第5章 CPU调度
第5章 指令系统
第五章指令系统操作系统：DOS，WINDOWS，UNIX，......程序设计语言服务程序：KV300，PCTOOLS，...机器语言：汇编语言：高级语言解释执行编译执行PASCAL易教好学FORTRAN 计算C 长于计算控制BASIC易学好记COBOL事务管理应用软件：WORD，EXCEL，ACCESS，DBASE，......二进制,CPU直接执行的指令系统把源程序汇编成机器语言目标程序计算机系统软件5.1 指令系统概述计算机系统中运行的软件有系统软件和应用软件两种。
系统软件对整个计算机系统进行调度、管理、监视、服务，为用户提供使用方便，扩大机器功能，提高机器使用效率。
应用软件是用户针对某种领域实际应用需求而开发的软件。
许多通用商品化的应用软件现已成为系统软件,如Word 等。
前述所有各种软件的设计基础就是计算机的指令系统。
名词解释：指令：命令计算机直接进行某种基本操作的二进制代码串,也叫机器语言代码。
每条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。
从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令。
微指令是微程序级的命令，它属于硬件；宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；而机器指令则介于微指令与宏指令之间。
指令系统：一台计算机能直接理解与执行的全部指令的集合称为该机的指令系统，也叫机器语言。
指令系统是进行计算机逻辑设计和编制程序的基本依据。
它直接说明了这台计算机的功能.不同类型CPU的指令系统是不能混用与兼容的，但同一系列的CPU一般升级后指令都有扩充，并可兼容。
复杂指令系统计算机（CISC)和精简指令系统计算机（RISC)5.2指令格式5.2.1 指令的结构指令字：代表指令的一组二进制代码信息；指令长度：指令字中二进制代码的位数；1、典型的指令格式OP A操作码OP——指明操作性质的命令码，提供指令的操作控制信息。
操作对象A——说明操作数存放的地址，有时则就是操作数本身。
3第三章_cpu调度
高优先级优先调度算法
优先级的类型：
（1）动态优先级 （2）静态优先级
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高优先级优先调度算法
1）静态优先级（重点）
静态优先权是在创建进程时确定的，且在进程的整个运 行期间保持不变，一般用0～7 或 0～255中的某一整数来表示。 优先级的确立，主要参考以下几种依据：
(1) 进程类型。通常，系统进程(如接收进程、对换进程、磁 盘 I/O 进程)的优先级高于一般用户进程的优先级。 (2) 进程对资源的需求。如进程的估计执行时间及内存需要 量的多少，对这些要求少的进程应赋予较高的优先级。 (3) 用户要求。这是由用户进程的紧迫程度及用户所付费用 的多少来确定优先级的。
作业：作业是一个比程序更为广泛的概念，它不仅包含了通常的程序和 数据，而且还应配有一份作业说明书，系统根据该说明书来对程序的运 行进行控制 作业步：通常，在作业运行期间，每个作业都必须经过若干个相对独立， 又相互关联的顺序加工步骤才能得到结果，我们把其中的每一个加工步 骤称为一个作业步，各作业步之间存在着相互联系，往往是把上一个作 业步的输出作为下一个作业步的输入。 作业流：若干个作业进入系统后，被依次存放在外存上，这便形成了输 入的作业流；在操作系统的控制下，逐个作业进行处理，于是便形成了 处理作业流。
进程调度的功能：
1）保存处理机的现场信息：保存当前进程的处理机的现场 信息，如程序计数器、多个通用寄存器中的内容等，将它们送 入该进程的进程控制块(PCB)中的相应单元。 2）按某种算法选取进程：进程调度程序按某种算法如优先 级算法、轮转法等，从就绪队列中选取一个进程，把它的状态 改为运行状态，并准备把处理机分配给它。
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先到先服务调度（FCFS）算法
进程处理顺序：
第五章第六节 调度通信设备维护与故障处理
第六节调度通信设备维护与故障处理调度通信系统是直接为铁路调度指挥提供通信服务的设备，调度通信系统能否正常运行，直接关系到运输秩序是否正常。
做好调度通信设备的日常维护，及时处理设备故障，对铁路运输安全、可靠具有重要意义。
本节主要介绍了铁路系统常用设备的组成、单板功能、指示灯含义及常见故障处理方法等内容。
一、调度通信设备的维护标准按照《有线维规》执行。
二、调度通信设备各板件的类型、功能、指示灯的含义目前高铁调度通信系统主要使用了中软、佳讯两个厂家的设备，以下着重就这两家设备的板件类型、功能和指示灯含义等分别进行介绍。
（一）中软调度通信设备1. 模块处理机板MPU每模块框配置两块MPU，采取并行处理方式。
内置16K×16K大型数字交换网络，提供256方会议资源、64套DTMF资源、个性化语音32种、信号音64种，并能为本模块提供全系统同步的各种时钟和时序；完成模块内和模块间的网络交换、呼叫处理和控制。
2. 电源板PWR提供模块框系统所需的电源及铃流，每模块框配两块电源板，两板的直流电源工作于并联热供方式，铃流为热备份。
3. 数字中继处理机板DTU每块DTU板有两个A口，完成系统共线信令、NO.1 信令、NO.7信令的处理。
4. 2M触摸屏调度台（值班台）接口板DDU每块DDU板有两个A口，完成2M调度台（值班台）接口信令等的处理。
5. 数字用户信令处理机板DSU每块DSU板有2或4个标准2B+D U接口，完成标准U口信令及调度台（值班台）信令处理。
6. 接口模块母板ALC每块ALC板提供8个接口模块槽位，可混插8种的不同模块。
本系统提供的接口模块种类如下：（1）SLICM 4 用户接口模块（Z接口）（2）SLICMQ 下行区间接口模块（3）RCTNM V4.2 环路中继接口模块（4）ZCT1M V4.2 磁石接口模块（5）ZCT2M 上行区间接口模块（6）VF24M 二/四线音频接口模块7.指示灯含义表5-6-1列出了各板件的指示灯含义。
《计算机专业英语》电子教案-第5章
5.1 OS Function The user interface function facilitates creation and use of appropriate computational structures by a user. This function typically involves the use of a command language or a menu.
