操作系統(tǒng)第三章-處理器管理

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 第三章本章從多道程序設計出發(fā),引入了進程的概念,進程的基本狀態(tài)和進程隊列等基本內容,同時對中斷系統(tǒng)進行了詳細介紹;在此基礎上,對進程調度策略進行了詳盡的敘述.本章是本節(jié)中比較重要的章節(jié),由于進程的概念十分重要又相當抽象,讀者可以結合下面的講解深入理解本章的內容 第1節(jié) 多道程序設計一,重要知識點 (要求到達”領會”層次 )(1) 什么是多道程序設計(2)多道程序設計利用了系統(tǒng)與外圍設備的進行工作能力，從而提高系統(tǒng)的工作效率（3）多到程序設計對算題量和算題時間的影響二，知識點剖析（學習重點）（1）什么是多到程序設計 讓多個計算問題同時裝入一個計算機系統(tǒng)的主存儲器并行執(zhí)

2、行，這種程序設計技術成為“多道程序設計”，這種計算機系統(tǒng)稱為“多道程序設計系統(tǒng)”或簡稱“多道系統(tǒng)”（）多道程序設計利用了系統(tǒng)與外圍設備的并行工作能力，從而提高了系統(tǒng)的工作效率 “單道”系統(tǒng)一次只允許一個作業(yè)裝入計算機的主存儲器運行,在執(zhí)行時不能使輸入/輸出設備和處理器管理同時工作,也無法充分利用CPU現(xiàn)代計算機的處理器同外圍設備之間,以及外圍設備之間都具有并行工作的能力,采用多道程序設計技術后,能提高整個系統(tǒng)的效率.這表現(xiàn)在以下的3個方面:*提高了處理器的利用率*充分利用了外圍設備資源*發(fā)揮了處理器同外圍設備之間,以及外圍設備相互間的并行工作多道程序設計的實質就是充分利用硬件的并行工作能力.所

3、以,從總體上說,采用多道程序設計技術可有效地提高系統(tǒng)中的資源的利用率,增加單位時間內的算題量,從而提高系統(tǒng)的吞吐率(3) 多道程序設計對算題量和算題時間的影響 *可能延長某些程序的執(zhí)行時間.多道程序設計能提高系統(tǒng)的吞吐量,但可能會延長某些程序的執(zhí)行時間. *并行工作道數(shù)跟系統(tǒng)效率不成正比.從表面上看,只要增加并行工作道術就可以提高效率,但實際上并行工作的道數(shù)跟系統(tǒng)的效率不成正比的,一是因為主存空間的大小限制了可同時裝入的程序數(shù)量;二是因為外圍設備的數(shù)量是一個制約因素;三是因為多個程序同時要求使用同一資源的情況會經常發(fā)生.因此,并行工作道數(shù)的確定要根據(jù)系統(tǒng)配置的資源和用戶對資源的要求進行綜合考慮

4、第2節(jié) 進程概念 一,重要知識點1,進程(要求達到”領會”層次)(1) 進程的定義(2) 進程是由程序,數(shù)據(jù)集和進程控制塊三部分組成(3)進程與程序的區(qū)別及關系2進程狀態(tài)(要求達到”領會”層次)(1)進程的三種基本狀態(tài).(2) 進程的狀態(tài)變化.3進程控制塊(要求達到”領會”層次)(1) 進程控制塊的基本內容。（2）進程控制塊的作用4 進程隊列（1）進程隊列的鏈接（2）進程基本隊列-就緒隊列，等待隊列（3）進程的入隊和出隊5可再入程序（1）什么是可再入程序（）可載入程序的性質二，知識點剖析（學習重點）（1）進程（領會）一個程序在一個數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行都成為一個“進程”（2）進程是由程序，數(shù)據(jù)集和

