Operating System
作者:互联网
1.引论
- OS的目标:方便性、有效性、可扩充性
- OS的作用:作为用户与计算机硬件系统之间的接口,作为计算机系统资源的管理者
- 发展过程
- 单道批处理系统:一次只调入一个作业到内存中运行,资源利用率低
- 多道批处理系统:多个作业同时在主存中运行,资源利用率高
- 分时系统:一台计算机连接多个终端,人机交互、共享主机
- 实时系统:及时响应外部事件的请求
- 基本特征:并发、共享、虚拟、异步
- OS的结构:无结构操作系统 - 模块化结构OS - 分层式结构OS
2.进程管理
1.基本概念
- 程序的顺序执行:顺序性、封闭性、可再现性
- 程序的并发执行:间断性、失去封闭性、不可再现性
- 进程:是进程实体的运行过程,是系统进行资源分配和调度的独立单位
- 进程实体:程序段 + 数据段 + PCB
- 创建、撤销进程的实质就是创建、撤销 PCB
PCB中的信息:
(1)进程标识符 (2)处理机状态 (3)进程调度信息 (4)进程控制信息
PCB的组织方式:
(1)线性方式 (2)链接方式 (3)索引方式
2.进程控制
3.进程同步
- 进程同步的原则:空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待
- 生产者-消费者问题:
要先执行对资源信号量的wait操作,再执行对互斥信号量的wait操作,否则可能会引起死锁
单生产者单消费者、多缓冲:不能简化
多生产者多消费者、单缓冲:去掉mutex
单生产者单消费者、单缓冲:去掉mutex
缓冲区无限大:去掉empty信号量
允许生产者写时,消费者可读:为生产者和消费者各设置一个mutex - 读者-写者问题:
4.进程通信
- 共享存储器系统
- 管道通信系统
- 消息传递系统
3.处理机调度和死锁
高级调度(作业调度):后备队列(外存)→ 就绪队列(内存)
低级调度(进程调度):就绪队列(内存)→ CPU
中级调度(内存调度):就绪队列(内存)\leftrightarrow 挂起队列(外存)
进程调度算法:
(1)先来先服务算法(FCFS)
(2)短进程优先调度算法(SJF)
(3)优先权优先调度算法(FPF)
(4)高响应比优先调度算法:既考虑作业的等待时间,又考虑了作业的运行时间,实现了动态优先级
(5)轮转调度算法(RR)
(6)多级反馈队列调度算法(MFQ)
实时调度算法:
(1)最早截止时间优先调度算法(EDF)
(2)最低松弛度优先调度算法(LLF): 任务紧急程度越高,优先级越高
优先级倒置:
当低优先级进程阻塞高优先级进程,让低优先级进程继承被它被阻塞进程的优先级
死锁的产生:
可抢占性资源不会引起死锁,例如CPU、主存;
竞争不可抢占性资源才会引起死锁
预防死锁:
(1)破坏互斥条件:不可能做到
(2)破坏请求保持条件:进程创建时,一次申请所有资源,成功则运行,否则阻塞。
(3)破坏不可抢占条件:进程申请资源时,成功则运行,否则释放所有资源后阻塞
(4)破坏循环等待条件:为所有资源编号,进程申请资源时必须按序申请资源
避免死锁:
系统处于安全状态,不会死锁;
系统处于不安全状态,可能死锁;
银行家算法 安全性算法
检测死锁:资源分配图 不可完全简化→死锁
解除死锁:最小生成树算法
4.存储器管理
连续分配-存储管理方式:
(1)单一连续分配:用户区内存只有一道用户程序
(2)固定分区分配:用户区划分成若干固定大小的区域,每个分区只装有一道用户程序
(3)动态分区分配:程序装入时动态划分区域,运行结束时撤销分区
空闲分区表 + 空闲分区链
首次适应(FF),循环首次适应(NF),最佳适应(BF),最坏适应(WF)
(4)动态可重定位分配:
紧凑:拼接内存碎片
分页-存储管理方式:
页和块大小相等,会产生内部碎片
分段-存储管理方式:
不会产生内部碎片
段页式-存储管理方式:
一张段表,每个段对应一张页表
5.设备管理
I/O系统的基本组成结构:I/O设备、设备控制器、I/O通道
独占设备:指在一段时间内只允许一个用户(进程)使用的设备。
共享设备:指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。
虚拟设备:指通过某种技术将一台独占设备变换为能供若干个用户共享的设备。
什么是设备独立性?
用户程序独立于具体使用的物理设备
设备独立性如何实现?
逻辑设备到物理设备的映射。
程序执行时,使用逻辑设备表(LUT)完成逻辑设备到物理设备的映射,每个用户配备一张LUT
SPOOLing技术:
提高了I/O操作的速度
将独占设备改造为共享设备
实现了虚拟设备功能
磁盘的工作特点和I/O时间构成:
T = Ts(寻道时间)+ Tr(旋转延迟时间)+ Tt(传输时间)
= Ts + 1/2r + b/rN
磁盘调度算法和演进的内部逻辑:
(1) 先来先服务调度算法(FCFS)
(2) 最短寻道时间优先调度算法(SSTF)
(3) 扫描算法(SCAN)
(4) 循环扫描算法(CSCAN)
提高磁盘I/O效率的办法:磁盘高速缓存、提前读、延迟写、优化物理块分布
6.文件管理
文件:文件是指由创建者所定义的、具有文件名的若干相关元素的集合
有结构文件:由若干记录构成的文件;
无结构文件:由字节/字符组成的文件;
文件操作:打开文件,读写文件等操作,关闭文件
文件系统模型:文件系统接口、对对象操纵和管理的软件集合、对象及其属性
逻辑文件:从用户观点出发看到的文件。其结构为文件的逻辑结构,是用户可以直接处理的数据及其结构,独立于文件的物理特性,又称文件组织。
物理文件:从系统角度出发看到的文件。其结构为文件的存储结构/物理结构,是指文件在外存上的存储组织形式,与存储介质的存储性能、外存分配形式密切相关。
逻辑文件到物理文件的映射:文件目录
文件的逻辑结构:顺序文件、索引文件、索引顺序文件、直接(Hash)文件
文件的物理结构(外存分配方式):连续分配、链接分配、索引分配
文件存储空间的管理:
空闲表法
空闲链表法
位示图法
成组链接法(UNIX)
文件共享:
基于索引结点的共享
基于符号链的共享
事务机制:
原子性(Atomic)
标签:文件,调度,死锁,System,算法,Operating,进程,设备 来源: https://blog.csdn.net/qq_40471595/article/details/114164865