第四章 操作系统

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软考

4.1 操作系统分类及特点

1. 批处理操作系统

1. 单道批操作系统

指一次只有一个作业装入内存执行，当一个结束后，才会调入第二个

2. 多道批操作系统

允许多个作业装入内存执行，在任意时刻作业都处于开始点和终止点之间。每当运行中的一个作业因I / O操作停止时，CPU就会交给另一个等待运行的作业，从而将主机与外设之间的工作由串行改为并行，提高执行效率。

特点：

  • 多道
  • 宏观并行
  • 微观串行

2. 分时操作系统

将CPU划分成很多很短的时间片，轮流为各个终端用户服务，如UNIX

3. 实时操作系统

要求计算机能对外来信息以足够快的速度处理，并且能够在对象允许的时间之内做出反应

分为两类：

  1. 实时控制系统：主要用于生产过程的自动控制
  2. 实时信息处理系统：：主要用于实时信息处理

4.2 进程管理

1. 基本概念

1. 进程与程序

进程是程序的一次执行，该程序可以和其他程序并发执行，由程序、数据、PCB（进程控制块）构成

  • PCB是进程存在的唯一标识，包含进程的描述信息和控制信息
  • 程序描述了进程需要完成的功能
  • 数据则是包含了进程所需的数据及工作区

2. 进程的状态及其状态间的切换

1. 三态模型

包含运行、就绪和阻塞状态

  1. 运行
  2. 就绪：该进程获得了除处理机以外的所有资源，一旦得到就可以运行
  3. 阻塞：该进程正在等待某事件的发生，如IO

2. 五态模型

三态模型加上新建和终止模型

  1. 新建：进程刚刚被创建而没有被提交的状态，并等待系统创建进程的所有必要条件。创建分为两个子状态

    1. 为该进程创建必要的管理信息

    2. 让该进程进入就绪状态

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  2. 终止

    1. 等待操作系统进行善后处理
    2. 释放主存
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3. 具有挂起状态的进程状态及转换

  1. 活跃就绪：进程在主存且处于可被调度的状态
  2. 静止就绪：在辅存
  3. 活跃阻塞：在主存，等待事件产生就进入活跃就绪
  4. 静止阻塞：辅存

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2. 进程的控制

进程的控制是由操作系统内核中的原语实现的。

  • 内核是计算机系统硬件的首次延伸，它是基于硬件的第一层软件扩充。

  • 原语是若干条机器指令组成的，他是原子操作，要么都做，要么不做

3. 进程的通信

1. 同步与互斥

  1. 同步指一些需要相互合作、协同工作的进程
  2. 互斥指多个进程争抢临界资源而互斥执行

2. 信号量机制

信号量分为：

  • 公用信号量：实现进程间的互斥，初值为1或资源数目
  • 私用信号量：实现进程间的同步，初值为0或某各正整数

P、V操作

  • P操作：S -= 1，若S >= 0 则继续执行，否则将该进程设置为阻塞状态并插入阻塞队列
  • V操作：S += 1，若S > 0 则继续执行，否则从阻塞队列唤醒一个进程，插入就绪队列

利用PV进行互斥：将信号量设置为1，进入P退出V

利用PV进行同步：信号量为0表示信息未产生，非0则是表示该消息已存在

3 进程调度

1. 调度方式

指当有更高优先级的进程到来时应该如何分配CPU

调度分为可剥夺式和不可剥夺式：

  • 可剥夺式：当有更高优先级进程到来时，强行将正在运行的进程所占用的CPU分配给更高优先级
  • 不可剥夺式：当有更高级进程到来时，必须等待正在运行的进程自动释放CPU，才能分配给更高级的进程