哈工大张英涛操作系统视频对应课件11_20(全)

操作系统第11讲主讲人：张英涛哈尔滨工业大学远程教育课程进程通信进程通信是指进程之间的信息交换交换的信息量一个状态或数值上千个字节进程通信分类1)低级通信：进程的互斥和同步2)高级通信：指用户可直接利用os提供的一组通信命令，高效地传送大量数据的一种通信方式。对用户透明。高级通信分类共享存储器系统消息传递系统管道通信共享存储器系统(1)共享数据结构的通信方式进程之间通过某种数据结构，如缓冲池进行通信属于低级通信方式；(2)共享存储区通信方式为了传送大量信息，在存储器中划出一块共享存储区，进程可通过对共享存储区进行读或写来实现通信，属于高级通信方式。消息传递系统信息交换的单位是消息或报文，分成两种：1．直接通信方式2．间接通信方式计算机网络中将消息称为报文。直接通信方式发送进程直接把消息发送给目标进程发送进程和接收进程都以显式方式分别提供对方的标识符。系统提供两条通信原语Send(Receiver,message);Receive(Send,message);例如:Send(P2,m1);Receive(P1,m1);解决生产者一消费者问题repeat…produceaniteminnextp;…Send(consumer,nextp);untilfalse;repeatReceive(producer,nextp);…Consumertheiteminnextc;untilfalse;间接通信方式进程之间的通信需要通过某种中间实体，该实体用来暂存发送进程发送给目标进程的消息；接收进程则从该实体中取出对方发送给自己的消息。这种中间实体称为信箱。消息在信箱中可以安全地保存．只允许核准的目标用户随时读取，故可实现非实时通信。信箱的创建和撤消进程用信箱创建原语来建立一个新信箱。创建者进程应给出信箱名字、信箱属性(公用、私用或共享)；对于共享信箱，还应给出共享者的名字。用信箱撤消原语来撤消。消息的发送与接收Send(mailbox,message)：将一个消息发送到指定信箱；Receive(mailbox,message)从指定信箱中接收一个消息信箱分类私用信箱。公用信箱。共享信箱。私用信箱用户进程建立，作为该进程的一部分。拥有者有权读消息．其他用户只能发送。采用单向通信链路。进程结束时信箱也消失。公用信箱它由OS创建．提供给系统中的所有核准进程使用。进程既发送也可取出。采用双向通信链路的信箱来实现。系统运行期间始终存在。共享信箱由某进程创建，创建时提供共享进程(用户)的名字。信箱的拥有者和共享者，都有权从信箱中取走发送给自己的消息。信箱通信时发送进程和接收进程的关系：一对一关系。建立一条专用的通信链路。多对一关系。服务进程与多个用户进程之间进行交互，又称客户／服务器交互。一对多关系。一个发送进程与多个接进程进行交互，使发送进程可用广播形式，向接收者发送消息。多对多关系。建立一个公用信箱，多个进程投递并取走自己的消息。管道通信管道通信方式建立在文件系统的基础上，利用共享文件来连接两个相互通信的进程，此共享文件称为管道(Pipe)。管道是指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们之间通信的共享文件写进程读进程管道管道通信必需的协调能力(1)互斥当一个进程正在对管道进行读／写操作时，另一进程必须等待。(2)同步当写(输入)进程把一定量的数据(如4K)写入管道后，便去睡眠等待，直到读(输出)进程取走数据后再把它唤醒。当读进程发现管道空时也应睡眠等待，直至写进程将消息写入管道后，才将它唤醒．(3)判别对方是否存在．只有确定了对方存在时方能进行通信。谢谢收看操作系统第11讲哈尔滨工业大学张英涛操作系统第12讲主讲人：张英涛哈尔滨工业大学远程教育课程线程进程:使多个程序能并发执行，以提高资源利用率和系统吞吐量引入线程，是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性引入线程目的进程是可拥有资源的独立单位和可独立调度和分派的基本单位。