《操作系統(tǒng)》課程學(xué)習(xí)筆記

1、操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)筆記第1章 概述本章介紹了操作系統(tǒng)的基本概念。主要包括： 計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成， 操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)軟件， 它 管理計算機系統(tǒng)的資源和控制程序的執(zhí)行， 改善人機界面和為其他軟件提供支持。 它的設(shè)計 目標(biāo)是使用戶方便地使用計算機系統(tǒng)和使得計算機系統(tǒng)能高效地工作。計算機配置操作系統(tǒng)的目的是提高資源利用率。操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展與計算機硬件和其他軟件的發(fā)展密切相關(guān)。 隨著計算機應(yīng)用的日 益廣泛， 操作系統(tǒng)的功能也日趨完善， 根據(jù)計算機系統(tǒng)的功能和應(yīng)用， 操作系統(tǒng)可分成幾類： 批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。批處理操作系統(tǒng)

2、按照用戶預(yù)先規(guī)定好的步驟控制作業(yè)的執(zhí)行，實現(xiàn)計算機操作的 自動 化，無須人工干預(yù) 。批處理多道系統(tǒng)還可以充分利用計算機系統(tǒng)的資源， 縮短作業(yè)執(zhí)行時間， 提高系統(tǒng)的吞吐率。分時操作系統(tǒng)支持多個終端用戶同時以 交互方 式使用計算機系統(tǒng)， 為用戶在測試、 修改 和控制程序執(zhí)行方面提供了靈活性。實時操作系統(tǒng)是實現(xiàn)實時控制的系統(tǒng)， 它由外部信號觸發(fā)而工作， 并在特定的時間內(nèi)完 成處理，且給出反饋信號。 實時系統(tǒng)對可靠性和安全性的要求極高， 不強求系統(tǒng)資源的利用 率。個人計算機系統(tǒng)都是使用微行計算機。比起大型機來，微行機既小又便宜。 但是， 個人 計算機系統(tǒng)的資源和功能相對有限。為了滿足較大規(guī)模的應(yīng)用，可

3、把若干臺個人計算機系統(tǒng) 構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、 通信方式和資源管理方法， 分別配置網(wǎng)絡(luò)操作系 統(tǒng)或分布式操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的資源管理功能可以分為四大部分： 處理器管理、存儲管理、 文件管理、 設(shè)備 管理。重點內(nèi)容（一）操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)是一種管理計算機系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機界面和為其 他軟件提供支持的系統(tǒng)軟件。（二）操作系統(tǒng)的類型 批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操 作系統(tǒng)、多機操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。其中前三種是基本的操作系統(tǒng)。（四）操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理計算機系統(tǒng)的所有資源， 并調(diào)度這些資源的使用。 具體來說， 其主

4、要 功能有：處理器管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理?？记榉治?.1計算機系統(tǒng)概述一、計算機系統(tǒng)1 1、計算機系統(tǒng)定義：是按用戶的要求接收和存儲信息、自動進行數(shù)據(jù)處理并輸出結(jié)果 信息的系統(tǒng)。2 2、計算機系統(tǒng)構(gòu)成：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng): :系統(tǒng)軟件 （操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng) ） 、支撐軟件、應(yīng)用軟件。3 3、硬件系統(tǒng)組成：中央處理器（CPUCPU、主存儲器、輔助存儲器、各種輸入 / /輸出設(shè)備。 計算機之父：馮 . . 諾依曼 馮. . 諾依曼的貢獻：（ 1 1）提出用二進制表示數(shù)；（2 2）提出五大部件組成計算機；（3 3）提出“存儲程序”思想，即把程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲器，早期的程序是

5、由開關(guān) 控制實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)是存放在存儲器中。二、操作系統(tǒng)1 1、操作系統(tǒng)定義：是一種管理計算機系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機界面和為其 他軟件提供支持的系統(tǒng)軟件。從用戶觀點 理解，操作系統(tǒng)是人機交互接口；從資源管理 角度，操作系統(tǒng)是管理計算機的軟、硬件資源；從程序控制 觀點，操作系統(tǒng)控制計算機程序的執(zhí)行?？偨Y(jié)為：操作系統(tǒng)是：（1 1）管理計算機的軟件、硬件資源；（2 2）合理組織計算機工作流程；（3 3）提供方便用戶操作的接口和軟件的集合。計算機配置操作系統(tǒng)的目的是 提高資源的利用率 。 操作使用者認(rèn)為操作系統(tǒng)認(rèn)為操作是一組 命令 的集合， 它接收輸入的命令， 程序設(shè)計人 員認(rèn)為操作系統(tǒng)是一組

