处理器管理
处理机管理文件管理作业管理
处理机管理文件管理作业管理计算机是现代社会中不可或缺的工具，而计算机中最重要的组成部分就是处理器。
处理器是计算机中的核心，负责执行各种指令，实现各种计算、操作和运行。
处理器的管理对于计算机的性能和效果至关重要。
同时，文件管理和作业管理也是计算机系统中不可或缺的部分，它们负责对计算机中的文件和作业进行管理和维护，确保计算机的正常运行。
处理机管理处理机管理是计算机系统中最重要的一部分，它负责对处理器进行管理和调度。
处理器的管理包括对处理器的分配、调度和协调，以及对处理器的性能和效率进行优化和提升。
处理器的调度对于计算机系统的性能和效果影响很大，因此处理器的管理是计算机系统中必不可少的部分。
文件管理文件管理是计算机系统中的重要组成部分，它负责对计算机中的文件进行管理和维护。
文件管理包括对文件的创建、存储、访问和删除等操作，同时还包括对文件进行备份和恢复等操作。
文件管理对于计算机系统中的数据安全和数据完整性至关重要，因此它是计算机系统中必不可少的部分。
作业管理作业管理是计算机系统中的重要组成部分，它负责对计算机中的作业进行管理和维护。
作业管理包括对作业的提交、调度、执行和控制等操作，同时还包括对作业进行监控和调整等操作。
作业管理对于计算机系统中的任务执行和任务效率至关重要，因此它是计算机系统中必不可少的部分。
处理机管理、文件管理和作业管理是计算机系统中三个重要的组成部分，它们共同构成了计算机系统的基础。
处理机管理负责对处理器进行管理和调度，文件管理负责对计算机中的文件进行管理和维护，作业管理负责对计算机中的作业进行管理和维护。
这三个部分共同构成了计算机系统的框架，确保计算机系统的正常运行和高效运行。
在处理机管理、文件管理和作业管理中，需要注意各种问题。
例如，在处理机管理中，需要注意处理器的分配和调度，以及处理器的利用率和效率等问题；在文件管理中，需要注意文件的存储和访问权限，以及文件的备份和恢复等问题；在作业管理中，需要注意作业的提交和调度，以及作业的执行和效率等问题。
处理器管理
为什么要对处理器（CPU）进行管理？
解决用户提交的作业何时调入内存，在调入内存的 各个作业间如何分配处理器的问题，以达到多道程 序能协调一致运行，并且使系统资源又能得到最大 程度的利用
处理器管理包括哪些内容？
作业管理——宏观
选取某些作业进入内存，为其分配必要的资源，建立相应 的进程，当作业完成后做善后工作
（1）创建进程
一个进程可以创建若干个新进程，新创建的进 程又可以创建子进程
A
祖先进程
B
D
E
父进程
C
子进程
F
（1）创建进程
进程创建过程 进程创建原语create()
原语（primitive）：由若 干条机器指令构成，用以 完成某一特定功能的程序 段
原语在执行过程中是不允 许被中断的
申请一个空闲的PCB 为新进程分配资源 对PCB初始化 将PCB插入就绪队列 返回一个进程标识号
3.3.2 进程调度
进程调度算法
时间到
3.3.2 进程调度
进程控制块（PCB）
进程名 优先数 当前状态 寄存器内容
……
下一个PCB
说明信息 保留信息
3.3.2 进程调度
进程间CPU的切换（上下文切换）
Байду номын сангаас
3.3.2 进程调度
进程控制
（1）创建进程 （2）撤销进程 （3）进程的阻塞与唤醒
目态
又称算态、题目状态，此时处理器处于用户执行状 态
3.3.1 作业调度
作业状态转换
提交
收容
执行
完成
设备管理
作业管理
作业控制块
作业名 现在状态 优先数 时间估计
操作系统原理教程第2章
超线程的工作
– 超线程处理器被视为两个分离的逻辑处理器,应用程序
不须修正就可使用这两个逻辑处理器. – 每个逻辑处理器都可独立响应中断.第一个逻辑处理器 可追踪一个软件线程,而第二个逻辑处理器则可同时追 踪另一个软件线程. – 由于两个线程共同使用同样的执行资源,因此不会产生 一个线程执行的同时,另一个线程闲置的状况.