创建、撤消和切换中，系统必须为之付出较大的时空开销。故进程，其数目不宜过多，进程切换的频率也不宜过高。进程不应同时作为拥有资源的单位和可独立调度和分派的基本单位，应该“轻装上阵”；线程的属性（1）轻型实体。线程中的实体基本上不拥有系统资源（2）独立调度和分派的基本单位。线程的切换非常迅速、开销小。（3）可并发执行。（4）共享进程资源。课堂练习1操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件(或程序集合),是用户与计算机之间的接口。操作系统的基本职能是（）A.控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行B.提供用户界面，方便用户使用C.提供方便的可视化编辑程序D.提供功能强大的网络管理工具A操作系统的基本特征是、和_____、。并发共享异步性虚拟操作系统中引入“进程”概念的主要目的是（）。A.改善用户编程环境B.描述程序动态执行过程的性质C.使程序与计算过程一一对应D.提高程序的运行速度B某进程由于需要从磁盘上读入数据而处于阻塞状态。当系统完成了所需的读盘操作后，此时该进程的状态将（）A.从就绪变为运行B．从运行变为就绪C．从运行变为阻塞D．从阻塞变为就绪D进程控制块（PCB）是专为用户进程设置的私有数据结构，每个进程仅有一个PCB。（）判断对错并改正所有简单地说，进程是程序的执行过程。因而，进程和程序是一一对应的。（）判断对错并改正不是进程间相互合作的关系是______关系，而对资源争用的关系是________关系。若干进程使用同一临界资源时必须________执行。同步互斥互斥对信号量S每执行一次P操作，则信号量S的值就。当S的值________时，执行P操作的进程的状态就置为阻塞态，把相应的PCB连入该信号量队列的，并且该进程处理机。减1小于0末尾放弃进程和程序的主要区别是什么？解答题答：进程是动态的，程序是静态的；进程具有并发性，而程序具有顺序性；进程具有独立性，是资源分配和调度的基本单位，而程序无此特性；进程和程序间没有一一对应关系；进程异步运行，会相互制约，程序不具备此特性。有两个用户进程A和B，在运行过程中都要使用系统中的一台打印机输出计算结果。（1）说明A、B进程之间存在什么样的制约关系？（2）为保证这两个进程能正确地打印出各自的结果，请用信号量和P、V操作写出各自的有关申请、使用打印机的代码。要求给出信号量的含义和初值。解：(1)A、B两个进程之间存在互斥的制约关系。因为打印机属于临界资源，必须一个进程使用完之后另一个进程才能使用。解：（2）mutex：用于互斥的信号量，初值为1。各进程代码如下：进程A：...P（mutex）申请打印机使用打印机V（mutex）...进程B：...P（mutex）申请打印机使用打印机V（mutex）...谢谢收看操作系统第12讲哈尔滨工业大学张英涛操作系统第13讲主讲人：张英涛哈尔滨工业大学远程教育课程第三章处理机调度与死锁一个批处理型作业，从进入系统并驻留在外存的后备队列上开始，直至作业运行完毕，可能要经历的三级调度:高级调度低级调度中级调度高级调度又称作业调度、长程调度、接纳调度作用：把外存上处于后备队列中的作业调入内存，并为它们创建进程、分配资源、排在就绪队列上，准备执行。分时系统、实时系统，通常不需要作业调度。低级调度也称为进程调度、短程调度。作用：决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后由分派程序执行把处理机分配给该进程的具体操作。在OS中都必须配置。进程调度的两种调度方式非抢占方式抢占方式非抢占方式一旦把处理机分配给某进程后，便让该进程一直执行，直至该进程完成或阻塞时，才再把处理机分配给其他进程。[1]进程执行完毕，或因发生某事件而不能在继续执行；[2]执行中的进程因提出I/O请求而暂停执行[3]在进程通信或同步过程中执行了某种原语操作，如P操作（WAIT操作）、BLOCK原语、WAKEUP原语等。