6、功能 調(diào)用程序（系統(tǒng)調(diào)用） 的集合。2 2、操作系統(tǒng)兩個主要設(shè)計原則：（1 1）能使得計算機系統(tǒng)使用方便。即方便（2 2）提高計算機工作效率。即效率1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1 1、控制臺：早期，程序的裝入、調(diào)試以及控制程序的運行都是程序員通過控制臺上的 開關(guān)來實現(xiàn)。（第一階段，人工階段）2 2、原始匯編系統(tǒng)：用匯編語言編寫的程序稱為源程序，它不能直接在機器上執(zhí)行，只 有通過匯編語言解釋程序把源程序轉(zhuǎn)換成用機器指令序列表示的目標(biāo)程序后才能在計算機 上運行。3 3、設(shè)備驅(qū)動程序：是最 原始的操作系統(tǒng) 。是一種控制設(shè)備工作的程序。4 4、管理程序：是初級的操作系統(tǒng)。是一種能對計算機硬件和軟件進行管理和調(diào)

7、度的程 序。 （第二階段）5 5、操作系統(tǒng)：采用了 SPOOLINGSPOOLING處理形式。SPOOLINSPOOLIN 又稱“斯普林”（翻譯為聯(lián)機的同時外圍設(shè)備操作 ）。從本質(zhì)上說，SPOOLINGSPOOLING 是把磁盤作為一個巨大的緩沖器。 在一個計算問題開始之前， 把計算所需要的程序和數(shù)據(jù)從 讀卡機或其他輸入設(shè)備上預(yù)先輸入到磁盤上存放。 這樣，在進行計算時不再需要訪問讀卡機 等慢速的輸入設(shè)備， 而可以從速度快得多的磁盤上讀取程序和數(shù)據(jù)。 同樣， 對于計算的結(jié)果 也是先在磁盤上緩沖存放， 待計算完成后， 再從打印機上打印出該計算問題的所有計算結(jié)果。（第三階段）操作系統(tǒng)發(fā)展的歷史：（

8、1 1）無操作系統(tǒng)階段（第一代） 這個階段有卡片、磁帶機和打印機。通過各種開關(guān)操作計算機。特點：用戶獨占計算機 CPUCPU 等待人工操作缺點：資源利用率低，CPICPI 利用不充分（人機矛盾，隨著計算機速度的提高日益顯著）。（ 2 2）管理程序階段（第二代）出現(xiàn)了編程語言：FORTRAFORTRANCOBOCOBOL第一個完整操作系統(tǒng)在 IBM360IBM360 上。特點：半自動方式管理部分資源資源可實現(xiàn)簡單共享 這個階段提供了一套控制命令控制卡， 以此來成批地處理用戶程序， 使其能自動有 序執(zhí)行。缺點：CPUCPU=絕對地址 =界限地址，成立則可執(zhí)行，否則有地址錯誤， 形成“地址越界”的程

9、序性中斷事件。5 5、 缺點： （1 1）當(dāng)作業(yè)執(zhí)行中出現(xiàn)了某個等待事件（如訪問外設(shè)）時，處理器就處于空閑狀態(tài)，不能被利用。（CPCP 困用率低）（ 2 2）一個作業(yè)獨占主存中的用戶區(qū)， 當(dāng)主存中有空閑區(qū)域時， 也不能被其他作業(yè)利用， 降低了主存空間的利用率。 （主礅利用率低）（3 3）外圍設(shè)備也不能充分被利用。（外設(shè)利用率低，外設(shè)不能與 CPICPI 并行工作）二、 覆蓋技術(shù)1 1、 將作業(yè)劃分成若干段，其中有一個主程序段是作業(yè)執(zhí)行過程中經(jīng)常要用到的信息， 而其他輔程序段是不會同時工作的。2 2、 主程序段入駐留區(qū)；其他輔程序段輪流入覆蓋區(qū)。在分時系統(tǒng)中， 單用戶連續(xù)存儲管理可用對換方式讓多

10、個用戶的作業(yè)輪流進入主存儲器 執(zhí)行。系統(tǒng)中必須要有一個大容量的高速輔助存儲器， 多個用戶的作業(yè)信息都被保留在磁盤 上，把一個作業(yè)先裝入主存儲器讓它執(zhí)行。 當(dāng)執(zhí)行中出現(xiàn)等待事件或用完一個時間片時， 把 該作業(yè)從存儲器換出，再把由調(diào)度程序選中的另一個作業(yè)換入到主存儲器中。四、擴展知識1 1、 計算機啟動的四大模塊（1 1）基本輸入輸出模塊（主板 BIOSBIOS 芯片）（ 2 2） IO.SYSIO.SYS 輸入輸出模塊（3 3）MSDOS.SYSMSDOS.SYS儲管理模塊（核心）（4 4）COMMAND.COMCOMMAND.COM 令處理模擬（人機交互的接口）2 2、 計算機啟動變慢的原因（

