操作系统课件4.ppt

1、第3章处理器管理，3.1多通道编程3.2进程概述3.3进程队列3.4进程在UNIX系统中3.5中断技术3.6中断技术在UNIX系统中3.7处理器调度，3.1多通道编程，3.1.1什么是多通道编程？允许将多个计算问题加载到计算机系统的主存储器中并并行执行的编程技术成为多通道编程。采用多通道编程应注意的问题：存储保护程序的浮动资源的分配和调度，3.1.2为什么要采用多通道编程来提高处理器的利用率，充分利用外围设备资源，发挥处理器与外围设备之间的并行工作能力？采用多通道编程技术后，可以有效提高系统中的资源利用率，提高系统吞吐量。有两个计算问题A和b，A的执行过程是：计算50毫秒，打印100毫秒，然后

2、计算50毫秒，b的执行过程是：计算50毫秒，输入数据80毫秒，计算100毫秒，打印100毫秒。单通道编程：完成计算任务需要630毫秒。使用处理器的时间是250毫秒。处理器的利用率为39.7%。有两个计算问题A和b。A的执行过程是：计算50毫秒，打印100毫秒，然后计算50毫秒，打印100毫秒；b的执行过程是：计算50毫秒，输入数据80毫秒，计算100毫秒，打印100毫秒。多通道编程：完成计算任务需要400毫秒。使用处理器的时间为250毫秒，处理器的利用率为62.5%，A(100毫秒)，输入/输出，中央处理器，A (50毫秒)，B (100毫秒)，B (80毫秒)，A 3 . 1 . 3采用多通

3、道编程时应注意的问题可能会延长程序的执行时间。平行工作通道的数量与系统效率不成比例。操作系统的特征之一是并发和共享，也就是说，系统(内存)中同时有几个相互独立的程序。这些程序不仅在系统中交叉运行，而且共享系统中的资源，这将导致一系列问题，包括：资源竞争、运行程序之间的通信、程序之间的合作与协作。为了解决这些问题，程序在内存中的运行状态不能再用程序的概念来描述，所以必须引入一个新的概念过程。3.2过程概述，3.2.1过程的定义在数据集上执行一个程序称为过程。过程和程序的区别和联系程序是指令和静态概念的集合。过程是一个程序在处理器上执行一次的过程，它是一个动态的概念。该程序可以作为软件数据存储很长

4、时间。过程有一个生命周期。一个进程是一个独立的运行单元，它可以与其他进程并行运行。程序不是。进程是争夺计算机系统有限资源的基本单位，也是调度处理器的基本单位。一个程序可以用作多个进程的运行程序，一个进程也可以运行多个程序。过程元素：程序，数据，中央处理器，3.2.2为什么引入过程1。提高资源利用率。正确描述程序的执行。过程的分类：系统中同时有许多过程，但可以归纳为两类：(1)系统过程系统过程起着资源管理和控制的作用。或者：执行操作系统核心代码的进程。(2)用户进程执行用户程序。系统进程和用户进程之间的区别：系统进程被分配一组初始资源，这些资源可以被独占使用或具有最高的优先级。用户进程通过系统服

5、务请求争夺系统资源的使用；用户进程不能直接进行输入/输出操作，而系统进程可以进行显式和直接的输入/输出操作。系统进程在管理状态下是活动的，而用户进程在用户状态(目标状态)下是活动的。另一类：计算过程、输入输出过程等。注意：在UNIX系统中，进程不是这样分类的。3.2.3过程属性1。动力2。多个不同的进程可以包含相同的程序3。进程可以同时执行。进程有三个基本状态，进程：的三个特征动态并发异步，进程状态和转换1。进程状态(1)就绪状态(就绪)存在于处理器调度队列中的那些进程已经就绪，一旦它们获得了中央处理器，就可以立即运行。(有许多进程处于这种状态)(2)运行状态(Running state)当进