要进行合理的控制和协调才能正确执行
资源共享关系 相互合作关系
进程的同步与互斥
进程同步与互斥的概念 进程同步机制应遵循的原则 利用锁机制实现同步
进程同步与互斥的概念
临界资源
– 在系统中有许多硬件或软件资源,在一段时间内只允许一个进程访
问或使用,这种资源称为临界资源.
临界区
– 每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
信号量的操作
(1)P操作:记为P(S),描述为:
– – – – – – – –
P(S) { S=S-1; if (S<0) W(S); } V(S) { S=S+1; if (S<=0) R(S); }
(2)V操作:记为V(S),描述为:
利用PV操作实现互斥 利用PV操作实现互斥
概念:
– 互斥信号量是根据临界资源的类型设置的.有几种
进程的定义
– 一个程序在一个数据集合上的一次运行过程.所以
一个程序在不同数据集合上运行,乃至一个程序在 同样数据集合上的多次运行都是不同的进程.
进程的特征
– – – – –
动态性 并发性 独立性 异步性 结构性
进程的状态
进程的三种基本状态 进程的其它两种状态 进程状态间的转换
进程的三种基本状态
就绪状态
– 【例2-5】有4位哲学家围着一个圆桌在思考和进餐,
处理机管理
➢处理器状态
• 中央处理器怎么知道当前是操作系统还 是一般用户程序在运行呢?
• 处理器状态标志和设置处理器成不同状 态: 管理状态（特权状态、系统模式、 特态或管态）和用户状态（目标状态、 用户模式、常态或目态)
➢程序状态字寄存器
• 通常操作系统都引入程序状态字PSW（Program Status Word）来区别不同的处理器工作状态
平均作业周转时间 T = (Σti) / n
作业带权周转时间和平均作业带权周转时间
• 如果作业i的周转时间为ti，所需运行 时间为tk，则称wi=ti /tk为该作业的带 权周转时间。
• ti是等待时间与运行时间之和，故带权 周转时间总大于1。
平均作业带权周转时间W = (Σwi) / n
2.4 批处理作业的管理与调度
低级调度基本功能: (1)记住进程的状态。 (2)决定某个进程什么时候获得处理器， 以及占用多长时间。 (3)把处理器分配给进程。 (4)收回处理器。 低级调度基本方式：非抢占式、抢占式、 折衷方式
➢ 低级调度算法
1﹑先来先服务算法 2﹑时间片轮转调度算法
可防止那些很少使用外围设备的进程过长的占用处理器 而使得要使用外围设备的那些进程没有机会去启动外围设备。
先进入系统的作业优先被挑选。 算法容易实现，效率不高，只顾及作业等候
时间，没考虑作业要求服务时间的长短。不利于 短作业而优待了长作业 。
2 ﹑最短作业优先算法（SJF）
SJF算法以进入系统的作业所要求的CPU时间为标准， 总选取估计计算时间最短的作业投入运行。
算法易于实现，效率不高，主要弱点是忽视了作业 等待时间，会出现饥饿现象。SJF的平均作业周转 时间比FCFS要小，故它的调度性能比FCFS好。
操作系统的资源管理管理和分配计算机的硬件资源如CPU内存等
操作系统的资源管理管理和分配计算机的硬件资源如CPU内存等操作系统的资源管理与分配计算机的硬件资源，如中央处理器（CPU）、内存等，是计算机系统中至关重要的组成部分。
而操作系统作为计算机系统的核心，负责管理和分配这些硬件资源，以保证系统能够高效地运行。
本文将探讨操作系统的资源管理与分配的原理和方法。
一、CPU的资源管理与分配中央处理器是计算机的大脑，负责执行计算机程序中的指令。
而操作系统需要对CPU进行资源管理和分配，以确保多个进程能够公平地使用CPU，并提高系统的吞吐量和响应速度。
1. 进程调度进程调度是操作系统对CPU进行资源管理和分配的关键机制。
操作系统通过进程调度算法，决定哪个进程优先获得CPU时间片，从而实现进程之间的切换和调度。
常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转等。