11、 1 1）虛擬內(nèi)存文件（ pagefile.syspagefile.sys ）中垃圾信息太多（ 2 2）啟動加載項太多，特別是殺毒軟件（實時監(jiān)測工具）加載多個（ 3 3）硬盤碎片太多。3 3、 主存空間大小 = =物理內(nèi)存大小 + +各分區(qū)上虛擬內(nèi)存大小之和3.2.2固定分區(qū)存儲管理一、基本原理為解決主存空間利用率低和 CPICPI 利用率低及外外設(shè)的利用低，而引入固定分區(qū)存儲管理。 這種分區(qū)存儲管理與 多道程序設(shè)計技術(shù) 一起出現(xiàn)。將主存儲器中可分配的用戶區(qū)域預(yù)先劃分成若干個連續(xù)區(qū)，每個連續(xù)區(qū)成為一個分區(qū)。 每個分區(qū)的大小可以相同， 也可以不同。 每個分區(qū)僅可用來裝入一個作業(yè)， 但不允許在一個

12、 分區(qū)中同時裝入多個作業(yè)。二、 主存空間的分配與回收系統(tǒng)設(shè)置一張“分區(qū)分配表”， 用來說明各分區(qū)的分配和使用情況。表中指出各分區(qū)的 起始地址和長度，并為每個分區(qū)設(shè)置一個標(biāo)志位。當(dāng)標(biāo)志位為“0 0”時表示分區(qū)空閑，當(dāng)標(biāo)志位非“ 0 0”時表示分區(qū)已被占用。三、 地址轉(zhuǎn)換和存儲保護1 1、 地址轉(zhuǎn)換：采用靜態(tài)重定位方式。2 2、 存儲保護：處理器設(shè)置一對寄存器，即“下限寄存器”和“上限寄存器”用來存放 當(dāng)前進程所對應(yīng)分區(qū)的下限地址和上限地址分別送入下限寄存器和上限寄存器。下限地址 =絕對地址 =上限地址 成立則執(zhí)行，否則產(chǎn)生“地址越界”中斷。四、缺點出現(xiàn)了“內(nèi)零頭”，又稱碎片，是指 主存中無法被利

13、用的小空閑區(qū)。3.2.3可變分區(qū)存儲管理一、 主存空間的分配與回收1 1、 為解決內(nèi)零頭問題而引入可變分區(qū)存儲管理。2 2、 分區(qū)的劃分：系統(tǒng)初始啟動時，主存儲器中除操作系統(tǒng)占用部分外，把整個用戶區(qū) 看做一個大的空閑區(qū)。 當(dāng)有作業(yè)要裝入主存儲器時， 根據(jù)作業(yè)對主存空間的需要量， 從空閑 區(qū)中劃出一個與作業(yè)長度一致的分區(qū)來裝入作業(yè)，剩余部分仍為空閑區(qū)。3 3、 主存空間的分配算法：分區(qū)分配表由兩張表格組成，一張是“已分配區(qū)表”， 另一 張是“空閑區(qū)表”。4 4、 常用的分配算法（ 1 1）最先適應(yīng)分配算法：每次分配是總是順序查找空閑去表，找到第一個能滿足作業(yè) 長度要求的空閑區(qū)，分割這個找到的空閑

14、區(qū)，一部分分配給作業(yè)，另一部分分配給空閑區(qū)。空閑區(qū)按首地址由小到大排序，高地址區(qū)有利于大作業(yè)裝入。（2 2） 最優(yōu)適應(yīng)分配算法： 按作業(yè)要求從所有的空閑區(qū)中挑選一個能滿足作業(yè)要求的最 小空閑區(qū)，這樣可保證不去分割一個更大的區(qū)域，使裝入大作業(yè)時比較容易得到滿足。空閑區(qū)按空閑區(qū)長度由小到大排序，有利于大作業(yè)的裝入。（3 3） 最壞適應(yīng)分配算法： 這種算法總是挑選一個最大的空閑區(qū)分割一部分給作業(yè)使用， 使剩下的部分不至于太小，仍可供分配使用?？臻e區(qū)按首地址空閑區(qū)長度由大到小排序，不利于大作業(yè)的裝入。5 5、 主存空間的回收算法（1 1）歸還區(qū)有下鄰空閑區(qū)（空間區(qū)沒有增加）；（2 2）歸還區(qū)有上鄰空閑

15、區(qū)（空間區(qū)沒有增加）；（3 3） 歸還區(qū)既有上鄰空閑區(qū)又有下鄰空閑區(qū)（空閑區(qū)減少1 1 個）；（4 4） 歸還區(qū)既無上鄰空閑區(qū)又無下鄰空閑區(qū)（空閑區(qū)增加1 1 個）。二、 地址轉(zhuǎn)換和存儲保護1 1、地址轉(zhuǎn)換：采用 動態(tài)重定位 。作業(yè)執(zhí)行過程中，每當(dāng)取出一條指令后，就把該指令 中的相對地址與基址寄存器的內(nèi)容相加得到絕對地址。 可變分區(qū)存儲管理一般采用動態(tài)重定 位的方式。為實現(xiàn)地址重定位和存儲保護，系統(tǒng)設(shè)置了相應(yīng)的硬件；基址/ / 限長寄存器（或上界 / /下界寄存器）、加法器、比較線路等?；丶拇嫫饔脕泶娣懦绦蛟趦?nèi)存的起始地址， 限長寄存器用來存。 處理器作業(yè)的基址寄 存器內(nèi)容與作業(yè)長度之和。