5.1.1 Resource allocation and related functions
An OS can use a resource table as the central data structure allocation. The table contains an entry for each resource unit in the system. The entry contains the name or address of the resource unit and its present status, i.e. whether it is free or allocated to some program. When a program raises a request for a resource, the resource would be allocated to it if it is presently free. If many resource units of a resource class exist in the system, a resource request only indicates the resource class and the OS checks if any resource unit of that class is available for allocation.
操作系统概念第七版4-6章课后题答案（中文版）
操作系统概念第七版4-6章课后题答案（中⽂版）第四章线程4.1举两个多线程程序设计的例⼦来说明多线程不⽐单线程⽅案提⾼性能答：1）任何形式的顺序程序对线程来说都不是⼀个好的形式。
例如⼀个计算个⼈报酬的程序。
2）另外⼀个例⼦是⼀个“空壳”程序，如C-shell和korn shell。
这种程序必须密切检测其本⾝的⼯作空间。
如打开的⽂件、环境变量和当前⼯作⽬录。
4.2描述⼀下线程库采取⾏动进⾏⽤户级线程上下⽂切换的过程答：⽤户线程之间的上下⽂切换和内核线程之间的相互转换是⾮常相似的。
但它依赖于线程库和怎样把⽤户线程指给内核程序。
⼀般来说，⽤户线程之间的上下⽂切换涉及到⽤⼀个⽤户程序的轻量级进程（LWP）和⽤另外⼀个线程来代替。
这种⾏为通常涉及到寄存器的节约和释放。
4.3在哪些情况下使⽤多内核线程的多线程⽅案⽐单处理器系统的单个线程⽅案提供更好的性能。
答：当⼀个内核线程的页⾯发⽣错误时，另外的内核线程会⽤⼀种有效的⽅法被转换成使⽤交错时间。
另⼀⽅⾯，当页⾯发⽣错误时，⼀个单⼀线程进程将不能够发挥有效性能。
因此，在⼀个程序可能有频繁的页⾯错误或不得不等待其他系统的事件的情况下，多线程⽅案会有⽐单处理器系统更好的性能。
4.4以下程序中的哪些组成部分在多线程程序中是被线程共享的？a.寄存值b.堆内存c.全局变量d.栈内存答：⼀个线程程序的线程共享堆内存和全局变量，但每个线程都有属于⾃⼰的⼀组寄存值和栈内存。
4．5⼀个采⽤多⽤户线程的多线程⽅案在多进程系统中能够取得⽐在单处理器系统中更好的性能吗？答：⼀个包括多⽤户线程的多线程系统⽆法在多处理系统上同时使⽤不同的处理器。
操作系统只能看到⼀个单⼀的进程且不会调度在不同处理器上的不同进程的线程。
因此，多处理器系统执⾏多个⽤户线程是没有性能优势的。
4.6就如4.5.2章节描述的那样，Linux没有区分进程和线程的能⼒。
且Linux线程都是⽤相同的⽅法：允许⼀个任务与⼀组传递给clone()系统调⽤的标志的进程或线程。
第5章-计算机系统结构(第五版)李学干
第5章 标量处理机
图 5 - 11 B一次相关与二次相关
第5章 标量处理机
由图5 - 11可见，B二次相关时，只需推后“分析k+2”的 始点到“执行k”送入通用寄存器的运算结果能在“分析k+2” 开始时出现于通用寄存器输出总线上即可，如图5 - 12(a)所 示。至于推后多少拍，这取决于通用寄存器组译码、读
如图5 - 20(b)所示。即使流水线每隔Δt0流入一条指令，也会
因来不及处理被堆积于2段，致使流水线仍只能每隔 3Δt0才流出一条指令。
第5章 标量处理机
图 5 - 20 最大吞吐率取决于瓶颈段的时间
第5章 标量处理机
消除瓶颈的一种办法是将瓶颈子过程再细分。例如将2
段再细分成21、22、23三个子段，如图5-21(a)所示。让各子
同，如图5 - 23所示那样，则在T时间里，流水线各段的效率
都相同，均为η0，即
nΔt0 n 1 2 m 0 T m (n 1)
第5章 标量处理机
整个流水线的效率
1 2 m
m
m0 mnΔt0 0 m mT
式中，分母mT是时空图中m个段和流水总时间T所围成
第5章 标量处理机
图 5 - 3 一次重叠工作方式
第5章 标量处理机
(2) 要解决“分析”与“执行”操作的并行。 (3) 要解决“分析”与“执行”操作控制上的同步。 (4) 要解决指令间各种相关的处理。 图5 - 4示意出条件转移时第k条指令和第k+1条指令的时
间关系。
第5章 标量处理机
图 5 - 4 第k条指令和第k+1条指令的时间关系
