【文章內(nèi)容簡介】 換 D. 控制、管理計算機系統(tǒng)的資源和程序的執(zhí)行 2． ______不是分時系統(tǒng)的特點。 A．多個用戶是經(jīng)過網(wǎng)絡連接，同時使用計算機系統(tǒng) B．各用戶可同時請求系統(tǒng)服務 C．各用戶的請求彼此獨立，互不干擾 D．用戶以會話方式控制自己的程序運行 D A 68 3．分時操作系統(tǒng)的主要目的是 。 A．計算機系統(tǒng)的交互性 B．計算機系統(tǒng)的實時性 C．計算機系統(tǒng)的可靠性 D．提高軟件的運行速度 4．以下描述與操作系統(tǒng)無關(guān)的是 。 A. 方便用戶的程序集合 B. 控制和管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源 C. 計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源的集合 D. 合理地組織計算機工作流程 A C 69 5．分時操作系統(tǒng)的特點是 。 A. 交互性、同時性、獨立性、及時性 B. 可靠性、交互性、獨立性、及時性 C. 可靠性、實時性、獨立性、及時性 D. 交互性、同時性、獨立性、實時性 6．下列各項中， 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，對響應時間要求最高的是 。 A．批處理系統(tǒng) B. 分時系統(tǒng) C. 實時系統(tǒng) D. 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) A C C 70 8．對出現(xiàn)的中斷事件是由 進行處理的。 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 進行管理的軟件。 A．系統(tǒng)軟件 B．系統(tǒng)硬件 C．計算機資源 D．計算機程序 71 11．設計實時操作系統(tǒng)時，首先要考慮系統(tǒng)的 。 A．實時性和可靠性 B．實時性和靈活性 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、人機交互的 。 A. 多道批處理系統(tǒng) B. 實時系統(tǒng) C. 分時系統(tǒng) D. 分布式系統(tǒng) 13．操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中處于 之間的位置。 A．計算機硬件和軟件 B．計算機硬件和用戶 C．處理機和用戶 D．外部設備和處理機 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．對話框 15．分時系統(tǒng)響應時間與 有關(guān)。 A．每個應用進程分配的時間片長度 B．進程大小 C．就緒進程數(shù)目 D．就緒進程數(shù)目和時間片長度 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．磁盤文件目錄管理軟件 D．進程通信服務例程 返回總目錄 73 第 2章 進程管理 進程的基本概念 進程控制 進程同步 經(jīng)典進程同步問題 管程機制 實現(xiàn)互斥的軟件機制和硬件機制 (補充 ) 進程通信 線程 第一次課內(nèi)上機實驗 74 進程的基本概念 ? 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 ? 進程的特征與狀態(tài) ? 進程控制塊 75 程序的順序執(zhí)行及其特征 順序執(zhí)行包含兩層含義： ? 對于多個用戶程序來說，所有程序是依次執(zhí)行的。（外部順序性） ? 對于一個程序來說，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： 處理機的操作嚴格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行，即每一操作必須在下一操作開始之前結(jié)束（或者說下一操作必須在當前操作結(jié)束后才能開始）。 （ 2）封閉性： 程序是在封閉的環(huán)境下執(zhí)行的。即 ● 程序運行時獨占全機資源，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)行時的環(huán)境和初始條件相同，當程序重復執(zhí)行時，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： ? 