5、進程控制塊三部分組成（）進程和程序的區(qū)別及關系。程序是具有特定特定功能的一組指令（或一組語句）的集合，它指出了處理器執(zhí)行的操作步驟。程序是靜止的，進程是動態(tài)的。進程包括程序和程序處理的對象（數(shù)據(jù)集）進程能得程序處理的結果。進程和程序并非一一對應，一個程序運行在不同的數(shù)據(jù)集上就構成了不同的進程。一個進程可以執(zhí)行一個或幾個程序；同一個程序可能由幾個進程同時執(zhí)行。程序可以作為軟件資源長期保存。而進程是程序的一次執(zhí)行過程。是暫時的，只存在于生命周期中。通常把“進程”分成“系統(tǒng)進程”和“用戶進程”兩大類，把完成操作系統(tǒng)功能的進程成為系統(tǒng)進程，而完成用戶功能的進程則稱為用戶進程。2進程狀態(tài)（要求達到“領會

6、”層次）（）進程的三種基本狀態(tài)通常，根據(jù)進程在執(zhí)行過程中的不同時刻的狀態(tài)，可歸納為三種基本狀態(tài)*等狀態(tài):等待某個事件的完成.*就緒態(tài)：等待系統(tǒng)分配處理器以便運行*運行態(tài)：占有處理器正在運行（）進程的狀態(tài)變化。進程在執(zhí)行中狀態(tài)會不斷地改變，每個進程在任何時刻總是出于上述種基本狀態(tài)中的某一種狀態(tài)*運行態(tài)變成等待態(tài)，由于等待外設傳輸信息，等待主存等資源分配或等待人工干預而引起的*等待態(tài)變成就緒態(tài)：等待的條件已滿足，只需分配到處理器后就能運行。*運行態(tài)變成就緒態(tài)：時間片用完，或有更高的優(yōu)先級的進程來搶占處理器等，由于中斷而退出處理器的進程可能變成就緒態(tài)（有時會變成等待態(tài)）。*就緒態(tài)變成運行態(tài)：系統(tǒng)按某

7、種策略選中就緒隊列的一個進程占用處理器，此時，被選中的進程就變成了運行器3.進程控制塊（要求達到“領會”層次）(1)進程控制塊的基本內容。通常，進城控制塊包含類信息*標志信息，含惟一的進程名*說明信息，包括進程狀態(tài)，等待原因，進城程序的存放位置和進程數(shù)據(jù)的存放位置*現(xiàn)場信息，包括通用，控制和程序狀態(tài)字寄存器的內容*管理信息，存放程序優(yōu)先數(shù)和隊列指針(2)進程控制塊的作用進程控制塊是進程存在的標志，它記錄了進程從創(chuàng)建到消亡的動態(tài)變化情況，進城隊列實際上是進程控制塊的鏈接。操作系統(tǒng)利用進程控制塊對進程進行控制和管理。進城控制（要求達到“領會”層次）（）進城隊列的鏈接進程隊列的鏈接方式有兩種：單向鏈

8、接和雙向鏈接。注意進程入隊和出隊鏈接的變化（）進程基本隊列就緒隊列，等待隊列。*就緒隊列：由若干就緒進程按一定次序連接起來的隊列*等待隊列：等待資源或等待某些事件的進程排成的隊列(3)進程的入隊和和出隊 一個進程的進入指定的隊列稱為入隊。一個進程從所在的隊列退出稱為出隊系統(tǒng)中負責進程入隊和出隊的工作稱為隊列管理第3節(jié) 中斷系統(tǒng) （1）中斷的定義 當一個進程占用處理器運行時，由于自身或外界的原因（因出現(xiàn)了某種事件）使運行被打斷，此時，操作系統(tǒng)會處理出現(xiàn)的時間，然后在適當?shù)臅r候繼續(xù)處理被打斷的進程，這個過程稱為“中斷”（2）中斷的種類從中斷事件的性質出發(fā)，中斷事件分為兩類：1強迫性中斷事件。它包括