2. 多核处理器的资源管理随着计算机硬件的发展，多核处理器已经成为常见的配置。
操作系统需要对多核处理器进行资源管理和分配，以充分利用每个核心的计算能力。
常见的策略包括任务平衡，将负载均匀地分配到每个核心上，以及任务粒度的划分，将任务细分成多个线程来并行执行。
二、内存的资源管理与分配内存是计算机系统中存储程序和数据的重要资源。
操作系统需要对内存进行资源管理和分配，以确保程序能够正确地访问和使用内存。
1. 内存分区操作系统可以将物理内存划分成不同的区域，如操作系统区、用户程序区、缓冲区等。
每个区域可以根据需要分配不同的大小和权限，以满足不同程序对内存的需求。
2. 内存分页内存分页是一种将物理内存划分成固定大小的页（Page），以方便管理和分配的方法。
操作系统通过页表，将逻辑地址（虚拟地址）映射到物理地址，实现对内存的管理和分配。
分页机制可以提高内存的利用率，实现更细粒度的内存分配。
三、硬盘的资源管理与分配除了CPU和内存外，硬盘也是计算机系统中重要的资源。
操作系统需要对硬盘进行资源管理和分配，以实现对磁盘文件的读写和存储管理。
什么是操作系统操作系统有什么功能
什么是操作系统操作系统有什么功能操作系统是计算机系统中的一个关键组成部分，它是一种系统软件，用于管理和控制计算机的硬件和软件资源。
操作系统有着多项重要功能，下面将逐一进行论述。
一、资源管理功能操作系统通过资源管理功能，有效地管理计算机硬件和软件资源，以实现对这些资源的合理利用和调度。
资源管理包括处理器管理、内存管理、文件管理和设备管理等方面。
1. 处理器管理：操作系统负责处理器的分配和调度，可以控制多个进程（程序的执行实例）之间的并发执行，提高系统的吞吐量和响应速度。
2. 内存管理：操作系统管理计算机的内存资源，负责内存的分配和回收，实现虚拟内存技术，使得用户程序可以以逻辑连续的方式运行，同时可以利用磁盘空间作为辅助存储。
3. 文件管理：操作系统通过文件管理功能，提供对文件的存储、共享和保护等操作。
它负责文件的组织、存储和检索，为用户提供了方便的文件操作接口。
4. 设备管理：操作系统管理计算机的各种输入输出设备，包括硬盘、打印机、键盘、鼠标等。
通过设备管理功能，操作系统可以提供设备的驱动程序，方便用户访问和使用设备。
二、用户接口功能操作系统提供了用户与计算机系统之间的接口，使得用户可以方便地使用计算机系统。
用户接口通常分为命令行界面和图形用户界面两种形式。
1. 命令行界面：操作系统提供了命令行界面，用户可以通过输入命令来操作计算机系统。
命令行界面通常通过字符终端或控制台提供，具有简洁、高效的特点。
2. 图形用户界面：操作系统提供了图形用户界面，用户可以通过鼠标、窗口、菜单等图形化元素进行操作。
图形用户界面通常具有直观、友好的特点，适用于大多数普通用户。
三、进程管理功能操作系统通过进程管理功能，实现对进程的创建、撤销、调度和同步等操作，确保多个进程可以并发运行，同时不会相互干扰或冲突。
进程是指正在执行的程序及其相关的资源。
1. 进程调度：操作系统根据一定的算法，确定哪些进程可以获得处理器的使用权，以提高处理器的利用率和系统的响应速度。
6多处理器系统和处理器管理(作业调度)
第六章多处理器系统和处理器管理无论是在操作系统控制下执行的程序，还是操作系统程序自己，都最终是要在处理器上执行，以便实现其功能。
计算机系统的核心是中央处理器。
⏹如果一个计算机系统只包括一个中央处理器，称之为单处理器系统。
⏹如果有多个中央处理器，则称之为多处理器系统。
6.1 多处理器系统随着信息和网络技术的发展，进入信息时代，带给计算机领域的一个重要的趋势是越来越普遍的使用多重处理，即配置一个有几个甚至几百个处理器的计算机系统。
主要原因是由于人们要求处理的信息越来越庞大，要求具有更高性能更高处理速度的计算机系统。
多处理器系统的优点⏹可靠性；⏹高度并行性；⏹多处理器可增强单处理器计算机系统的能力，而又不比显著增加费用、价格；⏹建立多重处理，既增强了系统的处理能力，又不必增强完整的额外系统；⏹多处理器系统提供了重要的灵活性。
