【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 換 D. 控制、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源和程序的執(zhí)行 2． ______不是分時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)。 A．多個(gè)用戶是經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) B．各用戶可同時(shí)請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù) C．各用戶的請(qǐng)求彼此獨(dú)立，互不干擾 D．用戶以會(huì)話方式控制自己的程序運(yùn)行 D A 68 3．分時(shí)操作系統(tǒng)的主要目的是 。 A．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的交互性 B．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性 C．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性 D．提高軟件的運(yùn)行速度 4．以下描述與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)的是 。 A. 方便用戶的程序集合 B. 控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源 C. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源的集合 D. 合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程 A C 69 5．分時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)是 。 A. 交互性、同時(shí)性、獨(dú)立性、及時(shí)性 B. 可靠性、交互性、獨(dú)立性、及時(shí)性 C. 可靠性、實(shí)時(shí)性、獨(dú)立性、及時(shí)性 D. 交互性、同時(shí)性、獨(dú)立性、實(shí)時(shí)性 6．下列各項(xiàng)中， 不是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要特征。 A. 并發(fā)性 B. 共享性 C. 確定性 D. 虛擬性 7．在下列操作系統(tǒng)中，對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求最高的是 。 A．批處理系統(tǒng) B. 分時(shí)系統(tǒng) C. 實(shí)時(shí)系統(tǒng) D. 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) A C C 70 8．對(duì)出現(xiàn)的中斷事件是由 進(jìn)行處理的。 A. 硬件 B. 操作系統(tǒng) C. 用戶程序 D. 解釋程序 9. 多道批處理系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是 。 A. CPU利用率低 B. 不能并發(fā)執(zhí)行 C. 缺少交互性 D. 以上都不是 10．操作系統(tǒng)是對(duì) 進(jìn)行管理的軟件。 A．系統(tǒng)軟件 B．系統(tǒng)硬件 C．計(jì)算機(jī)資源 D．計(jì)算機(jī)程序 71 11．設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮系統(tǒng)的 。 A．實(shí)時(shí)性和可靠性 B．實(shí)時(shí)性和靈活性 C．靈活性和可靠性 D．靈活性和可移植性 12. UNIX操作系統(tǒng)是一種多用戶的、人機(jī)交互的 。 A. 多道批處理系統(tǒng) B. 實(shí)時(shí)系統(tǒng) C. 分時(shí)系統(tǒng) D. 分布式系統(tǒng) 13．操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中處于 之間的位置。 A．計(jì)算機(jī)硬件和軟件 B．計(jì)算機(jī)硬件和用戶 C．處理機(jī)和用戶 D．外部設(shè)備和處理機(jī) 72 14．操作系統(tǒng)提供給用戶程序的接口是 。 A．命令解釋程序 B．系統(tǒng)調(diào)用 C． P、 V操作 D．對(duì)話框 15．分時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間與 有關(guān)。 A．每個(gè)應(yīng)用進(jìn)程分配的時(shí)間片長(zhǎng)度 B．進(jìn)程大小 C．就緒進(jìn)程數(shù)目 D．就緒進(jìn)程數(shù)目和時(shí)間片長(zhǎng)度 16．在操作系統(tǒng)中， 部分屬于微內(nèi)核。 A．作業(yè)調(diào)度軟件 B．用戶命令解釋程序 C．磁盤(pán)文件目錄管理軟件 D．