【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第 40頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 引入虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)后，需要進(jìn)一步區(qū)分進(jìn)程的地址空間狀態(tài)，從而需要引入新的狀態(tài)，掛起狀態(tài)。 ? 把原來的就緒狀態(tài)和阻塞狀態(tài)進(jìn)行了細(xì)分。好處是： ? ①提高處理器效率 ? ②可為運(yùn)行進(jìn)程提供足夠內(nèi)存 ? ③有利于調(diào)試 操作系統(tǒng)教程課件 第 41頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 新引入的狀態(tài)轉(zhuǎn)換有掛起和激活兩類，意義有變化的狀態(tài)轉(zhuǎn)換有事件出現(xiàn)和收容兩類。 ? 1) 掛起 (suspend)：把一個(gè)進(jìn)程從內(nèi)存轉(zhuǎn)到外存；可能有以下幾種情況： ? 阻塞到阻塞掛起 ? 就緒到就緒掛起 ? 運(yùn)行到就緒掛起 ? 2) 激活 (activate)：把一個(gè)進(jìn)程從外存轉(zhuǎn)到內(nèi)存，可能有以下幾種情況： ? 就緒掛起到就緒 ? 阻塞掛起到阻塞 ? 3) 事件出現(xiàn) (event occur)：進(jìn)程等待的事件出現(xiàn)，如操作完成、申請(qǐng)成功等；可能的情況有： ? 阻塞到就緒 ? 阻塞掛起到就緒掛起 ? 4)收容 (admit)：收容一個(gè)新進(jìn)程，進(jìn)入就緒狀態(tài)或就緒掛起狀態(tài)。進(jìn)入就緒掛起的原因是系統(tǒng)希望保持一個(gè)大的就緒進(jìn)程表 (掛起和非掛起 )。 操作系統(tǒng)教程課件 第 42頁 機(jī)械工業(yè)出版社 進(jìn)程互斥和同步 ? 在具體的操作系統(tǒng)中，有了進(jìn)程對(duì)象后，進(jìn)程的并發(fā)現(xiàn)象不可避免，如何解決并發(fā)帶來的與時(shí)間有關(guān)的問題，即互斥和同步問題，用戶如何與進(jìn)程通信呢？ ? Windows 2022為用戶提供了對(duì)互鎖變量、信號(hào)量對(duì)象、互斥對(duì)象、臨界區(qū)對(duì)象、事件對(duì)象等的API調(diào)用，可以方便用戶實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥和同步，而無需深入互斥和同步的具體實(shí)現(xiàn)。 ? 另外，提供的信號(hào) (signal)通信方式，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程向外界通信，使得外界用戶可以通過信號(hào)來處理進(jìn)程。 操作系統(tǒng)教程課件 第 43頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 1．互斥和同步的相關(guān)對(duì)象 ? 在 Windows 2022中提供了互斥對(duì)象、信號(hào)量對(duì)象和事件對(duì)象等三種同步對(duì)象和相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，用于進(jìn)程和線程同步 ? 對(duì)象中的對(duì)象名稱和狀態(tài)，分別用于識(shí)別和引用 ? 對(duì)象狀態(tài)可分成可用和不可用兩種 ? 對(duì)象可用 (signaled state)表示該對(duì)象不被任何線程使用或所有 ? 對(duì)象不可用 (nonsignaled state)表示該對(duì)象被某線程使用 操作系統(tǒng)教程課件 第 44頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 互鎖變量訪問是最基本的互斥手段，其他的互斥和共享機(jī)制都是以它為基礎(chǔ)的。 ? 臨界區(qū)對(duì)象 (Critical Section)，只能用于在同一進(jìn)程內(nèi)使用的臨界區(qū)，同一進(jìn)程內(nèi)各線程對(duì)它的訪問是互斥進(jìn)行的。 ? 信號(hào)量對(duì)象 (Semaphore)的取值在 0到指定最大值之間，用于限制并發(fā)訪問的線程數(shù)。 ? 互斥對(duì)象 (Mutex)，相當(dāng)于互斥信號(hào)量，在一個(gè)時(shí)刻只能被一個(gè)線程使用。 ? 事件對(duì)象 (Event)相當(dāng)于 觸發(fā)器 ，可通知一個(gè)或多個(gè)線程某事件的出現(xiàn)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 45頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 2． Windows 2022的信號(hào) (signal) ? Windows 2022的信號(hào) ? 是進(jìn)程與外界的一種低級(jí)通信方式 ? 進(jìn)程可發(fā)送信號(hào)，每個(gè)進(jìn)程都有指定信號(hào)處理例程。 ? 信號(hào)通信是單向和異步的。 ? Windows 2022有兩組與信號(hào)相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用，分別處理不同的信號(hào) : ? SetConsoleCtrlHaldler ? GenerateConsoleCtrlEvent。 