九 操作系统OS

目录

1、操作系统OS概念

2、进程管理

3、前趋图

4、进程的同步和互斥

3、信号量和PV操作

4、死锁

5、存储管理

6、作业管理

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1、操作系统OS概念

管理系统的硬件、软件、数据资源，控制程序运行，人机直接的接口，应用程序与软件程序的接口。

包括:进程、存储、文件、作业、设备管理

2、进程管理

• 进程的状态

运行态:运行 <==>就绪<==阻塞（等待）

3、前趋图

前驱后继的逻辑关系

前趋图，垂直风向表示并行，“C1S2”，"P1C2S3“，“P2C3”。

横向箭头表示直接制约，C1和P1受到S1、C2和P2受到S2、C3和P3受到S3。

纵向箭头表示间接制约。S2和S3不能运行是受到了S1的间接制约。如果系统中有三台扫描仪，那么S2和S1能运行；同理，C2和C3受到C1的直接制约、P2和P3受到P1的间接制约。

4、进程的同步和互斥

互斥:一个资源（临界资源），大家共享使用，同一时刻，只能运行1个进程使用。间接制约关系。使用一个打印机。

同步:多个进程之间，速度有差异，有一定的等待时间。直接制约关系。生产者生产东西到一个空间区（多人用），消费者去该空间去拿。

3、信号量和PV操作

临界资源: 进程间需要互斥对其进行访问的资源。比如打印机、磁带机。

临界区:每个进程中临界资源的那段代码叫做临界区。

信号量:一种特殊的变量。全局变量。

• P操作 信号量-1。检查上个活动是否完成。
• 临界资源的信号量初始值为1。

1、申请资源。2、判断资源是否足够。运作状态到阻塞状态。

V操作 信号量+1。做完通知用V.

1 释放资源 2、判断是否有排队。3、通知阻塞进程。阻塞状态转为就绪状态。

4、死锁

不死锁的最少: 即考虑所有进程都差一个资源，然后再给一个资源就不会死锁。

死锁必要条件:互斥，保持和等待，不剥夺，环路等待。

打破死锁（打破四大必要条件）:有序资源分配，银行家算法。

银行家算法 -提供资源的原则

• 一个进程对资源的最大需求量不能超过系统总资源。
• 进程可以分期请求资源，但请求数不能超过原本的最大需求量。
• 不能满足进程尚需资源时，可以推迟分配，但总能使进程在有限时间里得到资源。

5、存储管理

页式存储

将程序与内存划分为同样大小的块，以页为单位将程序掉入内存。

优点:利用率高，碎片小，分配和管理简单

缺点:增加了系统的开销，可能产生抖动现象。

逻辑地址 = 页号+页内地址

计算物理地址:

1、根据页大小，计算出页内地址长度。对应逻辑地址（程序）后面的长度为页内地址。

4kb的页大小，转为10进制=4＊1kb=2的12次方

2、前面位为页号。根据页号在页表中找到对应的页帧号。

3、物理地址 = 页帧号+页内地址

例题1：操作系统采用分页存储管理方式，下图给出了进程A和进程B的页表结构，如果物理页的大小为512字节，那么进程A逻辑地址为1111(十进制)的变量存放在(4 )号物理内存页中。假设进程A的逻辑页4与进程B的逻辑页5要共享物理页8,那么应该在进程A页表的逻辑页4和进程B页表的逻辑页5对应的物理页处分别填( 8和8)。

解答：

• 1111转二进制:10001010111。参考下图（十进制转二进制）。
• 根据物理页大小2^9=512，即占9位，转换逻辑地址1111为二进制是 10001010111，除去后9位，得到二进制10，转换为十进制=2，即逻辑页地址等于2，得出物理地址页为4

例题2：某文件系统文件存储采用文件索引节点法。假设文件索引节点中有8个地址项iaddr[0]～iaddr[7]，每个地址项大小为4字节，其中地址项iaddr[0]～iaddr[5]为直接地址索引，iaddr[6]是一级间接地址索引，iaddr[7]是二级间接地址索引，磁盘索引块和磁盘数据块大小均为4KB。该文件系统可表示的单个文件最大长度是(4198424 )KB。若要访问iclsClient.dll文件的逻辑块号分别为6、520和1030，则系统应分别采用(一级，一级，二级 )。

解答：

• 单个索引能存储的物理块数: 4kb/4b=1024
• 直接: 0-5
• 一级间接: 6-1029
• 二级间接:1030-（1029+1024＊1024）即1030-1049605
• 一共物理块数:1049605+1（为0的直接索引）
• 文件大小:1049605＊4kb

段式存储

按用户作业中的自然段来划分逻辑空间，然后掉入内存，段的长度可以不一样。

优点:多道程序共享内存，各段程序修改互不影响。

缺点:内存利用率低，内存碎片浪费大。

逻辑地址 = （段号，段内偏移量）

用段号对应的基址+段内偏移量，看是否在段长内，如果在合法段地址。不在为不合法段地址。

段页式存储

快表

淘汰逻辑

1、优先淘汰访问位

2、其次考虑修改位

6、文件管理

索引文件

假设文件系统采用索引节点管理，且索引节点有8个地址项iaddr[0]〜iaddr[7],每个地址项大小为4B, iaddr[0]〜iaddr[4]采用直接地址索弓丨，iaddr[5]和iaddr[6]采用一级间接地址索引，iaddr[7]采用二级间接地址索引。假设磁盘索引块和磁盘数据块大小均为1KB字节，文件Filel的索引节点如下图所示。若用户访问文件Filel中逻辑块号为5和261的信息，则对应的物理块号分别为( 58和187) ；101号物理块存放的是( 二级间接地址索引表)。

解答：

每个磁盘索引块能存储的物理块地址个数：1kb/4b = 256

索引从0开始

iaddr[0]〜iaddr[4]：0-4

iaddr[5] : 5- 260

iaddr[6]: 261-516

外存的文件

解答：

• 4196/3= 131.余数
• 所以是在第132的字中描述。
• 131*32 = 4192，第131字中最后一个位是4191,第132字中对应的第0为对应4192,第1为对应4193，
• 第2为对应4194，第3为对应4195。所以在该字的第3位置为1。

6、作业管理

设备管理

• 数据传输控制方式 主存与外设之间

DMA没有cpu参与，由DMAC控制。

微内核操作系统

嵌入式操作系统