對于一個程序來說，它的所有指令是按序執(zhí)行的。（內(nèi)部順序性） ? 對于多個程序（進程）來說，所有進程是交叉執(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，由于它們共享系統(tǒng)資源，以及為完成同一任務而相互合作，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 ”這種間斷性活動規(guī)律。 2）失去封閉性： 程序在并發(fā)執(zhí)行時，由于多個程序共享系統(tǒng)資源，因而這些資源的狀態(tài)將由多個程序來改變，致使程序的運行已失去了封閉性。 某程序的執(zhí)行時，會受到其他程序的影響。 79 3）不可再現(xiàn)性 ——與時間有關(guān)的錯誤 程序在并發(fā)執(zhí)行時，由于失去了封閉性，也將導致其失去可再現(xiàn)性。 例如 ：有兩個循環(huán)程序 A和 B，它們共享一個變量 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，可能出現(xiàn)下述三種情況 (設 N的值為 10)： (1) N=N+1在 print(N)和 N=0之前 ， 此時得到的 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?？梢娪嬎憬Y(jié)果已與并發(fā)程序的執(zhí)行速度 (推進速度 )有關(guān)，從而使程序執(zhí)行失去了可再現(xiàn)性。 80 進程的特征與狀態(tài) 1．進程的定義和特征 進程是程序在一個數(shù)據(jù)集上的運行過程，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。 (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 進程實體 。 2）動態(tài)性： 進程的實質(zhì)是進程實體的一次執(zhí)行過程，故動態(tài)性是進程的最基本特征。 進程的特征： 81 4）獨立性 ： 在傳統(tǒng)的 OS中 ， 獨立性是指進程實體是一個能獨立運行 、 獨立分配資源和獨立接受調(diào)度的基本單位 。 5）異步性 ： 是指進程按各自獨立的、不可預知的速度向前推進，或說進程實體按異步方式運行。 3）并發(fā)性： 這是指多個進程實體同存于內(nèi)存中，且能在一段時間內(nèi)同時運行。 82 進程的三種基本狀態(tài)： 1）就緒（ Ready）狀態(tài)： 當進程已分配到除 CPU以外的所有資源后，只要再獲得 CPU，便可立即執(zhí)行，進程這時的狀態(tài)稱為就緒狀態(tài)。 2）執(zhí)行（ Running）狀態(tài) : 進程已獲得 CPU，其程序正在執(zhí)行 。 3）阻塞（ Blocked）狀態(tài) : 正在執(zhí)行的進程由于發(fā)生某事件而暫時無法繼續(xù)執(zhí)行時，便放棄處理機而處于暫停狀態(tài)，亦即進程的執(zhí)行受到阻塞，把這種暫停狀態(tài)稱為阻塞狀態(tài)（或等待狀態(tài)） 。 83 進程的三種基本狀態(tài)的轉(zhuǎn)換： 進程調(diào)度 ：就緒態(tài) ?執(zhí)行態(tài) 時間片完 ：執(zhí)行態(tài) ?就緒態(tài) 請求 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）終端用戶的請求： （ 2）父進程請求： （ 3）負荷調(diào)節(jié)的需要 ： （ 4）操作系統(tǒng)的需要 ： 當 終端用戶在自己的程序運行期間發(fā)現(xiàn)有可疑問題時，希望暫停執(zhí)行。 希望考察和修改子進程，或協(xié)調(diào)各子進程間的活動時 實時系統(tǒng)中工作負荷較重時，系統(tǒng)可把一些不重要的進程掛起。 操作系統(tǒng)有時希望掛起某些進程 ，以便檢查運行中的資源使用情況或進行記賬 。 85 2）具有掛起狀態(tài)系統(tǒng)的進程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 ● 活動就緒 → 靜止就緒 ● 活動阻塞 → 靜止阻塞 ● 靜止就緒 → 活動就緒 ● 靜止阻塞 → 活動阻塞 掛起原語 Suspend 激活原語 Active 86 為了描述和控制進程的運行，系統(tǒng)為每個進程定義了一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ——進程控制塊。 