软件技术基础课件22.ppt

1、软件技术基础,制作 主讲,段景山,段景山,操作系统复习,操作系统中的难点问题,2,单道批处理,其它,作业 成批进入,输入井,输出井,其它,传统方式,单道批处理系统,低速,高速,理解脱机I/O以后，系统效率为什么能得到提高 为什么联机I/O会降低系统效率,3,多道批处理,其它,作业 成批进入,输入井,输出井,单道批处理系统,高速,其它,作业 成批进入,输出井,多道批处理系统,多道并发执行,输入井,理解为什么多道程序并发执行，能够提高系统效率，并发执行究竟是怎样的一种机制,单道程序系统,用户程序,监督程序,I/O操作,I/O中断请求,I/O完成,多道程序系统,程序A,程序B,OS调度,I/O A,

2、I/O B,t1,t1,t2,t2,5,操作系统的特征,1.5.3对象的虚拟性 虚拟：把一个物理实体通过一定的技术变成若干个逻辑上的对应物。,虚拟是操作系统贯穿始终的技术思路,6,2.1.2程序间并发执行,I1,P3,输入设备,处理机,打印机,t1,t2,t3,t4,t5,由于多道程序中IK、CJ与PL之间不存在前趋关系， 程序之间可以并发执行,多道程序并发执行的现象及不可再现的结果,7,程序（间）并发执行的特征：,结果可再现,N = 5;,N = N +1;,print( N );,N = 0;,Ia,Ca,Pb,Ib,Ia,Pb,Ib,打印输出,5,N的值,1,Ia,Ca,程序a,程序b,

3、Ca,Ib,Pb,6,0,多次执行结果不同，不可再现,要解决系统不可再现问题，导致我们提出了进程的概念,8,进程的状态转换,新进程,就绪,执行,结束,阻塞,接纳,进程调度,中断或 时间片用完,完成,I/O请求或 等待某事件,I/O完成或 事件发生,状态转换原因图,万事具备，只欠“东风” CPU,获得CPU正在运行,欠缺某些条件,进程的动态性就体现在进程的状态转换过程，该过程的控制与PCB密切相关,9,进程间的同步关系（一）,正常行车,到站停车,开车,售票,开车门,关车门,司机,售票员,合作,合作,检查车况,维持秩序,进程同步的最终目的就是控制进程之间并发执行的过程，以解决系统不可再现问题,10

4、,相互合作时的进程同步 保证进程间的前驱、后继关系,相互合作,司机进程,正常行车,到站停车,V（停车）,喝茶,P（关车门）,正常行车,售票,P（停车）,开车门,关车门,V（关车门）,售票,售票员进程,V（s）,P（s）,前驱,后继,信号量初值为0,11,获得打印数据,进程间的同步关系（二）,打印进程1,打印进程2,打印,打印,互斥,获得打印数据,12,资源竞争,3.3经典进程同步问题 资源竞争时的进程同步 对竞争资源的互斥访问,P（s）,临界区,V（s）,进程1,进程2,P（s）,临界区,V（s）,P（s）,访问资源,V（s）,状态：,状态：,唤醒,就绪,执行,就绪,执行,阻塞,针对进程的两种

5、基本同步关系，设计解决方案是同步算法的关键,13,出了问题的锁,.,.,check: if ( L = = 1),goto check;,else L = 1;,临界区,unlock( L );,.,check: if ( L = = 1),goto check;,else L = 1;,临界区,unlock( L );,.,出现问题的锁,进程 1,进程 2,L,0,尚未执行,问题出在？,判断状态后 改变状态前 被打断,14,纪录型信号量的P，V操作,P( s ),s.value = s.value - 1,s .value 0 ?,本进程获得 一个资源,临界区/资源访问区,本进程进入s.li

6、st 队列，进入阻塞 状态,N,Y,V( s ),s.value = s.value+1,s .value= 0 ?,将s.list中 第一个进程 唤醒，,N,Y,除了理解P、V操作对进程状态的影响外，还要注意虚线内操作的原语性,15,出了问题的队列操作,同时入队,进程1,进程2,newmsg1-next = msglist-head;,msglist-head = newmsg1;,msglist-head,newmsg1,newmsg2,队列操作过程需要互斥进行,就绪,执行,就绪,执行,newmsg2-next = msglist-head;,msglist-head = newmsg2;

7、,在同步问题中分析进程间的关系是关键，而对共享变量、队列的信号量抽象，是容易忽略的竞争关系,16,信号量集引入原因,P1（S1）；,P1（S2）；,P2（S2）；,P2（S1）；,进程1,进程2,系统推进过程为,进程2 阻塞,进程1 阻塞,S1,S2,进程1和进程2都无法继续推进出现死锁,。,。,V(S2); V(S1);,V(S1); V(S2);,理解死锁产生的原因，这是一个进程同步无法解决的问题,17,死锁,4.3死锁问题（dead lock） 例：,P( s1 ),P( s2 ),临界区,V( s2 ),V( s1 ),P( s2 ),P( s1 ),临界区,V( s1 ),V( s2

