..計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，是能有效地組織和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，控制程序的執(zhí)行，并向用戶提供各種效勞功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效地使用計(jì)算機(jī)，并使整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行的一組程序模塊的集合。操作系統(tǒng)的作用：管理系統(tǒng)中的各種資源，包括硬件資源和軟件資源；為用戶提供良好的界面。多道批處理系統(tǒng)(60年代)概念：為了提高系統(tǒng)吞吐量和資源利用率,允許多個程序同時駐留存,使處理機(jī)在這些程序之間切換。在一段時間,執(zhí)行完多個程序的處理技術(shù)稱為多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。在多道批處理系統(tǒng)中，用戶提交的作業(yè)首先存放在外存,并排成一個隊(duì)列，稱為"后備隊(duì)列〞，然后,由作業(yè)調(diào)度程序按照一定的算法從該隊(duì)列中一次選取一個或假設(shè)干個作業(yè)裝入存執(zhí)行，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高；系統(tǒng)吞吐量大。缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時間長；無交互能力。操作系統(tǒng)的根本特性并發(fā)性：兩個或多個事件在同一時間間隔發(fā)生；〔并行性:兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生〕共享性虛擬性：通過某種技術(shù)把一個物理實(shí)體變?yōu)榧僭O(shè)干個邏輯上的對應(yīng)物。異步性(不確定性)操作系統(tǒng)的主要功能〔5個〕：從資源管理的角度看，處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理和文件管理從用戶的角度看，為方便用戶使用操作系統(tǒng)，還需要提供用戶接口程序順序執(zhí)行〔單道批處理〕的特征：順序性、封閉性、可再現(xiàn)性程序并發(fā)執(zhí)行的特征：連續(xù)性：程序執(zhí)行的相互制約將導(dǎo)致并發(fā)程序具有"執(zhí)行—暫停執(zhí)行—執(zhí)行〞這種連續(xù)性的活動規(guī)律。失去封閉性：因多個程序共享系統(tǒng)中的資源，所以某程序在執(zhí)行時必然會受到其他程序的影響。結(jié)果的不可再現(xiàn)性:由于失去了封閉性，也將導(dǎo)致失去其可再現(xiàn)性。進(jìn)程☆☆☆定義：進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)展資源分配和調(diào)度的一個獨(dú)立單位構(gòu)造特征：進(jìn)程實(shí)體=程序段+數(shù)據(jù)段+進(jìn)程控制塊動態(tài)性〔根本特征〕、并發(fā)性、獨(dú)立性、異步性進(jìn)程控制塊〔PCB〕進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。操作系統(tǒng)是根據(jù)進(jìn)程控制塊〔PCB〕來對并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)展控制和管理的。PCB是常駐存的。操作系統(tǒng)開辟PCB區(qū)將所有的PCB組織成假設(shè)干個鏈表或隊(duì)列。兩種組織方式：方式、索引方式程序與進(jìn)程的區(qū)別與聯(lián)系〔1〕進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，是一個動態(tài)的概念，程序是一個靜態(tài)的概念?！脖举|(zhì)〕〔2〕進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)展資源分配和調(diào)度的一個獨(dú)立單位，程序那么不是?！?〕程序可以作為一種軟件資源長期保存，而進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，它是臨時的，有生命期的?！?〕進(jìn)程是具有構(gòu)造的。進(jìn)程的三種根本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換〔1〕就緒→執(zhí)行狀態(tài)處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程，當(dāng)進(jìn)程調(diào)度為之分配了處理機(jī)后?！?