操作系統(tǒng)教程課件 第 46頁 機(jī)械工業(yè)出版社 線程 ? Windows 2022用進(jìn)程和線程概念表示可執(zhí)行代碼的活動(dòng)。 ? 在 Windows 2022中 ? 線程是可被內(nèi)核調(diào)度的執(zhí)行單位 ? 每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)或多個(gè)線程 ? 處理機(jī)調(diào)度的調(diào)度對(duì)象是線程 ? 線程調(diào)度并不是單純使用某一種調(diào)度算法，而是多種算法的綜合體，針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的需要進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化和改進(jìn)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 47頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? Windows 2022的線程是內(nèi)核線程 ? Windows 2022把線程狀態(tài)分成七種狀態(tài)，與單掛起進(jìn)程模型很相似，區(qū)別在于從就緒狀態(tài)到運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中多了一個(gè)備用狀態(tài)，以此來優(yōu)化線程的搶先特征。 ? ①、創(chuàng)建和初始化線程對(duì)象； ? ②、等待運(yùn)行的就緒狀態(tài)； ? ③、優(yōu)先級(jí)最高的就緒線程轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)； ? ④、運(yùn)行態(tài)； ? ⑤、等待信號(hào)的等待態(tài)； ? ⑥、為等待執(zhí)行時(shí)所需資源所處的轉(zhuǎn)換態(tài)； ? ⑦、執(zhí)行完成后所處的終止態(tài)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 48頁 機(jī)械工業(yè)出版社 操作系統(tǒng)教程課件 第 49頁 圖 711 Windows 2022的線程狀態(tài) 機(jī)械工業(yè)出版社 ? Windows 2022中線程控制采用的系統(tǒng)調(diào)用： ? （ 1） CreateThread 完成線程創(chuàng)建，在調(diào)用進(jìn)程的地址空間上創(chuàng)建一個(gè)線程，以執(zhí)行指定的函數(shù)；它的返回值為所創(chuàng)建線程的句柄。 ? （ 2） ExitThread 用于結(jié)束當(dāng)前線程。 ? （ 3） SuspendThread 可掛起指定的線程。 ? （ 4） ResumeThread 可激活指定線程，它的對(duì)應(yīng)操作是遞減指定線程的掛起計(jì)數(shù)，當(dāng)掛起計(jì)數(shù)減為 0時(shí)，線程恢復(fù)執(zhí)行。 操作系統(tǒng)教程課件 第 50頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? Windows 2022嚴(yán)格基于線程的優(yōu)先級(jí)來確定哪一個(gè)線程將占用處理機(jī)并進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。 ? 線程的優(yōu)先級(jí)分為 32個(gè)級(jí)別，優(yōu)先級(jí) 0由系統(tǒng)所保留，分為兩大類： ? 實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)類（ 16—31） ? 可變優(yōu)先級(jí)類（ 1—15） 操作系統(tǒng)教程課件 第 51頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? Windows 2022在單處理機(jī)系統(tǒng)和多處理機(jī)系統(tǒng)中的線程調(diào)度是不同的 ? 引起調(diào)度程序重新調(diào)度的時(shí)機(jī)和事件有： ? ①、當(dāng)線程變?yōu)榫途w時(shí)； ? ②、當(dāng)線程的時(shí)間段 (片 )結(jié)束或線程終止時(shí)； ? ③、當(dāng)調(diào)度程序或執(zhí)行體改變線程優(yōu)先級(jí)時(shí)； ? ④、當(dāng)執(zhí)行體或應(yīng)用程序改變正在運(yùn)行線程的處理器族時(shí)。 ? 還要強(qiáng)調(diào)的是，內(nèi)核的線程調(diào)度程序采用可搶占的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法 操作系統(tǒng)教程課件 第 52頁 機(jī)械工業(yè)出版社 Windows 2022內(nèi)存管理 ? 概述 ? 內(nèi)存對(duì)象 ? 動(dòng)態(tài)鏈接庫 (DLL) ? 頁面文件 操作系統(tǒng)教程課件 第 53頁 機(jī)械工業(yè)出版社 概述 ? 存儲(chǔ)管理是操作系統(tǒng)一個(gè)不可缺少的功能。 ? 介紹 Windows 2022 ? 組成 ? 分配 ? 保護(hù)機(jī)制 操作系統(tǒng)教程課件 第 54頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 1．