6、程被调度器/调度器调度时，它得到中央处理器的控制，它的程序正在运行，并且进程处于运行状态。(在系统中，总是只有一个进程处于这种状态。)(3)等待状态(Wait)如果一个进程正在等待一个事件发生(如等待输入/输出完成)并暂停执行，此时，即使给定了CPU时间，它也不能执行，那么就说该进程处于等待状态。2。过程状态转移图，3.3过程队列，3.3.1过程控制块，什么是过程控制块？过程控制块是与操作系统用来描述过程状态过程的过程相关联的数据结构。过程控制块是过程管理和控制最重要的数据结构。当它被创建时，印刷电路板被建立，这伴随着运行的整个过程，直到该过程被取消。过程组成、程序和数据：描述过程本身应该完成

7、的功能；印刷电路板：一个过程的动态特征及其与其他过程和系统资源的关系。过程的组成：程序、数据、印刷电路板、印刷电路板的主要内容、过程控制块、识别信息、描述信息、现场信息、管理信息、3.3.2过程的创建和取消，有一个生命周期，是生成、运行、暂停和终止的。这些对过程的操作被称为过程控制。过程控制的职责是有效地管理系统中的所有过程，这是处理器管理的一部分(另一部分是过程调度)。当系统允许多个进程并发执行时，为了共享和协调并发进程之间的关系，处理器管理必须提供有效的进程管理。过程控制包括：过程创建、过程撤销、过程阻塞、过程唤醒、改变过程优先级、调度过程运行，所有这些操作都应该相应地执行一个特殊的程序段

8、(操作系统的核心程序)，同时，系统还通过系统调用为用户提供过程控制的功能。教科书被称为原语(一种特殊的系统调用)。原语：这是一个特殊的系统调用命令，可以不间断地执行。在UNIX系统中，进程控制的系统调用有：fork()创建子进程sleep()进程sleep exit()进程终止自身(自杀)wait()(父进程)等待子进程终止唤醒()进程唤醒，1。流程创建。(1)流程创建的形式原语create (name，priority，start_addr) name是所创建流程的标识符，priority start_addr是程序的起始地址。(2)过程创建原语的功能创建具有指定标识符的过程，并建立过程的印

9、刷电路板结构。(3)进程创建原语的实现印刷电路板池，2)进程撤销(1)进程撤销原语的形式当进程在完成任务后想要终止自己时，使用进程撤销原语。Kill(或exit)没有参数，其执行结果没有返回信息。(2)进程撤销原语的功能取消当前运行的进程。将进程的pcb结构返回到pcb资源池，将占用的资源返回到父进程，将其从总链队列中移除，然后转移到进程调度器。(3)进程撤销原语的实现(3)进程等待(1)进程等待原语的形式当一个进程需要等待一个事件完成时，它可以调用等待原语来挂起自己。Susp(chan)条目参数chan:进程等待的原因。(2)进程等待原语的功能终止调用进程的执行，并将其加入等待变更的等待队列

10、；最后，控制转向进程调度。(3)过程等待原语的实现，4)过程唤醒(1)过程的形式唤醒原语。当等待进程预期的事件到来时，发现者进程使用唤醒原语将其唤醒。唤醒(chan)条目参数chan:进程等待的原因。(2)进程唤醒原语的功能当等待进程的事件发生时，唤醒所有等待事件的进程或第一个等待事件的进程。(3)进程唤醒原语的实现、3.3.3进程队列链接、3.4进程在UNIX系统中、3 . 4 . 1 UNIX进程的特征、UNIX不区分系统进程和用户进程。UNIX中的进程可以执行操作系统程序和用户程序。根据执行的程序，UNIX进程在内核模式和用户模式之间不断变化。3 . 4 . 2 UNIX进程的组成，(1

11、)进程控制块PCB基本进程控制块proc结构：存储进程最基本的控制和管理信息，无论进程是否运行，系统需要访问的信息必须是内存驻留的；扩展过程控制块的用户结构：存储过程的管理和控制信息，这些信息只能在过程运行时由系统访问，不一定是内存驻留。(2)主体段(共享主体段)它是进程执行程序的一部分，可以由多个进程共享和执行，作为主体段的程序必须是可重入的。(3)数据段包括用户栈、用户数据区、核心栈和用户结构。UNIX系统进程数据结构(1)进程结构，在UNIX系统/系统/进程文件中；(UNIX系统的/sys/user.h文件中的用户结构；(3)文本结构(用于管理文本段的数据结构)UNIX system /