由于运算结果是在“执行”周期的末尾才送入通用寄存
计算机操作系统课后习题答案解析张尧学
第一章绪论1．什么是操作系统的基本功能?答：操作系统的职能是管理和控制汁算机系统中的所有硬、软件资源，合理地组织计算机工作流程，并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。
操作系统的基本功能包括：处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理（文件系统管理）和用户接口等。
2．什么是批处理、分时和实时系统?各有什么特征?答：批处理系统（batchprocessingsystem）：操作员把用户提交的作业分类，把一批作业编成一个作业执行序列，由专门编制的监督程序（monitor）自动依次处理。
其主要特征是：用户脱机使用计算机、成批处理、多道程序运行。
分时系统（timesharingoperationsystem）：把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮转的方式，把处理机分配给各进程使用。
其主要特征是：交互性、多用户同时性、独立性。
实时系统（realtimesystem）：在被控对象允许时间范围内作出响应。
其主要特征是：对实时信息分析处理速度要比进入系统快、要求安全可靠、资源利用率低。
3．多道程序（multiprogramming）和多重处理（multiprocessing）有何区别?答；多道程序（multiprogramming）是作业之间自动调度执行、共享系统资源，并不是真正地同时值行多个作业；而多重处理（multiprocessing）系统配置多个CPU，能真正同时执行多道程序。
要有效使用多重处理，必须采用多道程序设计技术，而多道程序设计原则上不一定要求多重处理系统的支持。
6.设计计算机操作系统时与那些硬件器件有关运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备第二章作业管理和用户接口2．作业由哪几部分组成?各有什么功能?答：作业由三部分组成：程序、数据和作业说明书。
程序和数据完成用户所要求的业务处理工作，作业说明书则体现用户的控制意图。
3．作业的输入方式有哪几种?各有何特点答：作业的输入方式有5种：联机输入方式、脱机输入方式、直接耦合方式、SPOOLING（Simultaneous Peripheral OperationsOnline）系统和网络输入方式，各有如下特点：（1）联机输入方式：用户和系统通过交互式会话来输入作业。
[操作系统]考试复习题及答案
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操作系统第一章复习题二、填空题1、操作系统两个最基本的特征是（并发）和（共享），两者之间互为存在条件。
2、实时系统应具有的两个基本特征，它们是（及时性）和（高可靠性）。
3、允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为（分时操作系统）；允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为（批处理操作系统）；计算机系统能及时处理过程控制数据并作出响应的操作系统称为（实时操作系统）。
4、操作系统是计算机系统中的一个（系统软件），它管理和控制计算机系统中的（硬件和软件资源）。
5、操作的四大功能是（处理机管理）、（存储器管理）、（设备管理）、（文件管理）。
6、操作系统的基本特征是（并发性）、（共享性）、（虚拟性）、（异步性）。
三、简答题1、设计现代操作系统的主要目标是什么答；①有效性②方便性③可扩展性④开放性2、OS 的作用表现在哪几个方面答：①OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接口。
②OS 作为姐姐是系统资源的管理者。
③OS 实现了对计算机资源的抽象。
3、OS 有几大特征其最基本的特征是什么答：OS 有四大基本特征：并发、共享、虚拟和异步；其中最基本的特征是并发和共享。
4、试描述什么是微内核OS。
答：关于微内核，现在尚无一致的定义，但一般具有一下特征：①足够小的内核②给予客户/服务器模式③应用”机制与策略分离原理”④采用面向对象技术操作系统第二章复习题三、填空题1、在操作系统中引入线程概念的主要目的是(缩短系统切换的时空开销，提高程序执行并发度)。
2、引入了线程的操作系统中，资源分配的基本单位是（进程），CPU 分配的基本单位是（线程）。
3、进程的基本状态由执行、（就绪）、（阻塞）。
4、进程的基本特征是（动态性）、（并发性）、（独立性）、（异步性）、（结构特征）。
5、信号量的物理意义是当信号量值大于0 时表示（系统当前可用资源数目）；当信号量值小于0 时，其绝对值为（因请求该资源而被阻塞的进程数目）。
操作系统知识点复习总结
计算机操作系统第0章计算机系统概述计算机系统由操作员、软件系统和硬件系统组成。