9、硬件故障中斷，程序性中斷，外部中斷和輸入輸出中斷 2自愿性中斷時間。它是由正在運行的進程執(zhí)行一條訪管指令用于請求系統(tǒng)調用而引起的中斷，這種中斷也稱“訪管中斷”自愿性中斷的斷點是確定的，而強迫性中斷的斷電會出現(xiàn)在任何位置(3)中斷的響應和處理處理器每執(zhí)行一條指令后，硬件的中斷裝置將立即檢查有無中斷事件發(fā)生。若有中斷事件發(fā)生，則暫停現(xiàn)行進程的執(zhí)行，而讓操作系統(tǒng)的中斷處理程序占用處理器，這一過程稱為”中斷響應”在中斷響應過程中，中斷裝置要做以下3項工作：*檢查是否有中斷事件發(fā)生*若有中斷發(fā)生，保護斷電信息*啟動操作系統(tǒng)的中斷處理程序操作系統(tǒng)的中斷處理程序對中斷事件進行處理時，大致要做3方面的工作：*

10、保護被中斷進程的現(xiàn)場信息，把中斷時的通用，控制寄存器內容及舊PSW保存到被中斷進程的進程控制塊中*分析中斷原因。根據(jù)舊PSW的中斷碼可知發(fā)生中斷的具體原因*處理發(fā)生的中斷時間。一般制作一些簡單處理，多數(shù)情況下把具體的處理交給適當?shù)睦谐绦蚰K去做2 中斷優(yōu)先集合中斷屏蔽（要求達到“識記”層次）（1）中斷優(yōu)先集時硬件設計時確定的。中斷裝置按預定的順序來響應同時出現(xiàn)的中斷事件，這個預定的的順序稱為“中斷優(yōu)先級”。中斷優(yōu)先級是按中斷事件的重要性和緊迫程序來確定的，是在硬件設計時固定的。一般情況下，優(yōu)先級的高低順序依次為：硬件故障中斷，自愿性中斷，程序性中斷，外部中斷和輸入輸出中斷（）中段的嵌套處理。

11、當處理器正在處理一個中斷時，又發(fā)生了另一個中斷，此時處理器對這一新的中斷的處理就稱為嵌套處理（）中段屏蔽的作用為了防止優(yōu)先級低的中斷事件處理打斷優(yōu)先級高的中斷事件的處理，以及避免復雜的中斷引起多重嵌套處理，計算機系統(tǒng)采用了中斷屏蔽技術，以程序狀態(tài)字中的中斷屏幕標志位的設置封鎖和響應時間的響應通常：中斷處理程序只屏蔽比自己級別低的事件，并且不能屏蔽自愿性中斷第節(jié)進程調度一，重要知識點（要求達到“識記”層次）（）進程調度的職責（）進程調度算法的選擇（）進城調度的常用算法：先來先服務，優(yōu)先數(shù)法，輪轉法，分級調度（）進程的切換二，知識點剖析（學習重點）（1）進程調度的職責進程調度的職責就是按選定的進程

12、調度算法從就緒隊列中選擇一個進程，讓它占用處理器。（）進程調度算法的選擇選擇進程調度算法的幾個準則如下：*提高處理器利用率*增大吞吐量*減少等待時間*縮短響應時間（）進程調度的常用算法：上面提及的種*先來先服務：該算法按進程進入就緒隊列的先后次序選擇可以占用處理器的進程*優(yōu)先數(shù)調度算法。對每個進程都確定一個優(yōu)先數(shù)，該算法總是讓優(yōu)先數(shù)最高的進程縣使用處理器，然后再對具有相同優(yōu)先數(shù)的進程按先來先服務的次序分配處理器。系統(tǒng)常以任務的緊迫性和系統(tǒng)效率等因素確定進程的優(yōu)先數(shù)。進程的優(yōu)先數(shù)是固定的，也可以隨進程的執(zhí)行過程動態(tài)變化。一個高優(yōu)先數(shù)的進程占用處理器后，系統(tǒng)處理該進程的方法有兩種方法，一種是“非搶

