自考工學(xué)類2010年“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料(2)

　　本章考核知識(shí)點(diǎn)：1.多道程序設(shè)計(jì)2.進(jìn)程3.進(jìn)程狀態(tài)4.進(jìn)程控制塊5.進(jìn)程隊(duì)列6.可再入程序7.中斷及中斷響應(yīng)8.中斷優(yōu)先級(jí)9.進(jìn)程調(diào)度自學(xué)要求：通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)該掌握多道程序設(shè)計(jì)是如何提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)效率的；進(jìn)程與程序有什么區(qū)別；進(jìn)程的基本狀態(tài)以及狀態(tài)變化；進(jìn)程隊(duì)列及進(jìn)程調(diào)度策略；中斷的作用。

　　重點(diǎn)是：多道程序設(shè)計(jì)；進(jìn)程的定義和屬性；進(jìn)程調(diào)度策略。

　　一、多道程序設(shè)計(jì)（領(lǐng)會(huì)）

　　1、什么是多道程序設(shè)計(jì)。

　　讓多個(gè)計(jì)算問題同時(shí)裝入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器并行執(zhí)行，這種設(shè)計(jì)技術(shù)稱“多道程序設(shè)計(jì)”，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱“多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)”或簡稱“多道系統(tǒng)”。

　　存儲(chǔ)保護(hù)：在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，主存儲(chǔ)器中同時(shí)存放了多個(gè)作業(yè)的程序。為避免相互干擾，必須提供必要的手段使得在主存儲(chǔ)器中的各道程序只能訪問自己的區(qū)域。這樣，每道程序執(zhí)行時(shí)，都不會(huì)破壞其他各道的程序和數(shù)據(jù)。特別是當(dāng)某道程序發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)，也不至于影響其它的程序。

　　程序浮動(dòng)：在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，對程序有一些特殊要求，也就是說，程序可以隨機(jī)地從主存的一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域，程序被移動(dòng)后仍絲毫不影響它的執(zhí)行，這種技術(shù)稱為“程序浮動(dòng)”。

　　在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，有三點(diǎn)基本要求：

　　用“存儲(chǔ)保護(hù)”的方法保證各道程序互不侵犯；

　　用“程序浮動(dòng)”技術(shù)讓程序能靈活地改變存放區(qū)域且能正確執(zhí)行；

　　必須對資源按一定的策略分配和調(diào)度。

　　2、多道程序設(shè)計(jì)利用了系統(tǒng)與外圍設(shè)備的并行工作能力，從而提高工作效率。具體表現(xiàn)為：

　　提高了處理器的利用率；

　　充分利用外圍設(shè)備資源：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置多種外圍設(shè)備，采用多道程序設(shè)計(jì)并行工作時(shí)，可以將使用不同設(shè)備的程序搭配在一起同時(shí)裝入主存儲(chǔ)器，使得系統(tǒng)中各外圍設(shè)備經(jīng)常處于忙碌狀態(tài)，系統(tǒng)資源被充分利用；

　　發(fā)揮了處理器與外圍設(shè)備以及外圍設(shè)備之間的并行工作能力；

　　從總體上說，采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，可以有效地提高系統(tǒng)中資源的利用率，增加單位時(shí)間內(nèi)的算題量，從而提高了吞吐率。

　　3、多道程序設(shè)計(jì)對算題量和算題時(shí)間的影響。采用多道程序設(shè)計(jì)能改變系統(tǒng)資源的使用情況，提高系統(tǒng)效率。但是應(yīng)注意以下兩個(gè)問題：

　　可能延長程序的執(zhí)行時(shí)間；

　　并行工作道數(shù)與系統(tǒng)效率不成正比。從表面上看，增加并行工作道數(shù)就可提高系統(tǒng)效率，但實(shí)際上并行工作道數(shù)與系統(tǒng)效率是不成正比，因?yàn)椴⑿械牡罃?shù)要根據(jù)系統(tǒng)配置的資源和用戶對資源的要求而定：

　?。?）主存儲(chǔ)器的大小限制了可同時(shí)裝入的程序數(shù)量；

　　（2）外圍設(shè)備的數(shù)量也是一個(gè)制約條件；

　?。?）多個(gè)程序同時(shí)要求使用同一資源的情況也會(huì)經(jīng)常發(fā)生。

　　總之，多道程序設(shè)計(jì)能提高系統(tǒng)資源的使用效率，增加單位時(shí)間的算題量；但是對每個(gè)計(jì)算問題來說，從算題開始到全部完成所需要的時(shí)間可能延長，另外在確定并行工作道數(shù)時(shí)應(yīng)綜合系統(tǒng)的資源配置和用戶對資源的要求。