非抢占方式引起进程调度的因素抢占方式允许暂停某个正在执行的进程，将已分配给该进程的处理机重新分配给另一进程。抢占原则（1）优先权原则。优先权高的进程抢占处理机。（2）短作业优先原则。短作业（进程）抢占当前较长作业（进程）的处理机。（3）时间片原则。各进程按时间片运行，当一个时间片用完后重新调度。中级调度又称中程调度。目的：提高内存利用率和系统吞吐率作用：使暂时不能运行的进程从内存调至外存，进入就绪驻外存状态或挂起状态。把外存上又具备运行条件的就绪进程，重新调入内存，并修改为就绪状态，挂在就绪队列上。又称对换调度队列模型仅有进程调度的调度队列模型有高级和低级调度的调度队列模型同时有三级调度的调度队列模型通常，把就绪进程组织成FIFO队列，每当创建新进程时排在就绪队列的末尾，按时间片轮转方式运行仅有进程调度的调度队列模型进程在执行时，出现三种情况：[1]任务在时间片内完成，进程便在释放处理机后进入完成状态；[2]任务在时间片内未完成，OS便将该任务再放入就绪队列的末尾；[3]在执行期间，进程因为某事件而被阻塞后，被OS放入阻塞队列。就绪队列阻塞队列cpu进程调度等待事件时间片完进程完成用户事件出现有高级和低级调度的调度队列模型与前一模型的差别：（1）就绪队列的形式。批处理系统中最常用的是优先权队列。也可采用无序链表方式。（2）设置多个阻塞队列。就绪队列阻塞队列cpu进程调度等待事件时间片完进程完成作业调度后备队列有三级调度的调度队列模型调出时，可使进程状态由内存就绪转变为外存就绪，由内存阻塞转变为外存阻塞；在中级调度使外存就绪转变为内存就绪。谢谢收看操作系统第13讲哈尔滨工业大学张英涛操作系统第14讲主讲人：张英涛哈尔滨工业大学远程教育课程选择调度方式和调度算法的准则面向用户的准则面向系统的准则周转时间短响应时间快截止时间的保证优先权准则系统吞吐量高处理机利用率好资源的平衡利用周转时间从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔称为作业周转时间。包括四部分时间：在外存后备队列上等待调度的时间进程在就绪队列上等待调度的时间进程在CPU上执行的时间进程等待I/O操作完成的时间平均周期时间：T=1/n[∑Ti]i=1n带权周转时间:W=T/TsT：作业的周期时间Ts：系统为提供为它提供服务的时间（真正运行时间）。平均带权周转时间：W=1/n[∑Ti/Tsi]i=1n作业提交时间/时运行时间/h110.002210.101310.250.25例:有如下三道作业。系统为它们服务的顺序是：1、2、3。求平均周转时间和平均带权周转时间。作业提交时间运行时间开始时间完成时间周转时间带权周转时间110.002210.101310.250.25解：作业提交时间运行时间开始时间完成时间周转时间带权周转时间110.0021012.0022/2210.1011213.002.92.9/1310.250.251313.2533/0.25平均周转时间：T=(2+2.9+3)/3=2.63h平均带权周转时间：W=(2+2.9+12)/3=5.3h。响应时间响应时间是从用户通过键盘提交一个请求开始直至系统首次产生响应为止的时间间隔。它包括三部分时间：从键盘输入的请求信息传送到处理机的时间处理机对请求信息进行处理的时间将响应信息回送到终端显示器的时间。是分时系统中的重要原则。截止时间是指某任务必须开始执行的最迟时间，或必须完成的最迟时间。对于严格的实时系统，其调度方式和调度算法必须能保证这一点。吞吐量吞吐量指单位时间内系统所完成的作业数。评价批处理系统性能的重要指标。与作业的平均长度有关。对于大型作业，一般吞吐量约为每小时一道作业对于中、小型作业，其吞吐量则可达到数十道作业。谢谢收看操作系统第14讲哈尔滨工业大学张英涛操作系统第15讲主讲人：张英涛哈尔滨工业大学远程教育课程调度算法调度算法是指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。不同的系统和系统目标