進程控制塊是進程實體的一部分，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： 使一個在多道程序環(huán)境下不能獨立運行的程序 (含數(shù)據(jù) )，成為一個能獨立運行的基本單位 ， 一個能與其它進程并發(fā)執(zhí)行的進程 。 或者說 ， OS是根據(jù) PCB來對并發(fā)進程進行控制和管理的 。 例如：進程調(diào)度；現(xiàn)場保護和恢復；進程同步和通信。 PCB是進程存在的唯一標志 進程控制塊（ PCB） 87 2．進程控制塊中的信息 PCB中記錄了操作系統(tǒng)所需的、用于描述進程當前情況以及控制進程運行的全部信息。具體包括下述四方面的信息： 1）進程標識符： 內(nèi)部標識符 (進程號 )； 外部標識符 (名 )； 父進程標識及子進程標識；用戶標識 2）處理機狀態(tài)： 處理機狀態(tài)信息主要由處理機的各種寄存器中的內(nèi)容組成的。寄存器包括：通用寄存器、指令計數(shù)器、程序狀態(tài)字（ PSW）寄存器、用戶棧指針。 (保護、恢復現(xiàn)場 ) 當處理機被中斷時，這些信息都必須保存到 PCB中，以便該進程重新執(zhí)行時，能從斷點繼續(xù)執(zhí)行。 88 3）進程調(diào)度信息 ： 在 PCB中還存放一些與 進程調(diào)度 和進程對換有關(guān)的信息。包括： ★ 進程狀態(tài) ——作為調(diào)度和對換時的依據(jù)。 ★ 進程優(yōu)先級 ——由于描述進程使用處理機的優(yōu)先級別的一個整數(shù)，優(yōu)先級高的進程優(yōu)先獲得處理機。 ★ 進程調(diào)度所需的其它信息 ——它們與所采用的進程調(diào)度算法有關(guān)。 …… ★ 事件 ——即阻塞原因。 89 4）進程控制信息： ? 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； ? 進程同步和通信機制 ——如信號量、消息隊列指針等，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、進程所需的全部資源及已經(jīng)分配到該進程的資源的清單； ? 鏈接指針 ——它給出本進程（ PCB）所在隊列中下一個進程的 PCB的首址。 90 3．進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隊列。形成： 就緒隊列 、 阻塞隊列 、 空白隊列 等 91 2）索引方式 : 系統(tǒng)根據(jù)所有進程的狀態(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用單元中； ▲每個索引表的表目中，記錄具有相應狀態(tài)的某個 PCB的首址。 92 進程控制 ?進程控制是進程管理中最基本的功能。 ?進程控制包括： ? 創(chuàng)建進程 ? 終止進程 ? 進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換 ?進程控制是由 OS的內(nèi)核完成的。 93 進程的創(chuàng)建 1．引起創(chuàng)建進程的事件 ▲ 用戶登錄 ▲ 作業(yè)調(diào)度 ▲ 提供服務 當用戶進程提出某種請求后 ， 系統(tǒng)將專門創(chuàng)建一個進程來提供用戶所需的服務 。 如 ， 文件打印 。 上述三種情況，都是由系統(tǒng)內(nèi)核為它創(chuàng)建一個新進程。 ▲ 應用請求： 是基于應用進程的需求，由應用進程自己創(chuàng)建一個新進程，以便新進程以并發(fā)運行方式完成特定任務。 94 2．進程的創(chuàng)建 調(diào)用進程創(chuàng)建原語 Create（），按下述步驟創(chuàng)建一個進程： （ 1）申請空白 PCB； （ 2）為新進程分配資源。主要是內(nèi)存空間。 （ 3）初始化 PCB。包括： 初始化標識信息 初始化處理機狀態(tài)信息： 程序計數(shù)器，堆棧指針等 進程狀態(tài) ——就緒或靜止就緒、優(yōu)先級等。 初始化處理機控制信息： （ 4）將新進程插入就緒隊列 。 95 1．引起進程終止的事件 ▲ 正常結(jié)束 ▲ 外界干預 ? 越界錯誤 ? 保護錯 ——試圖訪問不允許訪問的資源或文件 ， 或者以不適當方式訪問 ? 非法指令 ? 特權(quán)指令錯 ——用戶程序試圖執(zhí)行只允許 OS執(zhí)行的指令 ? 運行超時