　　二、進(jìn)程（領(lǐng)會(huì)）

　　1、進(jìn)程的定義：把一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行稱為一個(gè)“進(jìn)程”。

　　2、進(jìn)程是由程序、數(shù)據(jù)集和進(jìn)程控制塊三部分組成。

　　我們舉一個(gè)例子，比如在有一個(gè)用戶程序notepad.exe（記事本），當(dāng)它存放在磁盤上時(shí)，就是一個(gè)程序，在windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行它時(shí)，就會(huì)在內(nèi)存中建立一個(gè)記事本程序的進(jìn)程，而我們在記事本中編輯的當(dāng)前文字就是這個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)集，操作系統(tǒng)會(huì)為當(dāng)前的進(jìn)程設(shè)置一個(gè)進(jìn)程控制塊。如果我們再打開一個(gè)記事本程序的窗口，就會(huì)建立另一個(gè)進(jìn)程，此時(shí)運(yùn)行的是同一個(gè)程序，但存在兩個(gè)進(jìn)程，第二個(gè)窗口中的編輯內(nèi)容就是第二個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)集。

　　3、進(jìn)程與程序的區(qū)別及關(guān)系。程序是靜止的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的。進(jìn)程包括程序和程序處理的對象（數(shù)據(jù)集），進(jìn)程能得到程序處理的結(jié)果。進(jìn)程和程序并非一一對應(yīng)的，一個(gè)程序運(yùn)行在不同的數(shù)據(jù)集上就構(gòu)成了不同的進(jìn)程。通常把進(jìn)程分為“系統(tǒng)進(jìn)程”和“用戶進(jìn)程”兩大類，把完成操作系統(tǒng)功能的進(jìn)程稱為系統(tǒng)進(jìn)程，而完成用戶功能的進(jìn)程則稱為用戶進(jìn)程。

　　三、進(jìn)程狀態(tài)（領(lǐng)會(huì)）

　　1、進(jìn)程的三種基本狀態(tài)。通常，根據(jù)進(jìn)程執(zhí)行過程中不同時(shí)刻的狀態(tài)，可歸納為三種基本狀態(tài)：

　　。等待態(tài)：等待某個(gè)事件的完成；

　　。就緒態(tài)：等待系統(tǒng)分配處理器以便運(yùn)行；

　　。運(yùn)行態(tài)：占有處理器正在運(yùn)行。

　　2、進(jìn)程的狀態(tài)變化

　　進(jìn)程在執(zhí)行中狀態(tài)會(huì)不斷地改變，每個(gè)進(jìn)程在任何時(shí)刻總是處于上述三種基本狀態(tài)的某一種基本狀態(tài)，進(jìn)程狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示：

　　運(yùn)行態(tài)→等待態(tài)往往是由于等待外設(shè)，等待主存等資源分配或等待人工干預(yù)而引起的。

　　等待態(tài)→就緒態(tài)則是等待的條件已滿足，只需分配到處理器后就能運(yùn)行。

　　運(yùn)行態(tài)→就緒態(tài)不是由于自身原因，而是由外界原因使運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程讓出處理器，這時(shí)候就變成就緒態(tài)。例如時(shí)間片用完，或有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程來搶占處理器等。

　　就緒態(tài)→運(yùn)行態(tài)系統(tǒng)按某種策略選中就緒隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程占用處理器，此時(shí)就變成了運(yùn)行態(tài)。

　　進(jìn)程有四個(gè)基本屬性：

　　。多態(tài)性從誕生、運(yùn)行，直至消滅。

　　。多個(gè)不同的進(jìn)程可以包括相同的程序

　　。三種基本狀態(tài)它們之間可進(jìn)行轉(zhuǎn)換

　　。并發(fā)性并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程輪流占用處理器

　　四、進(jìn)程控制塊（領(lǐng)會(huì)）

　　1、進(jìn)程控制塊的基本內(nèi)容。通常進(jìn)程控制塊包含四類信息：

　　。標(biāo)志信息含唯一的進(jìn)程名

　　。說明信息有進(jìn)程狀態(tài)、等待原因、進(jìn)程程序存放位置和進(jìn)程數(shù)據(jù)存放位置

　　?，F(xiàn)場信息包括通用、控制和程序狀態(tài)字寄存器的內(nèi)容

　　。管理信息存放程序優(yōu)先數(shù)和隊(duì)列指針

　　2、進(jìn)程控制塊的作用

　　進(jìn)程控制塊（ProcessControlBlock，簡稱PCB），是操作系統(tǒng)為進(jìn)程分配的用于標(biāo)志進(jìn)程，記錄各進(jìn)程執(zhí)行情況的。進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的標(biāo)志，它記錄了進(jìn)程從創(chuàng)建到消亡動(dòng)態(tài)變化的狀況，進(jìn)程隊(duì)列實(shí)際也是進(jìn)程控制塊的鏈接。操作系統(tǒng)利用進(jìn)程控制塊對進(jìn)程進(jìn)行控制和管理。