软件系统：有系统软件、支撑软件和应用软件三类。
系统软件是计算机系统中最靠近硬件层次不可缺少的软件；支撑软件是支撑其他软件的开发和维护的软件；应用软件是特定应用领域的专用软件。
硬件系统：借助电、磁光、机械等原理构成的各种物理部件的组合，是系统赖以工作的实体。
如今计算机硬件的组织结构仍然采用冯诺依曼基本原理（有控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备—通常把控制器和运算器做一起称为中央处理机cpu，把输入输出设备统称为I/O设备）。
关于计算机系统的详细：Cpu的四大组件构成：ALU、CU、寄存器和中断系统。
存储器：理想存储器是大容量、高速度和低价位。
在计算机系统中存储器的分层结构：寄存器、高速缓存（cache）（用于解决cpu和内存读写速度过于不匹配）、主存（RAM和ROM）、磁盘和磁带。
I/O系统：由I/O软件和I/O硬件组成，前者用于将数据输入主机和将数据计算的结果输出到用户，实现I/O系统与主机工作的协调。
I/O硬件包括接口模块和I/O设备。
关于系统中断：利用中断功能，处理器可以在I/O操作执行过程中执行其他指令。
第1章操作系统引论操作系统的定义：控制和管理计算机软、硬件资源，合理组织计算机的工作流程，以便用户使用的程序集合。
计算机的四代发展：(1)没有操作系统的计算机（没有晶体管，使用机器语言写成的）(2)有监控系统的计算机（出现晶体管，使用汇编语言和高级语言，出现了单道批处理系统）(3)带操作系统的计算机（出现了小规模的集成电路，出现了多道程序设计技术—相当于系统中断，由于多道程序不能很好的满足用户对响应时间的要求，出现了分时系统。
多批道处理系统和分时系统的出现标志着操作系统的形成。
）(4)多元化操作系统的计算机（出现了大规模集成电路，分布式操作系统）操作系统的特征并发性：两个或两个以上的事物在同一个时间间隔内发生。
（第5章操作系统的资源管理）习题五答案
（第5章操作系统的资源管理）习题五答案习题五参考答案（P132）5-1什么是虚拟资源？对主存储器⽽⾔，⽤户使⽤的虚拟资源是什么？答：虚拟资源是⽤户使⽤的逻辑资源，是操作系统将物理资源改造后，呈现给⽤户的可供使⽤的资源。
对主存储器⽽⾔，⽤户使⽤的虚拟资源是虚拟存储器。
提供给⽤户使⽤虚拟存储器的⼿段是逻辑地址空间，⽤户在编程时使⽤的是逻辑地址，空间⼤⼩不受限制（也就是说逻辑地址空间可以⽐物理地址空间⼩也可以⽐物理地址空间⼤）。
5-2常⽤的资源分配策略有哪两种？在每⼀种策略中，资源请求队列的排序原则是什么？答：常⽤的资源分配策略有先来先服务策略和优先调度策略。
在先来先服务策略中资源请求队列的排序原则是按照提出请求的先后次序排序；在优先调度策略中资源请求队列的排序原则是按照提出请求的紧迫程度（即优先级）从⾼到底排序。
5-3什么是移臂调度？什么是旋转调度？答：移臂调度是指在满⾜⼀个磁盘请求时，总是选取与当前移臂前进⽅向上最近的那个请求，使移臂距离最短。
旋转调度是指在满⾜⼀个磁盘请求时，总是选取与当前读写磁头旋转⽅向上最近的那个请求，使旋转圈数最少。
5-4什么是死锁？试举例说明。
答：⼀组进程中，每个进程都⽆限等待被该组进程中另⼀进程所占有的资源，因⽽永远⽆法得到资源，这种现象称为进程死锁，这⼀组进程就称为死锁进程。
设某系统拥有⼀台输⼊机和⼀台打印机，并为进程P1和P2所共享。
在t1时刻，进程P1和P2分别占⽤了输⼊机和打印机。
在t2（t2 > t1）时刻，进程P1请求打印机，P1将被阻塞，进⼊等待打印机的等待队列中，等待P2释放打印机。
在t3（t3 > t2）时刻，进程P2请求输⼊机，P2将被阻塞，进⼊等待输⼊机的等待队列中，等待P1释放输⼊机。
此时，P1和P2进⼊了永久的互等状态，即P1和P2成为死锁进程，出现了死锁现象。
5-5产⽣死锁的原因是什么？产⽣死锁的必要条件是什么？答：产⽣死锁的原因主要有：（1）竞争有限的系统资源。
(完整版)操作系统复习题附答案
3、进程高级通信的3种机制？主从式，会话式，消息队列或邮箱方式，共享存储区方式
五、应用题
1、信号量操作解决问题：互斥、前趋关系图、经典同步问题。
第3章处理机调度与死锁
一、填空题
1、产生死锁的原因，一是竞争资源，二是进程的（运行推进的顺序）不当。
2、死锁是系统中两个或两个以上的进程由于竞争系统资源而出现的一种（处于无限期等待，系统处于停滞状态）现象。
2、像打印机这类一次只允许一个进程使用的资源称为临界资源。T
3、进程是静态的，程序是动态的。F
4、进程互斥关系是一种特殊的进程同步关系。T
四、简答题
1、简述进程的5个特征。动态性，并发性，独立性，制约性，异步性，结构性。
2、什么叫进程同步机制？请叙述进程同步机制的4条准则。
进程同步时指系统中多个进程发生的事件存在某种时序关系，需要相互合作，共同完成一项任务
A．寻道时间B．旋转延迟时间C．传输时间D．周转时间
6．磁盘访问中把数据从磁盘读出，或向磁盘写入数据所花费的时间叫做(D)。
A．寻找指定柱面的时间B．旋转延迟时间C．周转时间D．传输时间
