【文章內(nèi)容簡介】 ? 操作結(jié)束后進(jìn)行調(diào)度，改變用戶進(jìn)程狀態(tài)，選擇下一個(gè)運(yùn)行程序 ? 用戶進(jìn)程恢復(fù)正常運(yùn)行，此時(shí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序無事可干，又陷入阻塞 I/O軟件管理 30 操作系統(tǒng)課程講義 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn) ? 用來控制設(shè)備控制器的代碼和指令，被稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 目前的體系結(jié)構(gòu)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)儆诓僮飨到y(tǒng)的內(nèi)核部分 ? 操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，需要提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口函數(shù)，用于封裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的存在形式：與操作系統(tǒng)統(tǒng)一編譯，或者運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接 ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工作過程 ? 接受上層用戶發(fā)送的各類參數(shù)，并對輸入?yún)?shù)進(jìn)行檢查 ? 對硬件設(shè)備的可用性進(jìn)行檢查，并接通或者啟動(dòng)設(shè)備 ? 控制設(shè)備完成對應(yīng)的操作（通過設(shè)置接口寄存器實(shí)現(xiàn)） ? 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 I/O，同時(shí)返回操作的狀態(tài)結(jié)果。 ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)工作過程中的特殊考慮 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的工作方式：同步阻塞或持續(xù)運(yùn)行 ? 同步阻塞模式下，必須考慮支持“中斷嵌套”的情況，將其設(shè)計(jì)為可重入 ? 熱插拔系統(tǒng)中，自動(dòng)的適應(yīng)設(shè)備插入或者卸載 I/O軟件管理 31 操作系統(tǒng)課程講義 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的統(tǒng)一接口 I/O軟件管理 32 操作系統(tǒng)課程講義 緩沖機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) I/O軟件管理 33 操作系統(tǒng)課程講義 用戶空間的 I/O軟件 ?I/O操作相關(guān)的庫函數(shù)或工具包 ?實(shí)現(xiàn)對 OS內(nèi)核設(shè)備 I/O管理機(jī)制的封裝 ?向應(yīng)用層用戶提供規(guī)范、簡潔的操作接口 ?實(shí)現(xiàn) I/O管理底層機(jī)制與上層用戶的交互 ?假脫機(jī)（ Spooling）技術(shù) ?通過應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)對獨(dú)占式 I/O設(shè)備的管理 ? 緩沖＋封裝：用戶只需要管理“特殊 I/O文件” ?守護(hù)進(jìn)程（ Daemon）：實(shí)現(xiàn)假脫機(jī)目錄 ? 利用應(yīng)用程序，將獨(dú)占式 I/O設(shè)備虛擬為共享設(shè)備 I/O軟件管理 34 操作系統(tǒng)課程講義 I/O設(shè)備管理小結(jié) ?I/O設(shè)備管理面對的各種沖突和矛盾 ?“獨(dú)特性”與“兼容性” ——標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境下的發(fā)展選擇 ?