16、在執(zhí)行時， 用程序中的相對地址加上基址寄存器中的基地址， 形 成一個絕對地址，并將相對地址與限長寄存器進行計算比較，檢查是否發(fā)生地址越界。2 2、存儲保護基址寄存器內(nèi)容 =絕對地址 =0s0 寸，S S 表示可使用的資源數(shù)或表示可使用資源的進程數(shù)；s=0s=0 寸，S S 表示無資源可供使用或表示不允許進程再進入臨界區(qū)；s0s0s0）,調(diào)用 P P （S S）后不會成為等待，進程可以使用資源。當(dāng)無資 源可使用或不允許使用資源時（S=0S0S0 時調(diào)用 V V （S S）后使可用的資源數(shù)加 1 1 或使可用資源的進程數(shù)加 1 1。當(dāng) s=0s=0 寸調(diào)用 V V（S S）后將釋放一個等待使用資源

17、者或釋放一個等待進入臨界區(qū)者實現(xiàn) 進程互斥時，用一個信號量與一組相關(guān)臨界區(qū)對應(yīng)，這些進程在同一個信號量上調(diào)用P P 操作和 V V 操作來實現(xiàn)互斥。實現(xiàn)進程同步時，每一個消息與一個信號量對應(yīng)，進程在不同信號量 上調(diào)用 P P 操作以測試自己需要的消息是否到達，在不同信號量上調(diào)用 V V 操作可把不同的消息發(fā)送出去。除 PVPV 操作同步機制外，其他的同步機制還有“管程” （monitormonitor ）和“忙時等待”等，有興趣的話可參閱其他書籍。進程可用信件來傳送大量信息， 一個進程可以發(fā)送一封信， 把信息告訴其他進程或請求 其他進程協(xié)助工作。 發(fā)送信件者必須在信件中指出信件送給誰 （或哪個

18、信箱） 以及所要的信 息（或信息存放地址）， 這樣才能使收信者收到信件和取道信息。信件的傳送要求依賴專門 的通信機制，通信機制由一些通信原語組成，其中sendsend 原語和 receivereceive 原語是最基本的通信原語。多線程技術(shù)是操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，它能提高計算機系統(tǒng)的性能。 重點內(nèi)容（一）進程的順序性和并發(fā)性1 1進程的順序性目前使用的計算機的基本特點是處理器順序執(zhí)行指令。 進程的順序性就是指進程在順序 處理器上的執(zhí)行是嚴(yán)格按序的。當(dāng)一個進程獨占處理器順序執(zhí)行時，具有封閉性和可再現(xiàn)性兩個特性。 封閉性是指進程執(zhí)行的結(jié)果只取決于進程本身， 不受外界影響。 可再現(xiàn)性是指當(dāng)進程重復(fù)執(zhí)行

19、時，必定獲得相同的結(jié)果。2 2進程的并發(fā)性 可同時執(zhí)行的進程是指這些進程執(zhí)行在時間上是重疊的，即一個進程的工作沒有全部 完成之前，另一個進程就可以開始工作。若系統(tǒng)中存在一組可同時執(zhí)行的進程， 則該組進程具有并發(fā)性， 可同時執(zhí)行的進程稱為 并發(fā)進程。3 3并發(fā)進程間的關(guān)系 并發(fā)進程間的關(guān)系可以是無關(guān)的， 也可以是有交互的。 并發(fā)進程間無關(guān)是指它們是各自 獨立的，即如果一個進程的執(zhí)行不影響其他進程的執(zhí)行，且與其他進程的進展情況無關(guān)；則 并發(fā)進程間有交互是指一個進程的執(zhí)行可能影響其他進程的執(zhí)行結(jié)果， 即一個進程的執(zhí)行依 賴其他進程的進展情況。有交互的并發(fā)進程一定共享某些資源。(二) 與時間有關(guān)的錯誤

20、 有交互的并發(fā)進程可能會同時使用共享資源， 如果對這種情況不加控制， 在使用共享資 源時會出錯。 典型的例子是由觀察者和報告者兩個進程管理交通路口的自動計數(shù)系統(tǒng)。 觀察 者識別卡車并計數(shù)，報告者定時把觀察者的計數(shù)值打印輸出，然后把計數(shù)值清 0 0。當(dāng)這兩個 進程并發(fā)執(zhí)行時，若報告者進程執(zhí)行時無卡車通過，則能正確統(tǒng)計某時間段內(nèi)的卡車數(shù)量； 若報告者進程執(zhí)行時有卡車通過，統(tǒng)計結(jié)果會產(chǎn)生錯誤。(三) 臨界區(qū)與 PVPV 操作1 1、 臨界區(qū) 臨界區(qū)是指并發(fā)進程中與共享變量有關(guān)的程序段。2 2、 相關(guān)臨界區(qū) 相關(guān)臨界區(qū)是指并發(fā)進程中涉及相同變量的那些臨界區(qū)。 只要若干并發(fā)進程的相關(guān)臨界區(qū)互斥執(zhí)行，就不