〕執(zhí)行→阻塞狀態(tài)正在執(zhí)行的進(jìn)程因發(fā)生某種事件而無法執(zhí)行.〔3〕執(zhí)行→就緒狀態(tài)正在執(zhí)行的進(jìn)程如因時間片用完或一個優(yōu)先權(quán)高的進(jìn)程到來而被暫停執(zhí)行.〔4〕阻塞→就緒狀態(tài)處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程，其等待的事件已經(jīng)發(fā)生。原語定義由假設(shè)干條指令組成的，用于完成一定功能的一個過程。原子性：執(zhí)行時不可中斷。要么全都執(zhí)行，要么全都不執(zhí)行。進(jìn)程同步☆☆☆主要任務(wù)：對多個相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上進(jìn)展協(xié)調(diào)，以使并發(fā)執(zhí)行的諸進(jìn)程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。兩種形式的制約關(guān)系：間接相互制約關(guān)系資源共享關(guān)系—進(jìn)程互斥保證諸進(jìn)程能互斥地訪問臨界資源〔打印機(jī)、輸入機(jī)、磁帶機(jī)；共享變量、共享數(shù)據(jù)構(gòu)造等〕。直接相互制約關(guān)系相互合作關(guān)系—進(jìn)程同步保證相互合作的諸進(jìn)程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)，不會出現(xiàn)與時間有關(guān)的過失。信號量物理含義:信號量中的整型變量value表示系統(tǒng)中某類資源的數(shù)目。當(dāng)S.value>0時，表示系統(tǒng)中當(dāng)前可用資源的數(shù)目；當(dāng)S.value=0時，表示系統(tǒng)中當(dāng)前無可用資源，無等待進(jìn)程；當(dāng)S.value<0時，其絕對值表示系統(tǒng)中因請求該類資源而被阻塞的進(jìn)程數(shù)目。利用信號量解決進(jìn)程同步問題在進(jìn)程互斥問題中，P、V操作是配對出現(xiàn)的，對同一個信號量的P、V操作同時出現(xiàn)在每一個進(jìn)程的程序里。而在進(jìn)程同步問題中，P、V操作也都是配對出現(xiàn)的，但對同一個信號量的P、V操作卻不是同時出現(xiàn)在每一個進(jìn)程的程序里，而是分別出現(xiàn)在一個進(jìn)程和它的合作伙伴的代碼中。例：利用信號量解決吃水果問題..voidfather()//父親進(jìn)程{while(1){P(S_Plate);往盤子中放入一個蘋果；V(S_Apple);}}voidson()//兒子進(jìn)程{while(1){P(S_Orange);從盤中取出一個桔子；V(S_Plate);吃桔子；}}voidmother()//母親進(jìn)程{while(1){P(S_Plate);往盤子中放入一個桔子；V(S_Orange);}}voiddaughter()//女兒進(jìn)程{while(1){P(S_Apple);從盤中取出一個蘋果；V(S_Plate);吃蘋果；}}..處理機(jī)調(diào)度定義：對CPU資源進(jìn)展合理的分配使用，以提高處理機(jī)利用率，并使各用戶公平地得到處理機(jī)資源。高級調(diào)度‘分鐘、小時或天’外存上處于后備隊(duì)列中作業(yè)調(diào)入存，并為他們創(chuàng)立進(jìn)程低級調(diào)度‘毫秒級’調(diào)度的對象是進(jìn)程獲得CPU，然后由分配程序把處理機(jī)分配給它中級調(diào)度暫時不能運(yùn)行的進(jìn)程調(diào)至外存上去等待調(diào)度算法☆☆☆周轉(zhuǎn)時間Ti=完成時間-提交時間〔到達(dá)時間〕=等待時間+效勞時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間:作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間T與系統(tǒng)為它提供效勞的時間TS之比，即W=T/TS先來先效勞〔FCFS〕——最簡單的調(diào)度算法短作業(yè)優(yōu)先〔SJF〕時間片輪轉(zhuǎn)算法實(shí)時調(diào)度那么可調(diào)度〔m個周期性的硬實(shí)時任務(wù)，處理時間為Ci，周期時間為Pi〕不可調(diào)度的解決的方法1采用單處理機(jī)系統(tǒng)，但須增強(qiáng)其處理能力，以顯著地減少對每一個任務(wù)的處理時間；2采用多處理機(jī)系統(tǒng)。假定系統(tǒng)中的處理機(jī)數(shù)為N，那么應(yīng)將上述的限制條件改為：≤N.