1、操作系統(tǒng)的主要功能從資源管理觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)具有五大功能：處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理處理機(jī)管理主要任務(wù)：是對(duì)處理機(jī)的分配和運(yùn)行實(shí)施有效管理。對(duì)處理機(jī)管理，可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理。進(jìn)程管理的主要功能進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。方式是使諸進(jìn)程以互斥方式訪問臨界資源。度加以協(xié)調(diào)。這種進(jìn)程間所進(jìn)行的信息交換稱為進(jìn)程通信。之投入運(yùn)行。存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù):為多道程序的并發(fā)運(yùn)行提供良好環(huán)境；便于用戶使用存儲(chǔ)器；提高存儲(chǔ)器的利用率；為盡量多的用戶提供足夠大的存儲(chǔ)空間。存儲(chǔ)器管理的功能此，為每道程序分配內(nèi)存是存儲(chǔ)器管理的最基本功能。亂了其它程序，尤其應(yīng)防止用戶程序侵犯操作系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)?？臻g的分配

2、細(xì)節(jié)，從而為用戶編程提供了方便。要求量遠(yuǎn)比物理內(nèi)存大得多得作業(yè)，或讓更多得作業(yè)并發(fā)執(zhí)行。設(shè)備管理設(shè)備管理的主要任務(wù):I/OI/OCPUI/O改善人機(jī)界面。設(shè)備管理程序應(yīng)具有的功能緩沖管理：幾乎所有的外圍設(shè)備于處理機(jī)交換信息時(shí)，都要利用緩沖來緩和CPU 和I/OCPUCPUI/O并將未獲得所需設(shè)備的進(jìn)程放進(jìn)相應(yīng)設(shè)備的等待隊(duì)列。設(shè)備處理：?jiǎn)?dòng)指定的I/O 設(shè)備，完成用戶規(guī)定的I/O斷請(qǐng)求進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，根據(jù)中斷類型進(jìn)行相應(yīng)的處理。的執(zhí)行過程?？墒姑總€(gè)用戶都感覺到自己在獨(dú)占該設(shè)備。文件管理文件存儲(chǔ)空間的管理目錄管理文件讀、寫管理文件保護(hù)向用戶提供接口作業(yè)管理作業(yè)管理的主要任務(wù):是根據(jù)系統(tǒng)條件和用戶需要

3、，對(duì)作業(yè)的運(yùn)行進(jìn)行合理的組織、調(diào) 度及相應(yīng)的控制。 2）作業(yè)隊(duì)列中選出一批作業(yè)，為它們分配所需的 I/O 設(shè)備和存儲(chǔ)空間，將它們調(diào)入內(nèi)存并為之建立相應(yīng)的進(jìn)程，使之成為具有獲得處理機(jī)資格的侯選進(jìn)程。 3）過某種形式向系統(tǒng)發(fā)出各種命令，以對(duì)自己的作業(yè)進(jìn)行控制和管理。 進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件的條件相互轉(zhuǎn)換：就緒 - 運(yùn)行調(diào)度程序選擇一個(gè)新的進(jìn)程運(yùn)行運(yùn)行 - 就緒運(yùn)行進(jìn)程用完了時(shí)間片運(yùn)行進(jìn)程被中斷，因?yàn)橐桓邇?yōu)先級(jí)進(jìn)程處于就緒狀態(tài)運(yùn)行 - 等待當(dāng)一進(jìn)程必須等待時(shí)OS對(duì)一資源的訪問尚不能進(jìn)行I/O 且必須等待結(jié)果(IPC)等待 - 就緒當(dāng)所等待的事件發(fā)生時(shí)其他狀態(tài)創(chuàng)建狀態(tài)終止?fàn)顟B(tài)掛起狀態(tài)（調(diào)節(jié)負(fù)載，對(duì)換，父進(jìn)程

4、，操作系統(tǒng)，終端用戶）創(chuàng)建( 新 new)狀態(tài)OS 已完成為創(chuàng)建一進(jìn)程所必要的工作已構(gòu)造了進(jìn)程標(biāo)識(shí)符已創(chuàng)建了管理進(jìn)程所需的表格因?yàn)橘Y源有限終止（退出 exit)狀態(tài)中止后進(jìn)程移入該狀態(tài)它不再有執(zhí)行資格表格和其它信息暫時(shí)由輔助程序保留例子: 為處理用戶帳單而累計(jì)資源使用情況的財(cái)務(wù)程序五狀態(tài)進(jìn)程模型七狀態(tài)進(jìn)程模型阻塞 -阻塞掛起當(dāng)所有進(jìn)程都阻塞，OS阻塞掛起 - 就緒掛起當(dāng)?shù)却氖录l(fā)生時(shí) (狀態(tài)信息已在OS就緒掛起-就緒當(dāng)內(nèi)存中沒有就緒進(jìn)程時(shí)當(dāng)沒有被阻塞的進(jìn)程，而為了性能上的考慮，必須釋放一些內(nèi)存時(shí)進(jìn)程控制塊（PCB）系統(tǒng)為了管理進(jìn)程設(shè)置的一個(gè)專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放了用于描述該進(jìn)程情況和控制進(jìn)程運(yùn)

