起：当执行进程的时间片用完时，会转换为就绪。 或，一个高优先级的阻塞/挂起进程正好变为非阻塞状态，OS可以将执行进程转换为就绪/挂起状态所有状态 终止：通常，执行 终止。但某些OS中，父进程可以终止其子进程，使任何状态的进程都可转换为退出状态442.3 进程的控制 45两种执行模式 系统模式（又称为系统态）、控制模式或内核模式： - 具有较高的特权 - 运行系统特定的指令,包括读/写控制寄存器的指令、基本I/O指令以及与存储器管理有关的指令，及一些特定的内存区 - 内核模式下的处理机及其指令、寄存器和内存都受到完全控制和保护用户模式（或用户态）

13、 - 具有较低的特权 - 用户程序一般运行在用户模式46模式切换用户模式 系统模式：用户程序执行到一条系统调用，进入操作系统内核执行系统模式 用户模式 ：执行完系统调用的功能，返回到用户程序特殊情况：程序执行到结束语句时，切换到系统模式，不再返回到用户程序 47操作系统内核（Kernel）操作系统的核心，是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统最基本的功能，是操作系统工作的基础。现代操作系统设计中，为减少系统本身的开销，往往将一些与硬件紧密相关的（如中断处理程序、设备驱动程序等）、基本的、公共的、运行频率较高的模块（如时钟管理、进程调度等）以及关键性数据结构独立开来，使之常驻内存，并对它们进行特殊保护。通常把这一部分称为操作系统的内核。48用户通过系统调用访问操作系统的功能，这些功能最终都通过操作系统内核实现。不同的操作系统对内核的定义和功能范围的设定是不同的。一般地，操作系统内核的功能可以概括地划分为资源管理功能和支撑功能。 - 资源管理：进程管理、存储管理和I/O设备管理 - 支撑功能：中断处理、统计、监测、时钟管理、原语操作等。49资源管理功能进程管理：进程创建和终止、调度、状态转换、同步和通信、管理PCB 存储管理：为进程分配