　　進(jìn)程控制塊的作用有：

　?。?）記錄進(jìn)程的有關(guān)信息，以便操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度程序?qū)M(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。這些信息包括標(biāo)志信息、說明信息、現(xiàn)場信息和管理信息等；

　?。?）標(biāo)志進(jìn)程的存在，進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志

　　五、進(jìn)程隊(duì)列（領(lǐng)會(huì)）

　　1、進(jìn)程隊(duì)列的鏈接。

　　在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中往往會(huì)同時(shí)創(chuàng)建多個(gè)進(jìn)程。在單處理器的情況下，每次只能讓一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行，其他的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)或等待狀態(tài)。為了便于管理，經(jīng)常把處于相同狀態(tài)的進(jìn)程鏈接在一起，稱“進(jìn)程隊(duì)列”，由于進(jìn)程控制塊能標(biāo)志進(jìn)程的存在和動(dòng)態(tài)刻畫進(jìn)程的特性，因此，進(jìn)程隊(duì)列可以用進(jìn)程控制塊的連接來形成。鏈接的方式有兩種：單向鏈接和雙向鏈接。

　　2、進(jìn)程基本隊(duì)列

　　就緒隊(duì)列：由若干就緒進(jìn)程按一定次序鏈接起來的隊(duì)列。

　　等待隊(duì)列：把等待資源或等待某些事件的進(jìn)程排列的隊(duì)列

　　3、進(jìn)程的入隊(duì)和出隊(duì)。

　　出隊(duì)和入隊(duì)：當(dāng)發(fā)生的某個(gè)事件使一個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)進(jìn)程就要退出所在的某個(gè)隊(duì)列而排入到另一個(gè)隊(duì)列中去。

　　出隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程從所在的隊(duì)列退出的操作稱為出隊(duì)

　　入隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程排入到一個(gè)指定的隊(duì)列的操作稱為入隊(duì)。

　　系統(tǒng)中負(fù)責(zé)進(jìn)程入隊(duì)和出隊(duì)的工作稱為隊(duì)列管理。

　　無論單向鏈接還是雙向鏈接，解決入，出隊(duì)問題，都是首先找到該隊(duì)列的隊(duì)首指針，沿鏈找出要入隊(duì)的進(jìn)程以及它要插入的位置，或找出要出隊(duì)的進(jìn)程，然后修改本進(jìn)程指針（入隊(duì)情況）和相鄰進(jìn)程的有關(guān)指針值即可。

　　六、可再入程序（識(shí)記）

　?。?）什么是可再入程序。一個(gè)能被多個(gè)用戶同時(shí)調(diào)用的程序稱做“可再入”的程序。

　　（2）可再入程序的性質(zhì)。

　　可再入程序必須是純代碼，在執(zhí)行時(shí)自身不改變；

　　一個(gè)可再入程序要求調(diào)用者提供工作區(qū)，以保證程序以同樣方式為各用戶服務(wù)。

　　編譯程序和操作系統(tǒng)程序通常都是“可再入”程序，能同時(shí)被不同用戶調(diào)用而構(gòu)成不同的進(jìn)程。

　　七、中斷及中斷響應(yīng)（領(lǐng)會(huì)）

　　1、中斷的定義。

　　一個(gè)進(jìn)程占有處理器運(yùn)行時(shí)，由于自身或者外界的原因（出現(xiàn)了事件）使運(yùn)行被打斷，讓操作系統(tǒng)處理所出現(xiàn)的事件，到適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再讓被打斷的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，這個(gè)過程稱為“中斷”。

　　2、中斷的類型。

　　從中斷事件的性質(zhì)出發(fā)，中斷可以分為兩大類：

　　。強(qiáng)迫性中斷事件包括硬件故障中斷，程序性中斷，外部中斷和輸入輸出中斷等

　　。自愿性中斷事件是由正在運(yùn)行的進(jìn)程執(zhí)行一條訪管指令用以請求系統(tǒng)調(diào)用而引起的中斷，這種中斷也稱為“訪管中斷”。

　　自愿中斷的斷點(diǎn)是確定的，而強(qiáng)迫性中斷的斷點(diǎn)可能發(fā)生在任何位置。

　　3、中斷的響應(yīng)和處理。

　　中斷響應(yīng)（硬件即中斷裝置操作）

　　處理器每執(zhí)行一條指令后，硬件的中