三、判断题
1、在DMA控制方式下，外部设备与CPU之间直接进行成批的数据交换。(错，与存储器)
2、通道执行CPU指令构成的程序，与设备控制器一起共同实现对I/O设备的控制。（错，通道执行通道指令构成的程序，通道本身是一个处理机，指令非常单一，通道没有独立的内存）
11
第5章设备管理
一、填空题
1、磁盘的访问时间包括三部分时间，寻道时间、（旋转延迟时间）和传输时间。（其中寻道时间）
2、在联机情况下实现的同时与外围设备联机操作的技术，称为（联机输入输出或假脱机）。
操作系统第5章设备管理
第5章 设备管理
5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理
操作系统第5章设备管理
5.1 概述
5.1.1 设备分类 5.1.2 设备控制器 5.1.3 设备通道
操作系统第5章设备管理
设备的种类和数量越来越多，结构也越来越复杂， 为了管理上的方便，通常按不同的观点，从不同的角 度对设备进行分类。
1
300
2000
0
250
1850
1
250
720
操作系统第5章设备管理
3．通道方式处理过程
⑴ 当进程要求设备输入数据时，CPU发出启动指令， 并指明要进行的I/O操作、使用设备的设备号和对应的 通道。
⑵ 通道接收到CPU发来的启动指令后，把存放在内 存的通道处理程序取出，开始执行通道指令。
⑶ 执行一条通道指令，设置对应设备控制器中的控 制状态寄存器。
操作系统第5章设备管理
第5章 设备管理
5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理
操作系统第5章设备管理
5.3 I/O软件层次
5.3.1 I/O软件的目标 5.3.2 I/O中断处理程序 5.3.3 I/O设备驱动程序 5.3.4 与设备无关的I/O软件 5.3.5 用户空间的I/O软件
操作系统第5章设备管理
2. 局部总线(Local Bus) 1) VESA(Video Electronic Standard Association)总线 2) 2) PCI(Peripheral Component Interface)总线
第5章资源分配与调度
5.4 死 锁
5.4.1 死锁的概念 1.死锁的例 进程p1、p2 共享一台打印机和一台光标记阅读 机： 时刻t1，进程 p1——占用打印机 进程 p2——占用光标记阅读机。时刻 t2，进程 p1——又请求光标记阅读机 进程 p2——又请求打印机 则出现进程之间互相等待资源，又都不能向前 推进的一个僵持的局面
2、系统状态分析
为了预防死锁应能观察系统的情况，以分析某一
时刻系统是否处于一个合理的状态。
假设系统有n个进程和m类资源：
n个进程的描述：P={p1,p2, …,pn} m个资源的描述：r={r1,r2, …,rm}
可以完全一样加以应用的一组资源称为同类资源
系统的初始状态给出系统中各类可用资源的总数 目 w={w1,w2, …,wm}
进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其 他进程强行夺走，即只能由获得该资源的进程自 己来释放。
(3) 占有并等待（部分分配）
进程每次申请它所需要的一部分资源。在等待一新资
源的同时，进程继续占用已分配到的资源。
(4) 环路条件 （循环等待） 存在一种进程的循环链，链中的每一个进程已获 得的资源同时被链中下一个进程所请求。
5.2 资源分配机制
资源描述器： (Resource Descriptor)
每类资源都有一个最小分 配单位。 如： 主存最小分配单位：在 分区分配中--主存分区 磁盘最小分配单位：磁盘 面中的一个扇区
资源描述器的内容
资源名 资源类型 最小分配单位的大小 最小分配单位的地址 分配标志 描述器链接信息
d 11 d 21 d (t ) d n1 d 12 d 22 d n2 d 1m d 2m d nm
操作系统教程第5版部分习题答案
第一章：一、3、10、15、23、27、353.什么是操作系统？操作系统在计算机系统中的主要作用是什么？操作系统是管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务,并合理组织计算机工作流程和为用户有效地使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件.主要作用(1)服务用户—操作系统作为用户接口和公共服务程序(2)进程交互—操作系统作为进程执行的控制者和协调者(3)系统实现—操作系统作为扩展机或虚拟机(4)资源管理—操作系统作为资源的管理者和控制者10.试述系统调用与函数（过程）调用之间的区别。
（1）调用形式和实现方式不同；（2）被调用的代码位置不同；（3）提供方式不同15.什么是多道程序设计？多道程序设计有什么特点？多道程序设计是指允许多个作业（程序）同时进入计算机系统内存并执行交替计算的方法。
从宏观上看是并行的，从微观上看是串行的。