多处理器的硬件组织⏹总线式结构⏹单总线结构多端口存储器结构核心：多端口存储器模块6.2 多处理器系统的分类⏹多处理器簇（Cluster，又称分布式系统）多处理器簇是指每个处理器都有自己专用的存储器，每个单元都有自包含的计算机，计算机之间的通信或者经由专用的线路，或者通过网络。
⏹共享存储器的多处理器系统多个处理器共享公用存储器，每个处理器共享对公用存储器中的程序和数据的访问。
这种多处理器系统常分为：主从式多处理器结构和对称式多处理器结构主/从式处理器系统在主从式处理器系统中，指定一个处理器作为主处理器，其他处理器皆为从处理器，由于处理器地位是不平等的，所以又称为非对称。
只有主处理器可运行操作系统，从处理器仅可执行用户程序。
主/从处理器系统的缺点⏹主处理负载过重；⏹主处理器故障将引起整个系统故障，可靠性差；⏹若主处理器不能充分有效地满足从处理器的服务请求，从处理器的利用率会降低。
对称式多处理器系统⏹系统中有多个处理器，所有的处理器处于同等地位⏹每个处理器都可以运行操作系统和内核程序处理中断、调度进程等；⏹每个处理器都同样可以控制I/O设备和系统中其他资源；⏹系统中所有处理器共享主存储器，没有自己私用的存储器SMP的组织6.3 调度的层次从处理机调度的对象、时间、功能等不同角度，我们可把处理机调度分成不同类型。
操作系统的五大功能
操作系统的五大功能在我们日常使用的计算机和各种智能设备中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个幕后的大管家，默默地协调着硬件和软件的工作，为我们提供了一个稳定、高效、便捷的计算环境。
操作系统具有五大主要功能，分别是处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和作业管理。
接下来，让我们逐一了解一下这五大功能。
首先是处理器管理。
处理器，也就是我们常说的 CPU，是计算机的核心部件，它的工作速度非常快，但在同一时刻只能执行一个任务。
而我们在使用计算机时，往往会同时运行多个程序，比如一边听音乐，一边浏览网页，还可能在后台进行文件下载。
这时，操作系统的处理器管理功能就发挥作用了。
它负责合理地分配处理器的时间，让各个程序都能得到执行的机会，并且能够快速地在不同的程序之间进行切换，使得我们感觉好像多个程序在同时运行。
为了实现这个功能，操作系统会采用进程和线程的概念。
进程是一个正在运行的程序实例，而线程则是进程中的执行单元。
操作系统会根据进程和线程的优先级、等待时间等因素，来决定哪个进程或线程能够获得处理器的使用权。
其次是存储器管理。
存储器，包括内存和外存，是用于存储程序和数据的地方。
内存的速度快，但容量有限；外存的容量大，但速度相对较慢。
操作系统需要合理地管理存储器，以确保程序和数据能够被正确地存储和访问。
在内存管理方面，操作系统会负责分配和回收内存空间，避免内存泄漏和内存碎片的产生。
它还会采用虚拟内存技术，将部分外存空间作为内存的扩展，使得计算机能够运行比实际内存更大的程序。
在外存管理方面，操作系统会负责文件的存储和检索，以及磁盘空间的分配和回收。
它会采用目录和文件系统的结构，来组织和管理外存中的数据，使得用户能够方便地查找和访问所需的文件。
设备管理是操作系统的另一个重要功能。
计算机系统中连接着各种各样的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机、网络接口等。
操作系统需要对这些设备进行有效的管理，使其能够正常工作，并为用户提供良好的服务。
windows资源管理
二.文件和文件名
文件是指存储在磁盘上的程序或文档。每个文件都有一 个文件名。计算机对文件是按名存储的。 文件名是由主文件名和扩展名两部分组成，中间用“.” 隔开。主文件名用来表示文件的名称，可以由英文字符、汉 字、数字以及其他一些符号组成，但不能使用“\、/、|、：、 *、？、”、<、>”九个符号。扩展名用来区分文件的类型。 Windows文件命名最多可以输入255个字符或127个汉字。