組成部分 ? Windows 2022系統(tǒng)中存儲(chǔ)器管理由一組執(zhí)行體系統(tǒng)服務(wù)程序，一個(gè)轉(zhuǎn)換無效和訪問錯(cuò)誤陷阱處理程序和六個(gè)關(guān)鍵的組件組成。 操作系統(tǒng)教程課件 第 55頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 2．主存分配方式 ? Windows 2022對(duì)系統(tǒng)主存的分配主要采用兩種方式： ? 非分頁緩沖池方式由系統(tǒng)虛擬地址組成，它們長期駐留在物理主存中，在任何時(shí)候都可以被訪問到（從任何 IRQL級(jí)和任何進(jìn)程上下文），而不會(huì)發(fā)生頁錯(cuò)誤。 ? 分頁緩沖池方式是指系統(tǒng)中可以被分配的頁與系統(tǒng)空間中虛擬主存組成的一個(gè)區(qū)域。執(zhí)行體系統(tǒng)服務(wù)程序不必從延遲過程調(diào)用（DPC， Deferred Procedure Call）或更高一級(jí)去訪問主存的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，可以使用分頁緩沖池。 ? Windows 2022的主存分配是使用三組函數(shù)實(shí)現(xiàn)： ? 以頁為單位的虛擬主存函數(shù)（ Virtualxxx）； ? 主存映射文件函數(shù)（ CreateFileMapping , MapViewOfFile）； ? 堆函數(shù)（ Heapxxx ）。 操作系統(tǒng)教程課件 第 56頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 3．主存保護(hù)機(jī)制 ? 所有系統(tǒng)范圍內(nèi)的核心態(tài)組件使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和主存緩沖池只能在核心態(tài)下被訪問 ? 每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)獨(dú)立、私有的地址空間，禁止其它進(jìn)程的線程訪問 ? 主存保護(hù)的支持提供了主存保護(hù)措施（如讀 /寫，只讀等） ? 共享主存區(qū)域?qū)ο缶哂袠?biāo)準(zhǔn)的 Windows 2022存取控制表（ ACLs） ? 系統(tǒng)主存的地址變換機(jī)制 操作系統(tǒng)教程課件 第 57頁 機(jī)械工業(yè)出版社 操作系統(tǒng)教程課件 第 58頁 圖 712 地址變換機(jī)制 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 4．虛擬存儲(chǔ)管理 ? 虛擬存儲(chǔ)管理程序使用 32位地址，每個(gè)進(jìn)程有 4GB的虛擬地址空間。 ? 高地址部分保留給系統(tǒng)使用，低地址部分是用戶存儲(chǔ)區(qū)，它們各占 2GB。 ? 用戶存儲(chǔ)區(qū)可被用戶態(tài)和核心態(tài)線程存取，并對(duì)每個(gè)進(jìn)程都是惟一的； ? 系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)只能供核心態(tài)線程存取，且對(duì)所有進(jìn)程都相同。 操作系統(tǒng)教程課件 第 59頁 機(jī)械工業(yè)出版社 操作系統(tǒng)教程課件 第 60頁 圖 713 虛擬地址空間 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 在 Windows 2022中，采用請(qǐng)求分頁的虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)，頁幀和頁面的大小均為 4KB。 ? Windows 2022的地址機(jī)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的頁面地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，它采用二級(jí)頁表結(jié)構(gòu)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 61頁 目錄位移 頁表位移 頁內(nèi)位移 頁目錄地址 頁幀地址 。 虛擬地址 頁目錄 頁表 物理地 址空間 頁幀 頁表地址 。 31 22 21 12 11 0 圖 714 二級(jí)頁表地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 機(jī)械工業(yè)出版社 內(nèi)存對(duì)象 ? Windows 2022是多任務(wù)系統(tǒng)，它的內(nèi)存管理和單任務(wù)的 DOS相比有很大的差異 ? DOS是單任務(wù)操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序分配到內(nèi)存后，如果它不主動(dòng)釋放，系統(tǒng)是不會(huì)對(duì)它作任何改變的； ? Windows 2022在同一時(shí)刻可能有多個(gè)應(yīng)用程序共享內(nèi)存，有時(shí)為了使某個(gè)任務(wù)更好地執(zhí)行，Windows 2022系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)其它任務(wù)分配的內(nèi)存進(jìn)行移動(dòng)，甚至刪除。 操作系統(tǒng)教程課件 第 62頁 機(jī)械工業(yè)出版社 ?