（1）可以提高CPU、内存和设备的利用率；（2）可以提高系统的吞吐率，使单位时间内完成的作业数目增加；（3）可以充分发挥系统的并行性，使设备和设备之间，设备和CPU之间均可并行工作。
23.现代操作系统具有哪些基本功能？请简单叙述之。
（1）处理器管理；（2）存储管理；（3）设备管理；（4）文件管理；（5）联网与通信管理。
27.什么是操作系统的内核？内核是一组程序模块，作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作，通常驻留在内核空间，运行于内核态，具有直接访问计算机系统硬件设备和所有内存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序。
35.简述操作系统资源管理的资源复用技术。
系统中相应地有多个进程竞争使用资源，由于计算机系统的物理资源是宝贵和稀有的，操作系统让众多进程共享物理资源，这种共享称为资源复用。
（1）时分复用共享资源从时间上分割成更小的单位供进程使用；（2）空分复用共享资源从空间上分割成更小的单位供进程使用。
.二、2、52、答：画出两道程序并发执行图如下：(1)两道程序运行期间，CPU存在空闲等待，时间为100至150ms之间(见图中有色部分)。
操作系统复习提纲
第一章导论操作系统的功能作用：1、作用：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，使用户与计算机之间的接口。
2、功能：处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口。
操作系统的发展过程：1、手工操作时期：人工干涉，用户独占。
2、早期批处理时期：出现了完成作业自动转换工作的程序叫监督程序，包括早期联机批处理、早期脱机批处理。
3、多道批处理系统：在内存中同时存放多道程序在管理程序的控制下交替执行，用户独占。
分时系统：用户与主机交互。
实时系统：具有专用性及时性。
4、现代操作系统（网络操作系统和分布式操作系统）：有网络地址，提供网络服务，实现资源共享。
第二章计算机系统结构计算机系统在硬件方面的保护：1、双重模式操作：用户模式、监督程序模式，双重模式操作为人们提供了保护操作系统和用户程序不受错误用户程序影响的手段。
2、I/O保护：定义所有I/O指令为特权指令，所以用户不能直接发出I/O指令，必须通过操作系统来进行3、内存保护：对中断向量和中断服务程序进行保护，使用基址寄存器和界限寄存器4、CPU保护：使用定时器防止用户程序运行时间过长，操作系统在将控制权交给用户之前，应确保设置好定时器，以便产生中断。
第三章操作系统结构操作系统的基本组成：进程管理、内存管理、文件管理、输入/输出系统管理、二级存储管理、联网、保护系统、命令解释系统。
系统调用的含义：系统调用提供了进程与操作系统之间的接口。
分为五类：进程控制、文件管理、设备管理、信息维护、通信。
操作系统设计所采用的结构：1、简单结构：以较小、简单且功能有限的系统形式启动，但后来渐渐超过了其原来的范围，由于运行所用的硬件有限，它被编写成利用最小的空间提供最多的功能2、分层方法：优点：模块化，简化了调试和系统验证；缺点：涉及对层的仔细认真的定义的困难，效率较差3、微内核：优点：便与操作系统扩充，便于移植；缺点：关于哪些服务应保留在内核内，而哪些服务应在用户空间内实现，并没有定论。
cpu分配调度的单元
进程是CPU分配调度的基本单元，它拥有独立的资源平台，是系统资源分配的基本单元。
每个进程都拥有一个完整的资源平台，包括CPU、内存、文件、设备等资源。
进程之间可以互相通信和协作，也可以共享资源。
在多线程编程中，一个进程可以包括多个线程，这些线程共享进程的资源，如寄存器、堆栈、上下文等。
线程是CPU 调度的基本单元，系统根据线程的优先级和调度策略来分配CPU时间片。
多线程编程具有响应度高、资源共享、经济和多处理器体系结构的利用等优点。
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时间片=20时的上下文切换
进程 P1 P2 P3 P4 • Gantt图: 图
P1 P2 P3 P4 P1 P3 P4 P1 P3 P3
时间 53 17 68 24
0
20
37
57
77
97
117
121
134
154
162
典型的说，RR的平均周转时间比SJF长，但响应时间要 短一些 。
Fig 5.4 时间片与上下文切换的开销
• "最短剩余时间优先 最短剩余时间优先"SRT(Shortest 最短剩余时间优先 Remaining Time) – 允许比当前进程剩余时间更短的进程来抢 占。有部分改进，但剩余时间长的进程仍 可能得不到CPU. • "最高响应比优先 最高响应比优先"HRRN(Highest 最高响应比优先 Response Ratio Next) – 响应比R = (等待时间 + 要求执行时间) / 等待时间 要求执行时间 – 是FCFS和SJF的折衷
– α 和 (1 - α)都是不大于1的正数，所以上式各项的权值逐渐减少。