21、會造成與時間有關(guān)的錯誤。3 3、 管理相關(guān)臨界區(qū)的三點要求( 1 1)一次最多讓一個進程在臨界區(qū)執(zhí)行；( 2 2)任何一個進入臨界區(qū)執(zhí)行的進程必須在有限的時間內(nèi)退出臨界區(qū)；( 3 3)不能強迫一個進程無限地等待進入它的臨界區(qū)。4 4、 PVPV 操作P P 操作和 V V 操作是兩個在信號量上進行操作的過程，PVPV 操作就是由這兩個操作組成的。假設(shè)用 S S 表示信號量，用 P P ( S S)和 V V (S S)表示 P P、V V 操作。(1) P P( S S)的過程如下：S S 直減 1 1；若 S0,S=0,S=0,則當(dāng)前進程繼續(xù)執(zhí)行。(2) V V ( S S)的過程如下；S

22、S 直加 1 1 ；若 S=0,S0,S0,則當(dāng)前進程繼續(xù)進行。不可中斷的過程稱為原語，所以 P P 操作和 V V 操作也稱為 P P 操作原語和 V V 操作原語。5 5用 PVPV 操作管理臨界區(qū) 用一個信號與一組涉及共享變量的相關(guān)臨界區(qū)相對應(yīng)。信號量的初直定為1 1，任何一個進程進入臨界區(qū)前， 先調(diào)用 P P 操作，退出臨界區(qū)時調(diào)用 V V 操作，就能滿足管理相關(guān)臨界區(qū)的三 個要求。(四) 進程的互斥 進程的互斥是指當(dāng)有若干進程都要使用某一共享資源時， 任何時刻最多只允許一個進程去使用該資源，其他要使用它的進程必須等待，直到該資源的占用者釋放了該資源。實際上共享資源的互斥使用就是使得并

23、發(fā)進程互斥地進入臨界區(qū)。7.1進程的PV操作一、進程的順序性1 1、進程的順序性：是指進程在順序處理器上的執(zhí)行是嚴(yán)格按序的，即按照程序規(guī)定的 操作順序，只有在前一個操作結(jié)束后才能開始后繼操作。2 2、進程順序執(zhí)行的特性：（1 1）封閉性：進程執(zhí)行的結(jié)果只取決于進程本身，不受外界影響。也就是說，進程執(zhí) 行的結(jié)果與其執(zhí)行的速度無關(guān)。（2 2）可再現(xiàn)性：進程重復(fù)執(zhí)行時，必定獲得同樣的結(jié)果。二、進程的并發(fā)性1 1、并發(fā)性：在一個進程的工作沒有全部完成之前，另一個進程就可以開始工作，我們 說這些進程是可同時執(zhí)行的， 或稱它們具有并發(fā)性， 并且把可同時執(zhí)行的進程稱為并發(fā)進程。2 2、并發(fā)進程間的關(guān)系：（1

24、 1）無關(guān)：如果一個進程的執(zhí)行不影響其它進程的執(zhí)行結(jié)果，也不依賴其它進程的進 展情況，即它們是各自獨立的，則說這些進程相互之間是無關(guān)的。（2 2）有交互：如果一個進程的執(zhí)行要依賴其它進程的進展情況，或者可能會影響其它 進程的執(zhí)行結(jié)果， 則說這些進程相互之間是有交互的。 有交互的進程并發(fā)執(zhí)行時， 執(zhí)行結(jié)果 與其執(zhí)行的相對速度有關(guān)。 例如， 如果輸入進程尚未把一批數(shù)據(jù)全部讀入， 處理進程就對其 進行加工的話，那么其結(jié)果就會出錯。因而，進程的并發(fā)執(zhí)行會破壞“封閉性”和“可再現(xiàn) 性”。三、與時間有關(guān)的錯誤造成進程執(zhí)行不正確的因素是與進程占用處理器的時間、 執(zhí)行的速度以及外界的影響有 關(guān)。這些因素都與時