死鎖☆☆☆產(chǎn)生死鎖的原因:競爭資源〔競爭非剝奪性資源引起進(jìn)程死鎖；競爭臨時性資源引起進(jìn)程死鎖〕;進(jìn)程間推進(jìn)順序非法產(chǎn)生死鎖的四個必要條件1.互斥條件進(jìn)程對所分配到的資源進(jìn)展排它性使用，即在一段時間某資源只由一個進(jìn)程占用。2.請求和保持條件進(jìn)程已經(jīng)至少保持了一個資源,但又提出了新的資源請求,而該資源又已被其他進(jìn)程占有。3.不剝奪條件進(jìn)程已獲得的資源在未使用完之前不能被剝奪。4.環(huán)路等待條件在發(fā)生死鎖時,必然存在一個進(jìn)程--資源的環(huán)形鏈。處理死鎖的根本方法(1)預(yù)防死鎖(2)防止死鎖。(3)檢測死鎖。(4)解除死鎖。銀行家算法請求資源①Request1(1,0,2)≤Need1(1,2,2)②Request1(1,0,2)≤Available(3,3,2)程序的裝入和固定分區(qū)分配將存用戶空間劃分成假設(shè)干固定的區(qū)域，每個區(qū)域只裝入一道作業(yè)?？蛇\(yùn)行多道程序。特點(diǎn)：簡單，有碎片〔部碎片〕。外部碎片和部碎片部碎片是已經(jīng)被分配出去的的存空間大于請求所需的存空間。外部碎片是指還沒有分配出去，但是由于大小太小而無法分配給申請空間的新進(jìn)程的存空間空閑塊。固定分區(qū)存在部碎片，可變式分區(qū)分配會存在外部碎片。分區(qū)分配算法..Ⅰ、首次適應(yīng)算法Ⅱ、循環(huán)首次適應(yīng)算法..Ⅲ、最正確適應(yīng)算法Ⅳ、最壞適應(yīng)算法..Ⅴ、快速適應(yīng)算法空閑分區(qū)按容量大小分類，設(shè)置一個管理索引表優(yōu)點(diǎn)：一個分區(qū)只屬于一個進(jìn)程，不分割分區(qū)，不產(chǎn)生碎片。缺點(diǎn)；為進(jìn)程分配的分區(qū)可能有浪費(fèi)現(xiàn)象。頁面與頁表分頁機(jī)制中的地址構(gòu)造：地址長度為32位：其中0-11位為頁地址，即每頁的大小為4KB；12-31位為頁號，地址空間最多允許有1M個頁。舉例：設(shè)某數(shù)據(jù)的邏輯地址為3795，頁面大小為1K，根據(jù)頁表信息，計(jì)算相應(yīng)的物理地址。解：頁號：3795整除1024=3，頁地址：3795mod1024=723物理地址：11×1024+723=11987分段邏輯地址是由段號〔段名〕和段地址組成分頁和分段的主要區(qū)別1、頁是信息的物理單位，分頁是為實(shí)現(xiàn)離散分配方式，以消減存的外零頭，提高存的利用率?；蛘哒f，分頁僅僅是由于系統(tǒng)管理的需要而不是用戶的需要。段那么是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對完整的信息。分段的目的是為了能更好地滿足用戶的需要。2、頁的大小固定且由系統(tǒng)決定，由系統(tǒng)把邏輯地址劃分為頁號和頁地址兩局部，是由機(jī)器硬件實(shí)現(xiàn)的，因而在系統(tǒng)中只能有一種大小的頁面；而段的長度卻不固定，決定于用戶所編寫的程序，通常由編譯程序在對源程序進(jìn)展編譯時，根據(jù)信息的性質(zhì)來劃分。3、分頁的作業(yè)地址空間是一維的，即單一的線性地址空間，程序員只需利用一個記憶符，即可表示一個地址；而分段的作業(yè)地址空間那么是二維的，程序員在標(biāo)識一個地址時，既需給出段名，又需給出段地址。虛擬存儲器定義：具有請求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上對存容量加以擴(kuò)大的一種存儲器系統(tǒng)。其邏輯容量由存容量和外存容量之和所決定，其運(yùn)行速度接近于存速度，而每位的本錢卻又接近于外存。虛擬存儲技術(shù)是一種性能非常優(yōu)越的存儲器管理技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于大、中、小型機(jī)器和微型機(jī)中。頁面置換算法最正確置換(Optimal)算法：被淘汰頁面以后永不使用或在未來最長時間不再被訪問的先進(jìn)先出(FIFO)算法：淘汰最先進(jìn)入存的頁面最近最久未使用(LRU)算法：淘汰選擇最近最久未使用的頁面抖動〔顛簸〕剛被淘汰的頁面又立即要用，把它調(diào)入不久又被調(diào)出，調(diào)出不久又被調(diào)入，頁面在存與外存之間頻繁調(diào)度緩沖作用：解決CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾緩沖的類型：單緩沖、雙緩沖(外設(shè)速度較高)、循環(huán)(環(huán)形)緩沖(用于低速I/O設(shè)備)、緩沖池(多個進(jìn)程共享的雙向緩沖技術(shù))SPOOLing技術(shù