5.3.3 优先权调度
• 该算法总是把处理机分配给就绪队列中具有最高优先权的进 程。 • 常用以下两种方法来确定进程的优先权： – 静态优先权 静态优先权是在创建进程时确定的，在整个运 行期间不再改变。依据有：进程类型、进程对资源的要求、 用户要求的优先权。 – 动态优先权 动态优先权是基于某种原则，使进程的优先 权随时间改变而改变。 • CPU分配给最高优先级的进程（假定最小的整数 ≡ 最高的优 分配给最高优先级的进程（ 分配给最高优先级的进程 先级）. 抢占式 – Preemptive 非抢占式 – nonpreemptive • SJF是以下一次 是以下一次CPU区间长度为优先数的优先级调度 是以下一次 区间长度为优先数的优先级调度
短作业优先调度(续)
• SJF是最优的 ---- 对一组指定的进程而言， 是最优的 它给出了最短的平均等待时间
非抢占式 SJF
进程 到达时间 0.0 P1 2.0 P2 4.0 P3 5.0 P4 • SJF (非抢占式 非抢占式) 非抢占式
P1 P3
区间时间 7 4 1 4
P2
P4
0
3
7
8
12
tn表示最近的区间信息； τn存放了过去历史区间 信息； τn+1 是过去和现在信息的加权平均
Fig 5.3 下一个CPU区间长度的预测
猜测
指数平均的例
• α =0 – τn+1 = τn
– τn不变＝ τ0 ，即以后的所有实际区间tn都不影响预 测值，即认为这些区间是暂时的，不重要的。
• α =1 – τn+1 = tn – 此时公式的含义是：历史数据不重要，当前的区间是最重要 的. • 由递推公式，我们有: τn+1 = α tn+(1 - α) α tn -1 + … +(1 - α )j α tn -j + … +(1 - α )nα t0 +(1 - α )n＋1 τ0 ＋
第5章 CPU调度
• • • • • • • 5.1 基本概念 5.2 调度准则 5.3 调度算法 5.4 多处理器调度 5.5 实时调度 5.6 算法评估 5.7 进程调度模型
5.1基本概念
• 处理机管理的工作是对CPU资源进行合理的分 配使用，以提高处理机利用率，并使各用户公 平地得到处理机资源。这里的主要问题是处理 机调度算法和调度算法特征分析。
优先级调度 (Cont.)
• 问题 ≡ 饥饿 – 低优先级的可能永远得不 到运行 (据说 据说1973年MIT关闭 关闭IBM7094计算机时 据说 年 关闭 计算机时 发现还有许多1967年提交的低优先级进 程一直没有运行) • 解决方法 ≡ 老化 – 视进程的等待时间的 延长提高其优先数，即，优先级随等待 时间的增加而提高
多级队列调度 (续)
• 将就绪队列分为：
– 前台（交互式）和后台 （批处理）
• 每个队列有自己的调度算法 前台– RR (轮转法) – (轮转法 轮转法) 后台– FCFS
多级队列调度 (续)
• 调度须在队列间进行 –固定优先级调度，即前台运行完后 再运行后台。有可能产生饥饿 –给定时间片调度，即每个队列得到 一定的CPU时间，进程在给定时间 内执行；如，80%的时间执行前台 的RR调度，20%的时间执行后台的 FCFS调度 调度
进程运行时间＝10 时间片 上下文 切换次 数
Fig 5.5 周转时间随时间片大小而变化
平 均 周 转 时 间
时间片
5.3.5 多级队列调度
本算法引入多个就绪队列，通过各队列的区 别对待，达到一个综合的调度目标； • 根据作业或进程的性质或类型的不同，将就 绪队列再分为若干个子队列。 • 每个作业或进程固定归入一个队列。 • 各队列的不同处理：不同队列可有不同的优 先级、时间片长度、调度策略等。如：系统 进程、用户交互进程、批处理进程等。
多级队列调度 (续)
最高优先级 系统进程
交互式进程
交互式编辑进程
批处理进程
学生进程 最低优先级
5.3.6 多级反馈队列调度
• 进程能在不同的队列间移动；可实现老 化 • 多级反馈队列调度程序由以下参数定义: –队列数 –每一队列的调度算法 –决定进程升级和降级的方法
FCFS 调度 (续)
• 假定进程到达顺序如下 P2 , P3 , P1 . • 该调度的Gantt图为
P2 P3 P1
0
3
6
30
• • • •
等待时间 : P1 = 6; P2 = 0; P3 = 3 周转时间： P1 = 30; P2 = 3; P3 = 6 平均等待时间: (6 + 0 + 3)/3 = 3 平均周转时间: (30 + 3 + 6)/3 = 13
5.2 调度准则
• CPU利用率 – 使CPU尽可能的忙碌 利用率 • 吞吐量——单位时间内运行完的进程数 • 周转时间——进程从提交到运行结束的全部 时间 • 等待时间——进程在就绪队列中等待调度的 时间片总和 • 响应时间——从进程提出请求到首次被响应 （而不是输出结果）的时间段（在分时系统 环境下）
短作业优先调度算法的关键和困难是如何获 得进程的当前CPU区间？
CPU区间的预测
• 当前CPU区间的长度只能估计 • 可以通过先前执行完毕的CPU区间长 度并计算它们的指数均值来预估.