進(jìn)程通信服務(wù)例程 返回總目錄 73 第 2章 進(jìn)程管理 進(jìn)程的基本概念 進(jìn)程控制 進(jìn)程同步 經(jīng)典進(jìn)程同步問(wèn)題 管程機(jī)制 實(shí)現(xiàn)互斥的軟件機(jī)制和硬件機(jī)制 (補(bǔ)充 ) 進(jìn)程通信 線程 第一次課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn) 74 進(jìn)程的基本概念 ? 程序的順序執(zhí)行及其特征 ? 程序的并發(fā)執(zhí)行及其特征 ? 進(jìn)程的特征與狀態(tài) ? 進(jìn)程控制塊 75 程序的順序執(zhí)行及其特征 順序執(zhí)行包含兩層含義： ? 對(duì)于多個(gè)用戶程序來(lái)說(shuō)，所有程序是依次執(zhí)行的。（外部順序性） ? 對(duì)于一個(gè)程序來(lái)說(shuō)，它的所有指令是按序執(zhí)行的。（內(nèi)部順序性） 76 ? 程序順序執(zhí)行的特征 （ 1）順序性： 處理機(jī)的操作嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行，即每一操作必須在下一操作開(kāi)始之前結(jié)束（或者說(shuō)下一操作必須在當(dāng)前操作結(jié)束后才能開(kāi)始）。 （ 2）封閉性： 程序是在封閉的環(huán)境下執(zhí)行的。即 ● 程序運(yùn)行時(shí)獨(dú)占全機(jī)資源，資源的狀態(tài)（除初始態(tài)外）只有本程序才能改變它。 ● 程序一旦開(kāi)始執(zhí)行，其執(zhí)行結(jié)果不受外界影響。 （ 3）可再現(xiàn)性： 只要程序執(zhí)行時(shí)的環(huán)境和初始條件相同，當(dāng)程序重復(fù)執(zhí)行時(shí)，都將獲得相同的結(jié)果。 77 程序的并發(fā)執(zhí)行 包括兩層含義： ? 對(duì)于一個(gè)程序來(lái)說(shuō)，它的所有指令是按序執(zhí)行的。（內(nèi)部順序性） ? 對(duì)于多個(gè)程序（進(jìn)程）來(lái)說(shuō)，所有進(jìn)程是交叉執(zhí)行的。（外部并發(fā)性） 程序的并發(fā)執(zhí)行及其特征 78 1）間斷性 : 程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，由于它們共享系統(tǒng)資源，以及為完成同一任務(wù)而相互合作，致使這些并發(fā)執(zhí)行的程序之間形成了相互制約的關(guān)系。（互斥關(guān)系、同步關(guān)系） 相互制約導(dǎo)致并發(fā)執(zhí)行的程序具有“ 執(zhí)行 ——暫停 ——執(zhí)行 ”這種間斷性活動(dòng)規(guī)律。 2）失去封閉性： 程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，由于多個(gè)程序共享系統(tǒng)資源，因而這些資源的狀態(tài)將由多個(gè)程序來(lái)改變，致使程序的運(yùn)行已失去了封閉性。 某程序的執(zhí)行時(shí)，會(huì)受到其他程序的影響。 79 3）不可再現(xiàn)性 ——與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤 程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，由于失去了封閉性，也將導(dǎo)致其失去可再現(xiàn)性。 例如 ：有兩個(gè)循環(huán)程序 A和 B，它們共享一個(gè)變量 N L1： N = N+1； goto L1； L2： print (N)； N = 0； goto L2； 程序A 程序B 程序 A和 B并發(fā)執(zhí)行時(shí)，可能出現(xiàn)下述三種情況 (設(shè) N的值為 10)： (1) N=N+1在 print(N)和 N=0之前 ， 此時(shí)得到的 N值分別為 11,11,0。 (2) N=N+1在 print(N)和 N=0之后 ， 此時(shí)得到的 N值分別為 10,0,1。 (3) N=N+1在 print(N)和 N=0之間，此時(shí)得到的 N值分別為 10,11,0。 上述三種情況中， (1)、 (2)結(jié)果正確， (3)結(jié)果出錯(cuò)?？梢?jiàn)計(jì)算結(jié)果已與并發(fā)程序的執(zhí)行速度 (推進(jìn)速度 )有關(guān)，從而使程序執(zhí)行失去了可再現(xiàn)性。 80 進(jìn)程的特征與狀態(tài) 1．進(jìn)程的定義和特征 進(jìn)程是程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的運(yùn)行過(guò)程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。 (傳統(tǒng) OS的定義 ) 定義 1）結(jié)構(gòu)特征： 程序段、相關(guān)的數(shù)據(jù)段、 PCB三部分構(gòu)成了 進(jìn)程實(shí)體 。 2）動(dòng)態(tài)性： 進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是進(jìn)程實(shí)體的一次執(zhí)行過(guò)程，故動(dòng)態(tài)性是進(jìn)程的最基本特征。 