25、間有關(guān)，所以把它們稱為與時間有關(guān)的錯誤。0909 年 7 7 月解答題就考了本知識點四、臨界區(qū)與 PVPV 操作（一）臨界區(qū)1 1、臨界區(qū)：是指并發(fā)進程中與共享變量有關(guān)的程序段。2 2、相關(guān)臨界區(qū)：是指并發(fā)進程中涉及相同變量的那些臨界區(qū)。說明： 如果有進程在臨界區(qū)執(zhí)行時， 不讓另一個進程進入相關(guān)的臨界區(qū)執(zhí)行， 就不會形 成多個進程對相同的共享變量交叉訪問，于是就可避免出現(xiàn)與時間有關(guān)的錯誤。3 3、相關(guān)臨界區(qū)的管理要求：（ 1 1） 一次最多一個進程能夠進入臨界區(qū)。 當(dāng)有進程在臨界區(qū)執(zhí)行時， 其它想進入臨界 區(qū)執(zhí)行的進程必須等待。（2 2） 不能讓一個進程無限制地在臨界區(qū)執(zhí)行，即任何一個進入臨界

26、區(qū)的進程必須在有 限的時間內(nèi)退出臨界區(qū)。（3 3） 不能強迫一個進程無限制地等待進入它的臨界區(qū)，即有進程退出臨界區(qū)時應(yīng)讓一 個等待進入臨界區(qū)的進程進入它的臨界區(qū)執(zhí)行。（二）PVPV 操作（是不可中斷的過程，即原語）1 1、 P P 操作（占用資源的過程）：將信號量S S 減去 1 1，若結(jié)果小于 0 0 ,則把調(diào)用 P P（S S）的 進程置成等待信號量 S S 的狀態(tài)。2 2、 V V 操作（釋放資源的過程）：將信號量S S 加 1 1， 若結(jié)果不大于 0,0,則釋放一個等待信 號量 S S 的進程。（三）用 PVPV 操作管理臨界區(qū)P P （S S）； 臨界區(qū) CiCi ；V V（ S S

27、）；7.2進程的互斥一、 用 PVPV 操作實現(xiàn)進程的互斥進程的互斥： 是指當(dāng)有若干進程都要使用某一共享資源時， 任何時刻最多只允許一個進 程去使用該資源，其它要使用它的進程必須等待，直到該資源的占用者釋放了該資源。二、 讀者 / / 寫者問題1 1、共享文件：在計算機系統(tǒng)中，把可供多個進程使用的文件稱為共享文件。我們把想 讀文件信息的進程稱為讀者（讀進程），把想修改文件內(nèi)容的進程稱為寫者（寫進程）。2 2、共享文件的管理方式：（ 1 1）不允許多個進程同時使用共享文件： 這種管理方式限制了每次只有一個進程可以 使用文件。實際上這仍是一個互斥使用共享資源的問題。（ 2 2）允許多個進程同時使用

28、共享文件。要注意使用規(guī)則。7.3進程的同步一、協(xié)作1 1、 進程 A A 把一個記錄存入緩沖區(qū)后，應(yīng)向進程B B 發(fā)送“緩沖區(qū)中有等待處理的記錄”的 消息。2 2、 進程 B B 從緩沖區(qū)取出一個記錄后， 應(yīng)向進程 A A 發(fā)送“緩沖區(qū)中的記錄已取走”的消息。3 3、進程 A A 只有在得到進程 B B 發(fā)送來的“緩沖區(qū)中的記錄已取走”的消息后，才能把下一 個記錄存入緩沖區(qū)，否則進程 A A 等待，直到消息到達。4 4、進程 B B 只有在得到進程 A A 發(fā)送來的“緩沖區(qū)中有等待處理的記錄”的消息后，才能從緩沖區(qū)中取出記錄并加工，否則進程B B 等待，直到消息到達。二、用 PVPV 操作實現(xiàn)

29、進程的同步，0707 年 4 4 月綜合體就考了本知識點1 1、進程的同步： 是指并發(fā)進程之間存在一種制約關(guān)系， 一個進程的執(zhí)行依賴另一個進 程的消息，當(dāng)一個進程沒有得到另一個進程的消息時應(yīng)等待，直到消息到達才被喚醒。2 2、同步機制：要實現(xiàn)進程的同步就必須提供一種機制，這種機制應(yīng)能把其它進程所需 的消息發(fā)送出去， 也能測試自己需要的消息是否到達。 把能實現(xiàn)進程同步的機制稱為同步機 制。3 3、同步與互斥概括： 進程的同步與進程的互斥都涉及到并發(fā)進程訪問共享資源的問題。 從進程互斥和進程同步的討論中， 我們看到，進程的互斥實際上是進程同步的一種特殊情況。 實現(xiàn)進程互斥時用 P P 操作測試是否