13、占式”，另一種是“可搶占式”。前者使進程占用處理器后一直執(zhí)行到進程結束，除非本身主動讓出處理器。后者則是任何時刻總是嚴格執(zhí)行讓優(yōu)先數(shù)高的進程在處理器上運行。 時間片輪轉調度法。 把那規(guī)定進程一次使用處理器的最長時間稱為時間片。時間片輪轉調度算法讓就緒進程按就緒的先后次序排成隊列，每次總選擇該隊列的第一個進程占用處理器，但規(guī)定只能使用一個時間片，如該進程尚未完成，則排入隊尾，等待下一個供它使用的時間片。各個進程就這樣輪轉運行。時間片輪轉算法經常用于分時操作系統(tǒng)分級調度算法。由系統(tǒng)設置多個就緒隊列，每個就緒隊列中的進程按時間片輪轉法占用處理器，這就是分級調度算法（）進程的切換進程調度將從就緒隊列中

14、另選一個進程占用處理器。使一個進程讓出處理器，有另一個進程占用處理器的過程稱為“進程切換”若一個進程從運行狀態(tài)變成等待狀態(tài)，或完成工作后被撤銷，則必定會發(fā)生進程切換，若一個進程從運行狀態(tài)或等待狀態(tài)變成就緒狀態(tài)，則不一定發(fā)生進程切換。各知識點間的相互聯(lián)系 為了發(fā)揮計算機處理器與外圍設備的并行工作能力,可采用多道程序設計技術.為此,需引入進程的概念,以實現(xiàn)并發(fā).每個進程由其進程控制塊PCB作為唯一標示,每個進程在消亡之前有3種狀態(tài).等待CPU或其他事件的進程可分別放于相應的進程隊列中,進程狀態(tài)的切換由操作系統(tǒng)的中斷負責處理,中斷時操作系統(tǒng)賴以活動的基礎,是操作系統(tǒng)內核的作基本功能.在多道程序設計的

15、系統(tǒng)中,決定將就緒隊伍中的哪個進程投入運行,由進程調度程序負責.另外,多道程序設計系統(tǒng)必須做好存儲保護,程序浮動及資源分配,管理工作.多道程序設計系統(tǒng)利用,發(fā)揮了處理器與外部設備之間以及外部設備之間的并行工作能力.但是,多道程序設計可能會延長程序的執(zhí)行時間.要特別注意的是,并行工作的道數(shù)與系統(tǒng)效率不成正比中斷系統(tǒng)在實現(xiàn)進程并發(fā)執(zhí)行,維護系統(tǒng)正常工作,進行故障處理及滿足實時處理要求等方面起著重要的作用.由硬件的中斷裝置發(fā)現(xiàn)并響應中斷,操作系統(tǒng)的中斷處理程序隊出線的中斷時間進行處理.通過一次中斷后可能引起若干進程的狀態(tài)變化,因此,中斷服務完成后應進程調度程序決定哪個進程占用CPU難點分析1 簡述多

16、道程序設計技術對算體量和算題時間的影響采用多道程序設計技術能提高系統(tǒng)的利用率，充分利用外部設備資源，發(fā)揮處理器與外圍設備以及外圍設備之間的并行工作能力，總體上提高了整個系統(tǒng)資源的利用率，增加了單位時間內的算體量，從而提高了吞吐量，但應注意以下兩個問題;(1) 可能延長程序的執(zhí)行時間(2) 并行的道數(shù)與系統(tǒng)效率不成正比 2 為什么要引入“進程”？引入“進程”有什么利弊？引入“進程”的目的是基于多道程序和分時系統(tǒng)的需要，只有為多道程序建立了進程以后，才能實現(xiàn)并發(fā)，以改善資源利用率和提高系統(tǒng)的吞吐量 利：（）提高了資源的利用率。（2）正確描述程序的執(zhí)行情況。 弊：（1）空間開銷。 建立PCB，進程管理等要占用主存空間。 （）時間開銷。為了協(xié)調各進程的運行，如進程切換，調度等均需要時間。3多道程序設計技術能提高工作效率的原因多道程序設計技術能提高工作效率的原因體現(xiàn)在以下方面：（） 減少了的空閑時間，提高了處理器的利用率（） 合理安排程序，充分利用外圍設備資源（） 發(fā)揮了外圍設備與以及外圍設備之間的并行工作能力。4在一個單處理器的多道程序設計系統(tǒng)中，