5、行所需的全部信息。PCBPCBPCB進(jìn)程控制塊的內(nèi)容進(jìn)程標(biāo)識(shí)符：標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程的編號(hào)，也稱為進(jìn)程的內(nèi)部名；現(xiàn)性狀態(tài)：說明進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)；現(xiàn)場(chǎng)保留區(qū)：保存進(jìn)程由執(zhí)行狀態(tài)變?yōu)槠渌鼱顟B(tài)時(shí)的CPU程序與數(shù)據(jù)地址：該進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)所在位置信息；互斥與同步機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間互斥與同步時(shí)所必須的機(jī)構(gòu)；進(jìn)程通信機(jī)制：用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；優(yōu)先級(jí)：表示進(jìn)程使用CPU資源清單：列出進(jìn)程擁有的資源的記錄；連接字：給出本進(jìn)程所在隊(duì)列中的下一個(gè)進(jìn)程的PCB家族聯(lián)系：用于說明本進(jìn)程與其它家族成員間的關(guān)系。進(jìn)程映象 (進(jìn)程要素)用戶程序用戶數(shù)據(jù)棧用于過程調(diào)用和參數(shù)傳遞PCB進(jìn)程標(biāo)識(shí)符信息處理器狀態(tài)信息進(jìn)程控制信

6、息進(jìn)程控制塊的組織方式為了有效地對(duì)進(jìn)程控制塊進(jìn)行管理，應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)姆绞桨阉鼈兘M織起來。目前常用的組織方式有以下兩種：PCB不同狀態(tài)進(jìn)程分別組成隊(duì)列運(yùn)行隊(duì)列、就緒隊(duì)列、等待隊(duì)列PCB (表)對(duì)具有相同狀態(tài)的進(jìn)程，分別設(shè)置各自的PCB 索引表，表明PCB 在 PCB 表中的地址（其他方式：線性表或鏈表）為什么要線程的引入到限制信號(hào)量的物理含義：S0P位的資源；當(dāng)S0S 的絕對(duì)值表示信號(hào)量SVS0 表示有 S 個(gè)資源可用S=0 表示無資源可用S0 則| S |表示 S 等待隊(duì)列中的進(jìn)程個(gè)數(shù)P(S):表示申請(qǐng)一個(gè)資源V(S)表示釋放一個(gè)資源。信號(hào)量的初值應(yīng)該大于等于 0處理機(jī)調(diào)度的基本概念在多道程環(huán)

7、境下，進(jìn)程數(shù)目往往多于處理機(jī)數(shù)目，致使它們爭(zhēng)用處理機(jī)。這就要求系統(tǒng)能按某種算法，動(dòng)態(tài)地把處理機(jī)分配給就緒隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程，使之執(zhí)行。分配處理機(jī)的任務(wù)是由進(jìn)程調(diào)度程序完成的。它是操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心問題之一。分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別。各有什么特點(diǎn)？各自采用什么調(diào)度算法？ 分時(shí)系統(tǒng):時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法實(shí)時(shí)系統(tǒng):在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,硬實(shí)時(shí)任務(wù)和軟實(shí)時(shí)任務(wù)都聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間. 1)非搶占式調(diào)度算法 :非搶占式輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法非搶占式優(yōu)先調(diào)度算法搶占式調(diào)度算法:基于時(shí)鐘中斷的搶占優(yōu)先調(diào)度算法立即搶占優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法。周轉(zhuǎn)時(shí)間：作業(yè)從提交到完成（得到結(jié)果）所經(jīng)歷的時(shí)間。包括：在收容隊(duì)列中等待，CPU 上執(zhí)行，就緒隊(duì)列

8、和阻塞隊(duì)列中等待，結(jié)果輸出等待響應(yīng)比: (等待時(shí)間+要求服務(wù)時(shí)間)/要求服務(wù)時(shí)間產(chǎn)生死鎖的原因競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)資源進(jìn)程的推進(jìn)順序不當(dāng)產(chǎn)生死鎖的必要條件互斥條件（資源獨(dú)占）請(qǐng)求和保持條件（部分分配，占有申請(qǐng)）不剝奪條件（不可強(qiáng)占）環(huán)路等待條件。預(yù)防死鎖的方法破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件之一資源一次性分配；(破壞請(qǐng)求和保持條件)死鎖避免死鎖避免定義:在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，對(duì)進(jìn)程發(fā)出的每一個(gè)系統(tǒng)能夠滿足的資源申請(qǐng) 則不予分配，否則予以分配。得較滿意得系統(tǒng)性能來避免死鎖。法。死鎖的解除重要的是以最小的代價(jià)恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行。方法如下：重新啟動(dòng)撤消進(jìn)程剝奪資源進(jìn)程回退虛擬存儲(chǔ)器的基本思想是：程序、數(shù)據(jù)、堆棧的大小可以超過