)在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時外圍設(shè)備聯(lián)機(jī)操作,或稱為假脫機(jī)操作(用一道程序，來模擬脫機(jī)輸入時的外圍控制機(jī)的功能，即把低速I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速的磁盤上)特點(diǎn):提高I/O速度；將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備；實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的功能磁盤磁盤構(gòu)造磁盤存儲器是由磁盤、驅(qū)動器機(jī)構(gòu)和控制器三局部組成的。磁盤性能盤片：個盤片有兩面，都可記錄信息。磁道：不同半徑的同心圓稱為磁道扇區(qū)：盤片被分成許多扇形的區(qū)域，每個區(qū)域叫一個扇區(qū)。每個扇區(qū)的容量為4KB。一個扇區(qū)稱為一個盤塊磁頭：每個盤片的每一面都會有一個讀寫頭柱面：不同盤片一樣半徑的磁道所組成的圓柱稱為柱面(磁道和柱面可以互換使用)磁盤存儲容量＝磁頭數(shù)〔盤面數(shù)〕×磁道〔柱面〕數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)如，軟盤：1.44MB=2×80×18×512B〔Byte〕尋道時間Ts定義：把磁頭從當(dāng)前位置移到指定磁道所經(jīng)歷的時間，一般為2－30毫秒，平均約為10毫秒Ts=m*n+ss--磁盤的啟動時間,大約3ms；m--每移動一條磁道所經(jīng)歷的時間，一般磁盤：m＝0.2ms，對高速磁盤：m<=0.1ms；n--移動的磁道數(shù)目；旋轉(zhuǎn)延遲時間Tr定義：指定扇區(qū)移動到磁頭下所經(jīng)歷的時間Tr=1/2r〔平均情況下，需要旋轉(zhuǎn)半圈〕r—磁盤以秒計(jì)的旋轉(zhuǎn)速度一個7200〔轉(zhuǎn)/每分鐘〕的硬盤，那么旋轉(zhuǎn)延遲時間為(60×1000)/(7200×2)＝4.17毫秒。一個300/600〔轉(zhuǎn)/每分鐘〕軟盤，平均旋轉(zhuǎn)延遲時間為60×1000/(300×2)＝100毫秒,60×1000/(600×2)＝50毫秒。傳輸時間Tt數(shù)據(jù)從磁盤讀出，或向磁盤寫數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時間，約為零點(diǎn)幾毫秒,可以忽略不計(jì)Tt＝b/rN b—讀寫的字節(jié)數(shù)r—磁盤以秒計(jì)的旋轉(zhuǎn)速度N—一條磁道上的字節(jié)數(shù)訪問時間Ta=Ts+Tr+Tt=(m*n+s)+1/2r+b/rN磁盤調(diào)度算法..先來先效勞FCFS最短尋道時間優(yōu)先SSTF..掃描算法SCAN(電梯調(diào)度算法)優(yōu)先考慮的是磁頭的當(dāng)前移動方向循環(huán)掃描算法CSCAN最小磁道號與最大磁道號緊鄰..文件文件類型按用途分類：系統(tǒng)文件；用戶文件；庫文件按文件中數(shù)據(jù)形式分類：源文件；目標(biāo)文件；可執(zhí)行文件按存取控制屬性分類：只執(zhí)行文件；只讀文件；讀寫文件按文件組織形式分類：普通文件；目錄文件；特殊文件文件邏輯構(gòu)造可分為兩類：構(gòu)造文件：也稱為記錄式文件，組成文件的數(shù)據(jù)項(xiàng)單位為記錄。如數(shù)據(jù)庫文件。無構(gòu)造文件：也稱流式文件，組成文件的數(shù)據(jù)項(xiàng)單位為ASCII字符，如源程序、可執(zhí)行文件等。文件操作創(chuàng)立〔分配外存空間、建立目錄項(xiàng)〕刪除〔刪除目錄項(xiàng)，回收存儲空間〕讀〔查找目錄項(xiàng)，讀入存指定位置〕寫〔查找目錄項(xiàng)，調(diào)用寫指針寫入〕截?cái)唷矊⑽募L度置為0〕設(shè)置文件的讀/寫位置〔從設(shè)置的位置開場操作〕"翻開〞和"關(guān)閉〞操作練習(xí)題操作系統(tǒng)是對__計(jì)算機(jī)資源__進(jìn)展管理的軟件。從用戶的觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口。操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟硬件資源，提供方便用戶使用操作系統(tǒng)功能的接口。在操作系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是為了提高系統(tǒng)資源的利用率。所謂__多道程序設(shè)計(jì)__是指將多個作業(yè)放入存，并且同時處于運(yùn)行狀態(tài)，這些作業(yè)共享處理機(jī)的時間和外