8、 ),.,.,.,.,进程1,进程2,就绪,就绪,执行,执行,阻塞,s1,s2,阻塞,状态：,状态：,死锁,18,装入时的地址变换,MOV ax , 2500,365,0,1000,2500,10000,11000,12500,MOV ax , 2500,365,程序空间,内存空间,0,12500,12500 10000+2500,物理地址,基地址,相对地址,地址空间和地址的转换是存储管理的核心问题,19,分页存储的地址变换机构,逻辑地址,基地址,+,物理地址,相对地址,页号,页内地址,+,块号,块内地址,物理地址寄存器,有效地址寄存器,越界？,1,0,1,100,1,100*4 + 1 =

9、401,设块大小为4,页/段表是离散存储管理的基础，是地址转换的依据,20,页面置换带来的抖动问题,页面置换带来的问题 抖动问题,页面,内存,页面置换时产生的系统抖动是系统策略/算法恶化的一个典型示例。越复杂的系统，越复杂的算法，可能带来更多的开销、更高几率产生抖动，因此算法的优化是提高系统性能的重要举措之一,中断机制实现了CPU与设备的并行控制让权等待,CPU,输入：,其他进程,中断处理,设备,等待数据,被唤醒的等待进程,数据到 设备,产生中断,暂不接收 数据,清除中断,等待数据,唤醒等待接收的进程,CPU,等待进程测试设备,设备,等待数据,继续测试设备,处理输入数据,数据到 设备,暂不接收

10、 数据,等待数据,忙等,轮询方式,中断方式,中断机制是系统核心的重要组成部分，也是设备管理的重要技术，是提高系统性能的重要手段。特别要理解结合中断机制的进程状态转换过程,22,设备的驱动与中断处理,CPU,其他进程,中断处理,设备,等待数据,被唤醒的等待进程,数据到 设备,产生中断,暂不接收 数据,清除中断,等待数据,唤醒等待接收的进程,CPU,设备,等待数据,初始化,理解I/O要求 检查合法性,检测设备 状态,启动I/O 并阻塞,其他进程,23,双缓冲管理,7.3.3双缓冲 设置两个缓冲区 提高CPU与设备间的并行度,设备,CPU,同时,设备1,设备2,CPU,双向通信,接收 设备,发送 设

11、备,CPU,例1,例2,例3,仅仅增加一个缓冲区，系统并行度获得极大提高，这就是缓冲管理的威力,24,2）特点 （1）提高了进程访问低速设备速率 （2）独占设备成为虚拟设备 （3）独占设备成为共享设备,虚拟设备特点,用户不与实际设备直接交互,磁盘是可共享的高速设备,其它,硬盘,高速,高速,虚拟设备管理是OS的重要技术，关键是理解这种技术究竟是如何提高系统性能的,25,文件管理,文件的逻辑结构和物理结构 文件目录,26,作业,什么是操作系统？ 操作系统有哪些特征？ 操作系统有哪些分类？ 操作系统有哪些功能？ 批处理系统是如何提高系统效率的？ 分时系统是如何提高系统的交互性的？,27,作业,什么是

12、进程，为什么要引入进程这个概念？ 请解释“PCB是进程在系统存在的唯一标识”，为什么这个唯一标识不是程序体或数据？ 进程有哪些基本状态？有哪些状态转换过程？ 进程和程序的区别？,28,作业,进程同步的主要关系有哪些？ 进程同步的原则是什么，请分别解释 信号量靠什么技术保证其执行的可靠性，即不像普通的锁机制那样出现“锁不住”的现象？ 请用信号量描述计算进程向缓冲区写数据，打印进程从缓冲区取出数据并打印的过程 进程间高级通信有哪些方式？,29,作业,进程调度有哪些算法？批处理系统、分时系统和实时系统分别采用哪种调度算法 死锁产生的必要条件是哪些？ 请简要描述解决死锁的几种方法。如果你是系统设计人员，你会选取哪种方式，为什么？,30,作业,请解释为什么当程序装入内存后要进行地址变换，可举例说明 设页和块的大小均为32字节，页表内容如下，请计算逻辑地址100在内存中的地址，并结合分页式地址转换机构描述地址转换过程,31,作业,设页和块的大小为32字节。段表和页表如下，请计算段页式存储管理方式下，data段地址10和code段地址60的单元存放在内存的哪个单元（即物理地址）,32,作业,虚拟存储管理的虚拟性体现在什么地方？ 在分页式管理方式基础上实现请求式分页管理，需要增加哪些重