“高性能”與“友好性” ——系統(tǒng)資源消耗的代價(jià)取舍 ?硬件實(shí)現(xiàn)與軟件模擬 ——成本與性能之間的權(quán)衡 ?I/O設(shè)備管理的思維方式 ?統(tǒng)一、規(guī)范的軟硬件平臺(tái)是一切技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ) ?性能穩(wěn)定和錯(cuò)誤處理機(jī)制是一切應(yīng)用普及的前提 ?系統(tǒng)觀：軟硬搭配、高低結(jié)合是復(fù)雜問題的解決思路 ?未來趨勢：隨著硬件成本的降低，軟件的作用越來越大 I/O設(shè)備管理 35 操作系統(tǒng)課程講義 內(nèi)容提要 ? I/O設(shè)備管理概述 ? I/O硬件原理與軟件原理 ? 進(jìn)程死鎖 ? I/O設(shè)備管理實(shí)例剖析 內(nèi)容提要 36 操作系統(tǒng)課程講義 進(jìn)程死鎖原理 ?死鎖舉例 ?進(jìn)程 A：獲得 CDROM使用權(quán)，申請打印機(jī) ?進(jìn)程 B：獲得打印機(jī)使用權(quán)，申請 CDROM ?死鎖：此時(shí)進(jìn)程 A、 B均被阻塞，無法運(yùn)行 進(jìn)程死鎖 進(jìn)程 A 進(jìn)程 B 打印機(jī) CDROM 37 操作系統(tǒng)課程講義 進(jìn)程死鎖原理 ?死鎖的定義 進(jìn)程死鎖 若一個(gè)進(jìn)程集合中的每一個(gè)進(jìn)程都在等待只能由本集合中其他進(jìn)程引發(fā)的事件。則這種情況為死鎖。 ?死鎖發(fā)生的條件 ? 互斥條件：每一個(gè)資源或者空閑，或者被分配給一個(gè)進(jìn)程 ? 保持和等待條件：已占有某些資源的進(jìn)程需申請新的資源后方可繼續(xù)運(yùn)行 ? 非剝奪條件：被進(jìn)程占用的資源不可剝奪，只能被進(jìn)程本身顯式釋放 ? 循環(huán)等待條件：系統(tǒng)必然存在一條由兩個(gè)或兩個(gè)以上進(jìn)程組成的循環(huán)鏈，該循環(huán)鏈中每個(gè)進(jìn)程都在等待臨近的進(jìn)程釋放資源 38 操作系統(tǒng)課程講義 如何理解死鎖 ?概念基礎(chǔ) ?資源、可剝奪資源與不可剝奪資源 ?可剝奪資源會(huì)造成死鎖嗎？（舉例） ?發(fā)生條件分析 ?保持當(dāng)前資源，等待未分配資源 ?存在循環(huán)的保持等待鏈，造成死鎖情況 ?對比理解 ?死鎖與互斥有哪些異同？ ?操作系統(tǒng)為什么要解決死鎖問題？ ?在所有的操作系統(tǒng)中都會(huì)發(fā)生死鎖問題嗎？ 進(jìn)程死鎖 39 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖的形式化描述 ?基于有向圖描述死鎖條件 進(jìn)程死鎖 40 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖現(xiàn)象與死鎖過程 ?產(chǎn)生死鎖的進(jìn)程運(yùn)行過程示例 進(jìn)程死鎖 41 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖現(xiàn)象與死鎖過程 進(jìn)程死鎖 ?產(chǎn)生死鎖的進(jìn)程運(yùn)行過程示例 42 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖處理策略 ?不理會(huì)死鎖 ?原因：為什么耗費(fèi)大量的時(shí)間在小概率事件上呢？ ?死鎖檢測與恢復(fù) ?目標(biāo)：檢測死鎖發(fā)生，通過撤銷進(jìn)程恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行 ?死鎖預(yù)防 ?目標(biāo)：對進(jìn)程加以適當(dāng)限制以防止死鎖情況發(fā)生 ?死鎖避免 ?目標(biāo)：不對進(jìn)程加以限制，由操作系統(tǒng)完成死鎖預(yù)防 進(jìn)程死鎖 43 操作系統(tǒng)課程講義 鴕鳥算法 ?核心思想：忽略死鎖問題 ?原因：死鎖問題的發(fā)生是小概率事件 ?策略分析 ?方便性與正確性之間的選擇 ?