進(jìn)程的特征： 81 4）獨(dú)立性 ： 在傳統(tǒng)的 OS中 ， 獨(dú)立性是指進(jìn)程實(shí)體是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行 、 獨(dú)立分配資源和獨(dú)立接受調(diào)度的基本單位 。 5）異步性 ： 是指進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，或說(shuō)進(jìn)程實(shí)體按異步方式運(yùn)行。 3）并發(fā)性： 這是指多個(gè)進(jìn)程實(shí)體同存于內(nèi)存中，且能在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。 82 進(jìn)程的三種基本狀態(tài)： 1）就緒（ Ready）狀態(tài)： 當(dāng)進(jìn)程已分配到除 CPU以外的所有資源后，只要再獲得 CPU，便可立即執(zhí)行，進(jìn)程這時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為就緒狀態(tài)。 2）執(zhí)行（ Running）狀態(tài) : 進(jìn)程已獲得 CPU，其程序正在執(zhí)行 。 3）阻塞（ Blocked）狀態(tài) : 正在執(zhí)行的進(jìn)程由于發(fā)生某事件而暫時(shí)無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，便放棄處理機(jī)而處于暫停狀態(tài)，亦即進(jìn)程的執(zhí)行受到阻塞，把這種暫停狀態(tài)稱(chēng)為阻塞狀態(tài)（或等待狀態(tài)） 。 83 進(jìn)程的三種基本狀態(tài)的轉(zhuǎn)換： 進(jìn)程調(diào)度 ：就緒態(tài) ?執(zhí)行態(tài) 時(shí)間片完 ：執(zhí)行態(tài) ?就緒態(tài) 請(qǐng)求 I/O：執(zhí)行態(tài) ?阻塞態(tài) I/O完成 ：阻塞態(tài) ?就緒態(tài) 引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的典型事件： 84 掛起狀態(tài) ： 有些系統(tǒng)除了進(jìn)程的三種基本狀態(tài)外，還有掛起狀態(tài) 。 1） 引入掛起狀態(tài)的原因 ： （ 1）終端用戶的請(qǐng)求： （ 2）父進(jìn)程請(qǐng)求： （ 3）負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要 ： （ 4）操作系統(tǒng)的需要 ： 當(dāng) 終端用戶在自己的程序運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)有可疑問(wèn)題時(shí)，希望暫停執(zhí)行。 希望考察和修改子進(jìn)程，或協(xié)調(diào)各子進(jìn)程間的活動(dòng)時(shí) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中工作負(fù)荷較重時(shí)，系統(tǒng)可把一些不重要的進(jìn)程掛起。 操作系統(tǒng)有時(shí)希望掛起某些進(jìn)程 ，以便檢查運(yùn)行中的資源使用情況或進(jìn)行記賬 。 85 2）具有掛起狀態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 ● 活動(dòng)就緒 → 靜止就緒 ● 活動(dòng)阻塞 → 靜止阻塞 ● 靜止就緒 → 活動(dòng)就緒 ● 靜止阻塞 → 活動(dòng)阻塞 掛起原語(yǔ) Suspend 激活原語(yǔ) Active 86 為了描述和控制進(jìn)程的運(yùn)行，系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程定義了一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ——進(jìn)程控制塊。 進(jìn)程控制塊是進(jìn)程實(shí)體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 1. PCB作用： 使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序 (含數(shù)據(jù) )，成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位 ， 一個(gè)能與其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程 。 或者說(shuō) ， OS是根據(jù) PCB來(lái)對(duì)并發(fā)進(jìn)程進(jìn)行控制和管理的 。 例如：進(jìn)程調(diào)度；現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)；進(jìn)程同步和通信。 PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志 進(jìn)程控制塊（ PCB） 87 2．進(jìn)程控制塊中的信息 PCB中記錄了操作系統(tǒng)所需的、用于描述進(jìn)程當(dāng)前情況以及控制進(jìn)程運(yùn)行的全部信息。