文件夹和文件路径
文件夹是存放和管理文件的“盒子”，文件夹中可以包 含若干个文件和下一级文件夹。每个文件夹必须有文件夹名。 文件夹的命名规则与文件命名相同。 多极文件夹构成树状层次结构，也确定了文件保存的文 件路径。文件路径用于指定Windows中的文件或文件夹的 位置。在树状文件夹结构中的文件，通常以路径加文件名的 形式确定。 例如：C:\Program Files\Internet Explorer\IEXPLORE.EXE。
一.浏览资源管理器 二.文件和文件夹 三.文件和文件夹的操作 四.神奇的回收站
一.浏览资源管理器中的资源
打开资源管理器：方法一：执行“开始 — 程序—附件 —Windows 资源 管理器”。 方法二:右击“我的电脑” 选择 “资源管理器”命令。 菜单栏
标题栏 工具栏
左 窗 格
右 窗 格
(1)浏览窗格中的内容 “+”号 ：表示该文件夹含有子文件夹 ， “-”号： 表示子文件夹已显示， 如果文件夹或磁盘前没有符号，那说明这个文件夹没有子文件 夹。 （2）资源的分层结构 (3)改变右窗格中资源的显示方式 显示方式有五种：缩略图、平铺、图标、列表和详细信息。 修改文件及文件夹的排序方式，执行“查看→排列图标”在 子菜单中可按名称、类型、大小、修改时间和自动排列等选 项
处理器管理
8
四、处理器的状态
根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设 置为不同状态，处理器状态又称为处理器模式。
多数系统将处理器工作状态划分为核心态和用户态。
1.核心态（Kernel Mode)
CPU执行操作系统程序时所处的状态。较高的特权级别，又 称为特权态（特态）、系统态 、管态。
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2.中断屏蔽
在CPU上运行的程序，有时由于种种原因， 不希望其在执行过程中被别的事件所中断， 称为中断屏蔽。
在PSW中设置中断屏蔽位以屏蔽某些指定的中 断类型 各设备接口中也有中断禁止位，以禁止该设 备的中断
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3.多个中断的处理
若中断处理过程中又发生中断，引起多中断处理问题。
两种策略方法：
一、进程的概念
计算机出现以来，“程序”是使用广泛的一个概念， 在多道程序设计技术出现之前，程序是顺序执行的。
1.程序的顺序执行
例：在系统中有n个作业，每个作业都有三个处理步骤： 首先输入用户的程序和数据（Ii），然后进行计算（Ci）， 最后将结果打印出来（Pi ）。
在计算机系统中只有一个程序在运行，这个程序独占 系统中所有资源，其执行不受外界影响。一道程序执行完 后另一道才能开始。
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三、特权指令和非特权指令 1.处理器执行指令过程
处理器依据在程序计数器中的指令地址从存 储器中取一条指令 取到的指令放在指令寄存器（IR）中 处理器解释并执行指令 自动将程序计数器的值变成下条指令的地址
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2.五类指令
(1)数据处理类指令； (2)转移类指令； (3)数据传送类指令； (4)移位与字符串类指令； (5)I/O类指令。
操作系统的资源管理
操作系统的资源管理随着计算机的快速发展，操作系统成为了计算机系统中必不可少的一部分。
操作系统起到了管理和控制计算机硬件和软件资源的重要作用。
其中，资源管理是操作系统的核心功能之一。
本文将就操作系统的资源管理进行探讨。
一、资源管理的概述资源管理指的是操作系统对计算机硬件和软件资源进行调度、分配和利用的过程。
主要包括对内存、处理器、磁盘、输入输出设备等各种资源的管理。