平均情況與最壞情況的選擇 進(jìn)程死鎖 44 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖檢測與恢復(fù) ?核心思想：將系統(tǒng)從死鎖中解脫 ?方法動(dòng)機(jī)：與其耗費(fèi)大量時(shí)間來避免死鎖的發(fā)生，不如采取有效的手段解決死鎖 ?死鎖檢測的解決方法 ?每個(gè)類型的資源只有一個(gè)：基于圖和集合的算法檢測是否有閉環(huán) ?每個(gè)類型的資源有多個(gè)：基于矩陣和向量比較方法檢測是否存在死鎖 ?死鎖恢復(fù)的解決方法 ?進(jìn)行資源搶占：將某個(gè)進(jìn)程的資源強(qiáng)制性分配給其他進(jìn)程 ?利用回退恢復(fù)：設(shè)定檢查點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)存在死鎖情況后則回退 ?殺死進(jìn)程恢復(fù)：直接殺掉占用資源的進(jìn)程，使得其他進(jìn)程得以運(yùn)行；最關(guān)鍵的問題是選擇殺死哪一個(gè)進(jìn)程 進(jìn)程死鎖 45 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖檢測算法簡介 ?每個(gè)類型的資源只有一個(gè) ?建立資源分配圖結(jié)構(gòu)，記錄了所有的進(jìn)程、資源和有向邊 ?從任一結(jié)點(diǎn)開始進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷，如找到閉環(huán)則結(jié)束 ?如某條遍歷路徑已經(jīng)到達(dá)終點(diǎn)，則回退至上一結(jié)點(diǎn)，繼續(xù)重復(fù)此過程 ?每個(gè)類型的資源有多個(gè) ?建立現(xiàn)有資源標(biāo)量、可用資源標(biāo)量、當(dāng)前分配矩陣、請求矩陣等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ?對當(dāng)前分配矩陣，尋找可滿足資源需求的進(jìn)程，對其標(biāo)記 ?如果有進(jìn)程沒有被標(biāo)記，說明該進(jìn)程是死鎖進(jìn)程 進(jìn)程死鎖 46 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖預(yù)防 ?核心思想：對進(jìn)程加以限制防止死鎖發(fā)生 ?設(shè)計(jì)思路：針對四個(gè)死鎖條件，逐一避免 ?具體解決方法 ?互斥條件：使用 Spooling技術(shù)來管理設(shè)備（ ?保持和等待條件：資源可用性決定資源分配 ?不可剝奪條件：由系統(tǒng)直接剝奪此類資源 ?循環(huán)鏈條件：資源編號(hào)，按預(yù)定規(guī)則申請 進(jìn)程死鎖 47 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖避免 ?核心思想：不對進(jìn)程進(jìn)行限制，預(yù)防死鎖 ?設(shè)計(jì)思路：操作系統(tǒng)分析資源分配情況防止死鎖 ?核心思想 ?安全狀態(tài)：存在某種資源調(diào)度順序，保證所有進(jìn)程正常運(yùn)行完成，則稱該狀態(tài)為安全狀態(tài) ?不安全狀態(tài)：不存在可滿足所有進(jìn)程正常運(yùn)行的資源調(diào)度順序，則稱該狀態(tài)為不安全狀態(tài) ?具體實(shí)現(xiàn)方法 ?資源軌跡圖：針對兩個(gè)進(jìn)程的死鎖避免 ?銀行家算法：單種資源和多種資源的算法 進(jìn)程死鎖 48 操作系統(tǒng)課程講義 使用資源軌跡圖方法避免死鎖 ?針對兩個(gè)進(jìn)程、兩種資源的死鎖避免方法 ?條件： ?兩個(gè)進(jìn)程 A和 B，兩種資源“打印機(jī)”和“繪圖儀” ?根據(jù)指令運(yùn)行過程來判斷是否發(fā)生死鎖 ?進(jìn)程 A： P點(diǎn)啟動(dòng)， I1~I3使用打印機(jī)， I2~I4使用繪圖儀； ?進(jìn)程 B： Q點(diǎn)啟動(dòng)， I5~I7使用繪圖儀， I6~I8使用打印機(jī)； 進(jìn)程死鎖 49 操作系統(tǒng)課程講義 使用資源軌跡圖方法避免死鎖 進(jìn)程死鎖 50 操作系統(tǒng)課程講義 單種資源銀行家算法 ?核心思想