具體包括下述四方面的信息： 1）進(jìn)程標(biāo)識(shí)符： 內(nèi)部標(biāo)識(shí)符 (進(jìn)程號(hào) )； 外部標(biāo)識(shí)符 (名 )； 父進(jìn)程標(biāo)識(shí)及子進(jìn)程標(biāo)識(shí)；用戶標(biāo)識(shí) 2）處理機(jī)狀態(tài)： 處理機(jī)狀態(tài)信息主要由處理機(jī)的各種寄存器中的內(nèi)容組成的。寄存器包括：通用寄存器、指令計(jì)數(shù)器、程序狀態(tài)字（ PSW）寄存器、用戶棧指針。 (保護(hù)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) ) 當(dāng)處理機(jī)被中斷時(shí)，這些信息都必須保存到 PCB中，以便該進(jìn)程重新執(zhí)行時(shí)，能從斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。 88 3）進(jìn)程調(diào)度信息 ： 在 PCB中還存放一些與 進(jìn)程調(diào)度 和進(jìn)程對(duì)換有關(guān)的信息。包括： ★ 進(jìn)程狀態(tài) ——作為調(diào)度和對(duì)換時(shí)的依據(jù)。 ★ 進(jìn)程優(yōu)先級(jí) ——由于描述進(jìn)程使用處理機(jī)的優(yōu)先級(jí)別的一個(gè)整數(shù)，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程優(yōu)先獲得處理機(jī)。 ★ 進(jìn)程調(diào)度所需的其它信息 ——它們與所采用的進(jìn)程調(diào)度算法有關(guān)。 …… ★ 事件 ——即阻塞原因。 89 4）進(jìn)程控制信息： ? 程序和數(shù)據(jù)的地址 ——指程序和數(shù)據(jù)所在的內(nèi)存或外存首地址； ? 進(jìn)程同步和通信機(jī)制 ——如信號(hào)量、消息隊(duì)列指針等，它們可能全部或部分地存放在 PCB中； ? 資源清單 ——是一張列出了除 CPU外的、進(jìn)程所需的全部資源及已經(jīng)分配到該進(jìn)程的資源的清單； ? 鏈接指針 ——它給出本進(jìn)程（ PCB）所在隊(duì)列中下一個(gè)進(jìn)程的 PCB的首址。 90 3．進(jìn)程控制塊的組織方式 常用的組織方式有兩種： 鏈接方式 和 索引方式 。 1）鏈接方式 把具有同一狀態(tài)的PCB，用其中的鏈接字鏈接成一個(gè)隊(duì)列。形成： 就緒隊(duì)列 、 阻塞隊(duì)列 、 空白隊(duì)列 等 91 2）索引方式 : 系統(tǒng)根據(jù)所有進(jìn)程的狀態(tài)建立幾張索引表。如， ● 就緒索引表 ● 阻塞索引表等 ▲ 索引表的首址記錄在專(zhuān)用單元中； ▲每個(gè)索引表的表目中，記錄具有相應(yīng)狀態(tài)的某個(gè) PCB的首址。 92 進(jìn)程控制 ?進(jìn)程控制是進(jìn)程管理中最基本的功能。 ?進(jìn)程控制包括： ? 創(chuàng)建進(jìn)程 ? 終止進(jìn)程 ? 進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換 ?進(jìn)程控制是由 OS的內(nèi)核完成的。 93 進(jìn)程的創(chuàng)建 1．引起創(chuàng)建進(jìn)程的事件 ▲ 用戶登錄 ▲ 作業(yè)調(diào)度 ▲ 提供服務(wù) 當(dāng)用戶進(jìn)程提出某種請(qǐng)求后 ， 系統(tǒng)將專(zhuān)門(mén)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程來(lái)提供用戶所需的服務(wù) 。 如 ， 文件打印 。 上述三種情況，都是由系統(tǒng)內(nèi)核為它創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。 ▲ 應(yīng)用請(qǐng)求： 是基于應(yīng)用進(jìn)程的需求，由應(yīng)用進(jìn)程自己創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程，以便新進(jìn)程以并發(fā)運(yùn)行方式完成特定任務(wù)。 94 2．進(jìn)程的創(chuàng)建 調(diào)用進(jìn)程創(chuàng)建原語(yǔ) Create（），按下述步驟創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程： （ 1）申請(qǐng)空白 PCB； （ 2）為新進(jìn)程分配資源。主要是內(nèi)存空間。 （ 3）初始化 PCB。包括： 初始化標(biāo)識(shí)信息 初始化處理機(jī)狀態(tài)信息： 程序計(jì)數(shù)器，堆棧指針等 進(jìn)程狀態(tài) ——就緒或靜止就緒、優(yōu)先級(jí)等。 初始化處理機(jī)控制信息： （ 4）將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列 。 95 1．引起進(jìn)程終止的事件 ▲ 正常結(jié)束 ▲ 外界干預(yù) ? 越界錯(cuò)誤 ? 保護(hù)錯(cuò) ——試圖訪問(wèn)不允許訪問(wèn)的資源或文件 ， 或者以不適當(dāng)方式訪問(wèn) ? 非法指令 ? 特權(quán)指令錯(cuò) ——用戶程序試圖執(zhí)行只允許 OS執(zhí)行的指令 ? 運(yùn)行超時(shí)