1. t n = 第 n 个 CPU 区间长度 2. τ n +1 = 下一个 CPU 区间长度预测 3. α , 0 ≤ α ≤ 1 4. 定义 : τ n +1 = α tn + (1 − α )τ n .
5.3.1 先来先服务调度
• 这是最简单的调度算法，按先后顺序进行调度。 • FCFS算法 算法 – 按照进程或作业提交变为就绪状态的先后次序，分 派CPU； – 当前进程或作业占用CPU，直到执行完或阻塞，才 出让CPU（非抢占方式）。 – 在进程或作业唤醒后（如I/O完成），并不立即恢复 执行，通常等到当前作业或进程出让CPU。最简单 的算法。 • FCFS的特点 的特点 – 比较有利于长进程，而不利于短进程。 – 有利于CPU繁忙的进程，而不利于I/O繁忙的进程。
4.最优准则 最优准则
• • • • • 最大的CPU利用率 最大的吞吐量 最短的周转时间 最短的等待时间 最短的响应时间
5.3 调度算法
• • • • • • 5.3.1先来先服务调度 (FCFS) 先来先服务调度 5.3.2短作业优先调度 短作业优先调度 5.3.3优先权调度 优先权调度 5.3.4时间片轮转调度 时间片轮转调度(RR)(Round Robin) 时间片轮转调度 5.3.5 多级队列调度 5.3.6 多级反馈队列调度
16
• 平均等待时间 = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4
抢占式 SJF
进程 P1 P2 P3 P4 抢占式) 抢占式 • SJF (抢占式
P1 P2 P3
到达时间 0.0 2.0 4.0 5.0
区间时间 7 4 1 4
P2
P4
P1
0
2
4
5
7Leabharlann 1116• 平均等待时间 = ((11-2) + (5-2-2) + (4-4) +(7-5))/4 = 3
• 进程的执行－由在CPU上执行和I/O等待 周期组成 • CPU执行 从CPU区间开始 执行—从 区间开始(CPU 执行 区间开始 Burst) , 接着是I/O区间(I/O Burst),然后 然后 在两区间中交替，最后在CPU区间中终止
Fig 5.1 CPU区间和I/O区间的交替序列
CPU区间时间曲线图
CPU区间长度 毫秒 与其区间个数 频率 的曲线图 区间长度(毫秒 与其区间个数(频率 区间长度 毫秒)与其区间个数 频率)的曲线图
5.1.2 CPU调度
• 发生CPU调度，当一个进程: 1. 从运行转到等待 2. 从运行转到就绪 3. 从等待转到就绪 4. 终止运行 • 调度方式： – 非抢占式（Nonpreemptive）调度:调度程序一旦把处理机 分配给某进程后便让它一直运行下去，直到进程完成或发 生某事件而阻塞时，才把处理机分配给另一个进程。如上1、 4 – 抢占式（preemptive）调度:当一个进程正在运行时，系 统可以基于某种原则，剥夺已分配给它的处理机，将之分 配给其它进程。剥夺原则有：优先权原则、短进程优先原 则、时间片原则。如上2、3
2. 时间片长度的确定
• 时间片q的长度变化的影响 –q过长－>退化为FCFS算法，进程在一个时间片内都执行 完，响应时间长。 –q过短－>用户的一次请求需要多个时间片才能处理完， 上下文切换次数增加，响应时间长。 • 对响应时间的要求： –T(响应时间)=N(进程数目)*q(时间片) • 时间片长度的影响因素： –就绪进程的数目：数目越多，时间片越小（当响应时间 一定时） –系统的处理能力：应当使用户输入通常在一个时间片内 能处理完，否则使响应时间，平均周转时间和平均带权 周转时间延长。