操作系统

Posted 2021-02-02 qianbin

一、操作系统概论

　　　　　　　　　　　　

二、处理器管理

进程

概念：系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位（进程是资源管理的最小单位）。

 

线程

概念：线程是程序执行的最小单位。

引入目的：为了减少程序并发执行时所付的时空开销，使得并发粒度更细。

　　

　　　　　　　

　　1、进程的状态和转换

　　   三态模型：

　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　

       五态模型：

　　　　　　　　

 

　　2、处理机调度

选择调度算法原则：  

（1）资源利用率：让CPU和各种资源尽可能并行工作

　　　　CPU利用率=CPU有效工作时间／（CPU有效工作时间+CPU空闲等待时间）；

（2）吞吐率：单位时间内CPU处理作业的个数；

（3）公平性：确保每个进程都能获得合理的CPU份额，避免出现饥饿；

（4）响应时间：在交互性进程中，从发出请求到获得响应之间的时间间隔；

（5）周转时间：批处理用户从系统提交作业到作业完成位置的时间间隔；

 

　　3、调度算法：

　　（1）FCFS（先来先服务算法）：非抢占式

　　　　按照进程就绪的先后顺序使用CPU。缺点：公平但不合理

 

　　（2）SJF（最短作业优先算法）：非抢占式

　　　　最短完成时间的进程先执行。缺点：需要提前知道运行时间，而且容易产生饥饿

 

　　（3）SRTF（最短剩余时间优先算法）：抢占式

　　　　当新就绪的进程比当前正在运行的进程所剩的时间更短时，则抢占当前进程，运行新就绪进程。缺点：与（2）类似，容易产生饥饿。

 

　　（4）HRRF（最高响应比优先算法）：非抢占式

　　　　是“先来先服务”与“最短作业优先”的折中算法。（等待时间越长比值越大）

 

　　　　　　　　　　响应比 = （作业等待时间+作业处理时间）／作业处理时间；  

　　（5）优先级调度算法

　　（6）轮转调度算法

　　（7）多级反馈队列调度算法

　　（8）彩票调度算法

 

 

三、同步、通信和死锁

相关概念：

 

死锁：一组进程因竞争资源陷入永远等待的状态（产生条件为：互斥条件、占有和等待条件、不剥夺条件、循坏等待条件）；

饥饿：一个可运行的进程由于其他进程总是优先于它，导致被调度的程序无期限的拖延而不能被执行；

进程互斥：

进程同步：指为完成共同任务的并发进程基于某个条件来协调其活动，因为需要在某些位置上排定执行的先后次序而等待、传递信号或消息所产生的协作

               制约关系；

临界区：并发进程中与共享变量有关的程序段称为“临界区”；

临界资源：共享变量所代表的资源称为“临界资源”；

临界区调度原则：（1）一次最多只有一个进程进入临界区内执行；

                        （2）如果已有进程在临界区中，则试图进入临界区的其他变量需等待；

                        （3）进入临界区内的进程应在有限时间内退出，以便让等待队列的一个进程进入。

实现临界区管理（加锁）：软件实现和硬件实现，信号量

 

信号量（按取值分2种）：                  1、二值信号量：仅允许取值为0或1，主要用于解决用户互斥问题；

　　　　　　　　　　　　　　　　　  2、允许出现大于1的整数值，主要用于解决进程同步问题。

 

信号量解决的经典问题：5位哲学家就餐问题

                                 生产者消费者问题

                                 读者写者问题

                                 理发师睡眠问题

                                 和尚打水问题