资源管理的目标是合理高效地分配和利用计算机资源，以满足用户的需求，提高系统的性能。
二、内存管理内存是计算机系统中最重要的资源之一，操作系统需要合理管理内存以保证系统的正常运行。
内存管理包括内存的分配和回收、内存的保护和共享等方面。
常见的内存管理方式有连续内存管理和非连续内存管理。
连续内存管理是指将内存划分为若干大小相等的分区，每个分区可以分配给一个进程。
常见的连续内存管理算法有首次适应算法、最佳适应算法和最差适应算法。
非连续内存管理是指将内存分为若干不连续的分区，每个分区可以不连续地分配给一个进程。
非连续内存管理的主要算法有页式存储管理和段式存储管理。
三、处理器管理处理器是计算机系统中执行指令的部件，操作系统需要对处理器进行管理。
处理器管理主要包括进程调度和进程同步。
进程调度是指操作系统根据一定的调度算法，从就绪队列中选择一个进程分配给处理器执行。
常见的调度算法有先来先服务调度算法、短作业优先调度算法和时间片轮转调度算法等。
进程同步是指多个进程之间的协调和合作。
在并发执行的环境中，多个进程共享资源时可能会导致资源竞争和数据不一致的问题，操作系统通过引入信号量、互斥锁等机制来解决这些问题。
四、磁盘管理磁盘是计算机系统中存储大量数据的设备，操作系统需要对磁盘进行管理以实现高效的数据存取。
磁盘管理主要包括文件系统管理和磁盘调度。
文件系统管理是指操作系统对文件进行组织和管理。
常见的文件系统有FAT、NTFS、EXT等。
磁盘调度是指操作系统根据一定的调度算法，将磁盘上的数据按照一定的顺序读取或写入。
操作系统处理器管理
信号机制
一种模拟硬件中断的简单通信机制（软件 中断）
– 内核向进程（进程发生异常，向其通知） – 进程向进程（进程间通信，发送某个事件）
signal, kill POSIX定义的信号类型（终端，Ctrl+C，2）
– Ctrl + Z，SIGSTOP
信号的检测与处理流程
发送信号 断点
执行信号处 理程序
应用程序 继续执行
从内核 返回用 户空间
进程
进程是现代操作系统中最基本、最重要的概念 两个角度看进程概念：
– 从理论角度看，进程是对正在运行的程序活动规律的 抽象
– 从实现角度看，进程是一种数据结构
为什么引入进程？
– 刻画系统的动态性、发挥系统的并发性，提高资源利 用率（并发程序设计的工具）
– 解决共享性，正确描述程序的执行状态（标识程序的 多次运行）
– 按使用者分：
特权指令，仅供操作系统内核调用 非特权指令
处理器状态
特权指令的执行限制，使处理器必须能区分当前 运行的程序是操作系统还是普通应用程序 处理器状态：
– 管理状态（特权状态、系统状态、特态、管态），能 执行所有机器指令
– 用户状态（目标状态、用户模式、常态、目态），只 能执行非特权指令
– 程序段、数据段、共享存储区、用户栈
寄存器上下文
– 程序状态字寄存器、栈指针寄存器、控制寄存器、 通用寄存器
系统级上下文
– 进程控制块、主存管理信息（如页表）、核心栈
进程的描述
进程控制块的结构
– 每个进程都有且只有一个进程控制块
进程标识信息（外部标识+内部标识）
进程现场信息 （通用寄存器、PSW寄存器、各种指针）
PCB
操作系统----处理器管理
操作系统----处理器管理操作系统处理器管理在计算机系统中，操作系统扮演着至关重要的角色，就像是一个大管家，负责协调和管理各种资源，以确保计算机能够高效、稳定地运行。
而处理器管理则是操作系统的核心功能之一，它决定了计算机如何分配和利用处理器的计算能力，以满足不同任务的需求。
想象一下，处理器就像是一个超级忙碌的工人，有各种各样的工作任务等待着它去完成。
这些任务可能是运行一个游戏程序、编辑一份文档、下载文件或者进行复杂的科学计算。
处理器管理的任务就是要合理地安排这些工作，确保每个任务都能得到及时处理，同时又要充分利用处理器的性能，避免出现空闲浪费的情况。
处理器管理主要涉及到进程和线程的概念。
进程可以简单理解为正在运行的程序的一个实例。