30、可以使用共享資源，這相當(dāng)于測試“資源可使用”的消 息是否到達；用 V V 操作歸還共享資源，這相當(dāng)于發(fā)送了“共享資源已空閑”的消息。因此 互斥使用資源的進程之間實際上也存在一個進程等待另一個進程發(fā)送消息的制約關(guān)系。所 以，經(jīng)常把進程的互斥與進程的同步統(tǒng)稱為進程的同步， 把用來解決進程互斥與進程同步的 機制（如 PVPV 操作）統(tǒng)稱為同步機制。4 4、同步與互斥的混合問題： 若一組涉及共享資源的并發(fā)進程執(zhí)行時不僅要等待指定的 消息到達，而且還必須考慮資源的互斥使用， 那么，就既要實現(xiàn)進程的同步，又要實現(xiàn)進程 的互斥。這樣一類問題就是同步與互斥的混合問題。7.4死 鎖內(nèi)容概要 本節(jié)主要介紹了死鎖的

31、基本概念以及對解決死鎖的幾種方法。主要包括： 若系統(tǒng)中存在一組進程， 它們中的每一個進程都占用了某種資源而又都在等待其中另一 個進程所占用的資源，這種等待永遠(yuǎn)不能結(jié)束，則說系統(tǒng)出現(xiàn)了“死鎖”。死鎖是由于進程競爭互斥使用資源且又互不相讓形成的， 所以，系統(tǒng)中形成死鎖一定同 時保持了 4 4 個必要條件， 即互斥使用資源、 占用并等待資源、 不可搶奪資源和循環(huán)等待資源。 但要注意這是死鎖的必要條件，而不是充分條件。解決死鎖問題可以有 3 3 種方式：（1 1）死鎖的防止。預(yù)先確定一些資源分配策略，進程按規(guī)定申請資源，系統(tǒng)按預(yù)定的 策略進行分配，這些功能策略均能使死鎖的4 4 個必要條件中的一個條件

32、不成立，從而使系統(tǒng)不發(fā)生死鎖。（2 2）死鎖的避免。當(dāng)進程提出資源申請時，系統(tǒng)動態(tài)測試資源分配情況，僅當(dāng)能確保 系統(tǒng)安全時才把資源分配給進程， 銀行家算法雖然很保守， 但它可保證系統(tǒng)時時刻刻都處于 安全狀態(tài)。（3 3）死鎖的檢測。多資源的申請和分配不加限制，只要有剩余的資源就可把資源分配 給申請者，這樣就可能出現(xiàn)死鎖，于是系統(tǒng)要定時運行一個“死鎖檢測程序”，若檢測時沒 有發(fā)現(xiàn)死鎖則系統(tǒng)可繼續(xù)工作；若檢測時發(fā)現(xiàn)有死鎖則必須先解除死鎖再繼續(xù)工作。在一個實際的操作系統(tǒng)中要兼顧資源的使用效率和安全可靠， 對不同的資源可以采用不 不同的分配策略， 往往采用死鎖的防止、 避免和檢測的混合策略， 以使整個系

33、統(tǒng)能處于安全 狀態(tài)不出現(xiàn)死鎖?？记榉治?.4.1死鎖的形成1 1、死鎖概念：若系統(tǒng)中存在一組進程（兩個或多個），它們中每個進程都占用了某種資源， 又都在等待已被該組進程中的其它進程占用的資源， 如果這種等待永遠(yuǎn)不能結(jié)束， 則 說系統(tǒng)出現(xiàn)了死鎖，或者說這組進程處于死鎖狀態(tài)。2 2、死鎖的形成： （1 1）與進程對資源的需求有關(guān)； （ 2 2）與進程的執(zhí)行速度有關(guān)；（3 3）與資源的分配策略有關(guān)。7.4.2死鎖的防止一、死鎖的必要條件：（即死鎖產(chǎn)生一定會成立的條件） 1 1、互斥地使用資源：每個資源每次只能給一個進程使用。 2 2、占有且等待資源：一個進程占有了某些資源后又申請新資源而得不到滿足時

34、，處于 等待資源的狀態(tài)，且不釋放已占資源。3 3、不可搶奪資源：任何一個進程不能搶奪另一個進程所占的資源。4 4、循環(huán)等待資源：相互等待已被其它進程占用的資源。必要條件說明： 以上四個條件僅僅是必要條件而不是充分條件， 即只要發(fā)生死鎖， 則這 四個條件一定同時成立， 如果其中的一個或幾個條件不成立， 則一定沒有死鎖。 但反之不然， 即若這四個條件同時成立，系統(tǒng)未必就有死鎖存在。二、互斥條件 要使互斥使用資源的條件不成立， 唯一的辦法是允許進程共享資源。 但部分硬件設(shè)備的 物理特性是改變不了的，所以要想破壞“互斥使用資源”這個條件經(jīng)常是行不通的。三、占有并等待條件 1 1、靜態(tài)分配資源：是指進程