12、sys/text.h文件中的文本结构，以用户模式运行，以核心模式运行，在主内存中休眠，休眠和换出，在主内存中就绪，就绪和换出，死亡，创建，3.4.3 UNIX进程状态，系统调用中断，返回，终止。调度(抢占)、换出、换出、主内存充足、主内存不足、分叉、UNIX进程状态转换图、3.4.4 UNIX进程创建和终止、UNIX进程树、3.4.5 UNIX进程换入和换出、进程换入和换出：进程在主内存和磁盘之间切换交换进程：0号进程负责进程调度和进程换入/换出，并始终在核心状态下运行，这称为交换进程。工作流程：图3-14，3.4.6 UNIX进程睡眠和唤醒，3.5中断技术，3.5.1中断和中断类型。所谓中断

13、是指当一个事件(如电源故障、定点加法溢出或输入输出传输结束等)发生时。)发生时，系统挂起当前程序，引导事件处理程序处理该事件，并在处理后返回断点，继续执行。1。中断概念，中断源：导致中断的事件称为中断源，如打印完成的中断，其中断源是打印机。断点：当中断发生时，正在运行的程序暂时停止，程序的暂停点称为断点。中断响应：当处理器发现中断请求时，它终止当前运行程序的执行，并自动引出中断处理程序。中断处理程序：处理中断事件的程序称为中断处理程序。如时钟中断处理、打印机完成中断处理、打印机缺纸中断处理等。它是操作系统中最接近的部分，是操作系统和硬件之间的接口。2。中断类型(1)输入/输出中断它是当外部设备

14、或通道的操作正常结束或出现错误时发生的中断。例如，打印机完成打印，纸张用完，读取磁盘时相应的驱动器中没有磁盘。(2)外部中断对于中央处理器来说，由外部非通道设备引起的中断称为外部中断。例如，时钟中断、操作员控制台中断、多处理器系统中的中央处理器和中央处理器之间的通信中断等。(3)硬件故障中断当机器发生故障时，该中断称为硬件故障中断。例如，电源故障、存储单元奇偶校验错误。(4)程序中断在程序执行过程中，发现程序性错误或由某种特定状态引起的中断。例如浮点溢出、用户模式下的特权指令、内存越界、跟踪等。(5)当访问管道的中断向操作系统提出某种请求(需要)时，发生中断。例如，系统调用，如创建进程、输入输

15、出传输、打开文件、关闭文件、读写文件等。强制中断：硬件故障中断、程序中断外部中断、输入/输出中断、自愿中断：管访问中断、硬件中断：硬件故障中断、外部中断、输入/输出中断、软件中断：程序中断、管访问中断、来自主机内部的中断：硬件故障中断、程序中断管访问中断、来自主机外部的中断：外部中断、输入(2)暂停当前进程的执行并保护中断进程的断点和其他信息；(3)启动操作系统的中断处理程序。2.中断字寄存器3。程序状态字(PSW)和程序状态字寄存器4。中断响应：交换PSW，3.5.3处理中断事件，1。保护中断过程2的现场。分析中断原因3。处理中断事件，3.5.4中断优先级和中断屏蔽，1。中断优先级：中断设备

16、以预定顺序2响应同时发生的中断事件。中断屏蔽技术：使用psW中的中断屏蔽位来指示是否响应中断事件，3.6 UNIX系统中的中断技术，3.6.1中断事件和异常情况，3.6.2处理器状态字(PS)，3.6.3对交换PC(程序寄存器)和PS值的中断响应，3.6.4中断处理(1)现场保护1。作业调度任务以一定的策略选择存储在辅助存储设备上的大量作业，分配必要的资源(如主存储器)，并建立作业的相应进程以使其投入运行。作业调度的必要条件：系统现有的未分配资源能够满足所选作业的资源需求。2.进程调度任务决定了哪个进程获得处理器何时以及多长时间将用于进入主存储器的所有进程。提交、备份、运行、准备、等待、完成、作业调度、作业输入、作业状态和转换，3.7.2批处理作业的调度算法，调度算法的设计原则：使用巨大的通信量公平平衡资源，调度性能的测量：通常采