比如说，当你打开一个浏览器窗口时，就创建了一个浏览器进程；当你同时打开多个文档进行编辑时，每个文档都对应着一个不同的进程。
而线程则是进程中的执行单元，一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，但可以独立执行不同的任务。
那么，操作系统是如何管理这些进程和线程的呢？首先，它要负责进程和线程的创建和销毁。
当用户启动一个程序时，操作系统会为其创建相应的进程和线程，并为其分配必要的资源，如内存空间、文件句柄等。
当进程或线程完成任务后，操作系统会将其销毁，回收所占用的资源。
其次，操作系统要进行进程和线程的调度。
这就像是一个交通警察，指挥着车辆（进程和线程）在道路（处理器）上有序行驶。
调度算法的目标是要在保证公平性的前提下，提高处理器的利用率和系统的整体性能。
常见的调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
先来先服务算法非常简单直观，就是按照任务到达的先后顺序进行处理。
这种算法的优点是实现简单，公平性好，但缺点是可能会导致短作业等待时间过长，处理器利用率不高。
短作业优先算法则优先处理执行时间短的任务。
这样可以提高处理器的利用率，但可能会对长作业不公平，导致它们长时间等待。
时间片轮转算法将处理器的时间分成固定长度的时间片，每个进程轮流获得一个时间片来执行。
2.1处理器管理
三、特权指令与非特权指令 (2)
(4)移位与字符串指令：算术、逻辑、循环移位；字符串的传 送、比较、查询、转换。
(5)I/O类指令：用于启动外围设备，让主存和外围设备之间交 换数据。
3.指令使用权限分类
引入操作系统后，从资源管理和控制程序执行的角度出发， 必须把指令系统中的指令分作两部分：特权指令和非特权指 令。
特权指令是指只能提供给操作系统的核心程序使用的指令， 如启动I/O设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清内存、建立 存储键，加载PSW（程序状态字）等。只有操作系统才能执 行指令系统中的全部指令（特权指令和非特权指令），用户 程序只能执行指令系统中的非特权指令。
三、特权指令与非特权指令 (3)
如，置程序状态字指令属于特权指令；启动外围设备进行输入 /输出的指令也属于特权指令，只能在操作系统程序中执行， 否则会出现多个用户程序竞争使用外围设备而导致I/O混乱。
•进程切换的完整过程
•简化的：
进程1
中断
CPU（用户中断
内核
CPU（核心态）
加载程序状态字
进程2 CPU（用户态）
五、程序状态字寄存器
计算机如何知道当前处于何种状态？这时能否执行特权指令？ 通常操作系统都引入程序状态字PSW（Program Status Word） 来区别不同的处理器状态。
1.单处理器系统：一个计算机系统只包括一个运算处理器。
2.多处理器系统：一个计算机系统有多个运算处理器。
3.串行和并行
•早期计算机系统是基于单个处理器的顺序处理机器，程序员 编写串行执行的代码，让其在处理器上串行执行，每条指令 的执行也是串行的（取指令、取操作数、执行操作、存储结 果）。
•提高计算机处理速度，发展了流水线系统，以至于发射体系 结构，计算机向并行化发展。
Mac命令行快速查看和管理CPU信息
Mac命令行快速查看和管理CPU信息在Mac系统中，命令行是一种非常强大且高效的工具，可以帮助用户快速查看和管理CPU的信息。
本文将介绍一些常用的Mac命令行命令，以帮助读者更好地了解和利用CPU信息。
一、查看CPU类型和架构要查看Mac电脑的CPU类型和架构，可以使用以下命令：```sysctl -n machdep.cpu.brand_string```运行以上命令后，会显示出CPU的详细信息，包括型号、频率等。
二、查看CPU核心数和逻辑处理器数要查看Mac电脑的CPU核心数和逻辑处理器数，可以使用以下命令：```sysctl -n machdep.cpu.core_countsysctl -n machdep.cpu.thread_count```第一条命令将显示CPU的核心数，第二条命令将显示逻辑处理器数。