9、內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)把程序當(dāng)前使用的部分保留在內(nèi) 多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬存儲(chǔ)器擬存儲(chǔ)器就是一個(gè)地址空間，且具有比實(shí)存大得多的容量。對(duì)用戶：指令地址部分所限定的比實(shí)存大得多的地址實(shí)間。對(duì)系統(tǒng)：借助于各種表格機(jī)構(gòu)，體現(xiàn)虛擬實(shí)間。虛擬存儲(chǔ)器的容量一個(gè)虛擬存儲(chǔ)器的最大容量是由計(jì)算機(jī)的地址結(jié)構(gòu)確定的。如：若CPU 的有效地址320(232)-1 ，即虛存容量為 4GB。和所確定。頁面置換算法當(dāng)要放一頁面到全滿的主存塊時(shí)，系統(tǒng)需淘汰一頁。用來選取淘汰哪一頁的規(guī)則，叫置換算法。最佳置換算法先進(jìn)先出置換算法最近最久未用置換算法LRU（NRU最佳置換算法Belady1966算法，通?？杀ＷC獲得最低的缺頁率。先進(jìn)先

10、出(FIFO)頁面置換算法置換時(shí) 選擇在內(nèi)存中駐留時(shí)間最長的頁并淘汰之最近最久未使用(LRU)置換算法選擇最后一次訪問時(shí)間距離當(dāng)前時(shí)間最長的一頁并淘汰之。即淘汰沒有使用的時(shí)間最長的頁。實(shí)現(xiàn)代價(jià)很高（時(shí)間戳或硬件方法）LRU 置換算法的硬件支持寄存器為了記錄某進(jìn)程在內(nèi)存中各頁的使用情況，須為每個(gè)在內(nèi)存中的頁面配置一個(gè)位寄存器，可表示為 : R=R R R RRRn-1 n-2 n-32 1 0棧改進(jìn)型 Clock 置換算法由訪問位 A 和修改位 M 可以組合成下面四種類型的頁面：類(A=0, M=0): 表示該頁最近既未被訪問， 又未被修改， 是最佳淘汰頁。類(A=0, M=1)： 表示該頁最近

11、未被訪問， 但已被修改， 并不是很好的淘汰頁。類(A=1, M=0)： 最近已被訪問， 但未被修改， 該頁有可能再被訪問。類(A=1, M=1):其執(zhí)行過程可分成以下三步：A=0M=0面， 將所遇到的第一個(gè)頁面作為所選中的淘汰頁。 在第一次掃描期間不改變?cè)L問位A。如果第一步失敗，即查找一周后未遇到第一類頁面， 則開始第二輪掃描，尋A=0M=10。將所有的訪問位復(fù) 0。 然后重復(fù)第一步，如果仍失敗，必要時(shí)再重復(fù)第二步，此時(shí)就一定能找到被淘汰的頁。其它置換算法最少使用(LFU： Least Frequently Used)置換算法頁面緩沖算法(PBA： Page Buffering Algorit

12、hm)與設(shè)備無關(guān)性（設(shè)備獨(dú)立性）用戶在編制程序時(shí)，使用邏輯設(shè)備名，由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的轉(zhuǎn)換用戶能獨(dú)立于具體物理設(shè)備而方便的使用設(shè)備分配給一個(gè)申請(qǐng)進(jìn)程引入緩沖技術(shù)CPUI/OCPUCPUCPUI/O磁盤查找算法(First-Come, First Served) FCFSSSTF(Shortest Seek Time 3.掃描(SCAN)算法優(yōu)先考慮磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向,在移動(dòng)方向上沒有更外的的磁道需要訪問時(shí),才輚換磁臂的移動(dòng)方向循環(huán)掃描(CSCAN)算法磁頭單向移動(dòng),當(dāng)磁頭到最外的磁首并訪問後,磁頭立即返回到最里的欲訪問的磁道.N-Step-SCANFSCANNSCANNFCFSSCAN 算法，對(duì)一個(gè)隊(duì)列處理完后，再處理其他隊(duì)列FSCANFSCANI/O的隊(duì)列，由磁盤調(diào)度按SCAN虛擬設(shè)備概念工作的設(shè)備改造成若干臺(tái)虛擬的同類設(shè)備的技術(shù)。即通過高速共享設(shè)備來模擬獨(dú)占型設(shè)備 的動(dòng)作，將其改造為共享設(shè)備提高設(shè)備利用率和系統(tǒng)的效率的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的必要條件:Spooling 系統(tǒng)加快目錄檢索的方法指定當(dāng)前目錄，使查找操作從當(dāng)前目錄開始往下進(jìn)行，縮小了搜索范圍。建立活動(dòng)（或打開）文件表，使查找操作不必在磁盤上進(jìn)行，而是在內(nèi)存中進(jìn)行。位示圖用來反映磁盤文件存儲(chǔ)器存儲(chǔ)塊的使用情況，故又稱盤圖。它由若