35、必須在開始執(zhí)行前就申請自己所要的全部資源，僅當(dāng)系統(tǒng)能滿足進程的全部資源申請要求且把資源分配給進程后，該進程才開始執(zhí)行。 2 2、釋放已占資源：僅當(dāng)進程沒有占用資源時，才允許它去申請資源。因此，如果進程 已經(jīng)占用了某些資源而又要再申請資源，那么按此策略的要求， 它應(yīng)先歸還所占的資源， 歸 還后才允許申請新資源。 （如進程要占用磁帶機，又要申請打印機， 可以先啟動磁帶機工作， 完成后先釋放磁帶機再申請打印機。 由于申請者是在歸還資源后才申請新資源， 故不會出現(xiàn) 占有了部分資源再等待其它資源的現(xiàn)象。)四、不可搶奪條件為了使這個條件不成立， 我們可以約定如下： 如果一個進程已占有了某些資源又要申請 新

36、資源R,R,而 R R 已被另一進程 P P 占用因而必須等待時，則系統(tǒng)可以搶奪進程P P 已占用的資源 R Ro具體做法如下：(1) 若進程 A A 申請的資源 R R 尚未被占用，則系統(tǒng)可把資源 R R 分配給進程 A Ao(2) 若進程 A A 申請的資源 R R 已被進程 B B 占用，則查看進程 B B 的狀態(tài)。如果進程 B B 處于等待另 一個資源的狀態(tài)，那么就搶奪進程 B B 已占的資源 R,R,并把 R R 分配給進程 A A,適當(dāng)?shù)臅r候再把 R R 歸 還給進程 B B使用；否則讓進程 A A 處于等待資源 R R 的狀態(tài)。(3) 一個等待資源的進程只有在得到自己所申請的新資

37、源和所有被其它進程搶奪去的 老資源后，才能繼續(xù)執(zhí)行。四、循環(huán)等待條件對資源采用按序分配的策略可使循環(huán)等待資源的條件不成立。 按序分配資源是指對系統(tǒng) 中所有資源排一個順序， 對每一個資源給出一個確定的編號， 規(guī)定任何一個進程申請兩個以 上資源時，總是先申請編號小的資源，再申請編號大的資源。7.4.3死鎖的避免一、 安全狀態(tài)1 1、 安全狀態(tài)概念：如果操作系統(tǒng)能保證所有的進程在有限的時間內(nèi)得到需要的全部資源，則稱系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，否則說系統(tǒng)是不安全的。顯然，處于安全狀態(tài)的系統(tǒng)不會發(fā)生死鎖，而處于不安全狀態(tài)的系統(tǒng)可能會發(fā)生死鎖。2 2、 資源分配算法：在分配資源時，只要系統(tǒng)能保持處于安全狀態(tài)，就可避

38、免死鎖的發(fā)生。故每當(dāng)有進程提出分配資源的請求時，系統(tǒng)應(yīng)分析各進程已占資源數(shù)、尚需資源數(shù)和系統(tǒng)中可以分配的剩余資源數(shù)，確定是否處于安全狀態(tài)。如果分配后系統(tǒng)仍然能維持安全狀態(tài)， 則可為該進程分配資源， 否則就暫不為申請者分配資源， 直到其它進程歸還資源后再考慮它 的分配問題。二、 銀行家算法( 0707 年綜合體考查了本知識點)1 1、當(dāng)一個用戶對資金的最大需求量不超過銀行家現(xiàn)有的資金時，就可接納該用戶；2 2、用戶可以分期貸款，但貸款總數(shù)不能超過最大需求量；3 3、當(dāng)銀行家現(xiàn)有的資金不能滿足用戶的尚需貸款數(shù)時，可以推遲支付，但總能使用戶 在有限的時間里得到貸款；4 4、當(dāng)用戶得到所需的全部資金后

39、，一定能在有限時間里歸還所有的資金。7.4.5死鎖的檢測一、死鎖的檢測方法1 1、每類資源中只有一個資源：如果每類資源中只有一個資源，則可以設(shè)置兩張表格來記錄進程使用和等待資源的情況。一張為占用表，記錄進程占用資源的情況。另一張為等待表，記錄進程正在等待資源的情況。任一進程申請資源時，若該資源空閑， 則把該資源分配給申請者， 且在占用表中登記， 否則把申請者登入等待表中。 死鎖檢測程序 定時地檢測這兩張表。如果發(fā)現(xiàn)有循環(huán)等待資源的進程，則表明有死鎖出現(xiàn)。2 2、資源類中含有若干個資源：(1) 初始檢測：找出資源已經(jīng)滿足的進程，即不再申請資源的進程。若有這樣的進程，則它們一定能在有限的時間內(nèi)執(zhí)行結(jié)束，且歸還所占的資源。 所以可以把它們所占的資源與系統(tǒng)中還剩余的資源加在一起作為可分配的資源，同時對這些進程置上標(biāo)志。(2) 循環(huán)檢測：檢測所有無標(biāo)志的進程，找出一個尚需資源量不超過系統(tǒng)中的可分配資源量的進程。若能找到，則只要把資源分配給該進程， 就一定能在有限時間內(nèi)收回它所占 的全部資源。故可把該進程已占的資源添加到可分配的資源中，同