逻辑处理器数是指支持同时执行的线程数。
三、实时监控CPU使用情况在命令行中，可以使用top命令实时监控CPU的使用情况。
运行以下命令来启动top：```top```top命令将显示各个进程的CPU占用情况，以及整体的CPU利用率。
按下"q"键即可退出top命令。
四、查看CPU温度若要查看Mac电脑的CPU温度，可以使用以下命令：```istats```运行以上命令后，会显示当前CPU的温度。
istats命令需要安装第三方工具，你可以通过Homebrew等软件包管理器进行安装。
五、查看CPU频率要查看CPU的当前频率，可以使用以下命令：```sysctl -n hw.cpufrequency```该命令将显示CPU的频率，单位为Hz。
六、查看CPU缓存信息要查看Mac电脑CPU的缓存信息，可以使用以下命令：```sysctl -n machdep.cpu.cache.sizesysctl -n machdep.cpu.cache.l2_associativitysysctl -n machdep.cpu.cache.linesize```运行以上命令后，分别会显示CPU的缓存总大小、L2缓存的关联性以及缓存行大小。
CPU和GPU的功耗管理技巧
CPU和GPU的功耗管理技巧随着科技的不断发展，计算机的性能需求也越来越高。
而CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器）作为计算机的核心组件，功耗管理成为了一项重要的技术。
本文将介绍CPU和GPU功耗管理的技巧，以提高计算机的性能和能效。
一、功耗管理的重要性计算机的功耗管理对于提高性能和延长电池寿命至关重要。
过高的功耗会导致计算机发热过多，降低系统稳定性，并且缩短电池续航时间。
因此，合理管理CPU和GPU的功耗成为了一项必要的技术。
二、CPU功耗管理技巧1. 动态频率调整：CPU的频率调整是一种有效的功耗管理技巧。
根据计算任务的需求，动态调整CPU的频率，以提供所需的性能，同时减少不必要的能耗。
2. 休眠和唤醒：当CPU处于空闲状态时，将其置于休眠状态，以降低功耗。
而当有任务需要处理时，及时唤醒CPU，以提供所需的性能。
3. 指令级并行处理：通过指令级并行处理技术，将多个指令同时执行，以提高CPU的效率和性能。
这种技术可以在不增加功耗的情况下提高计算速度。
4. 温度监控和调节：通过实时监控CPU的温度，及时调节风扇的转速，以保持CPU在安全温度范围内工作。
这样可以避免过热导致的性能下降和系统崩溃。
三、GPU功耗管理技巧1. 功耗调节：GPU通常用于处理图形和视频等高性能任务，因此功耗较高。
通过调节GPU的功耗，可以在满足性能需求的同时，降低能耗。
2. 动态频率调整：类似于CPU，GPU也可以通过动态调整频率来管理功耗。
根据图形任务的需求，动态调整GPU的频率，以提供所需的性能。
3. 睡眠模式：当GPU处于空闲状态时，将其置于睡眠模式，以降低功耗。
而当有需要时，及时唤醒GPU，以提供所需的性能。
4. 冷却系统优化：通过改进GPU的冷却系统，提高散热效率，有效降低GPU的工作温度，减少功耗。
四、CPU和GPU功耗管理的综合技巧1. 任务调度优化：合理安排CPU和GPU的任务调度，避免重复计算和资源浪费，以提高系统效率和能效。
计算机操作系统通常具有的五大功能
计算机操作系统通常具有的五大功能计算机操作系统具有五个基本的功能你知道是什么吗?下面由店铺整理了计算机操作系统通常具有的五大功能的相关知识，希望对你有帮助。
计算机操作系统通常具有的五大功能处理器管理处理器管理最基本的功能是处理中断事件。
处理器只能发现中断事件并产生中断而不能进行处理。
配置了操作系统后，就可对各种事件进行处理。
处理器管理的另一功能是处理器调度。
处理器可能是一个，也可能是多个，不同类型的操作系统将针对不同情况采取不同的调度策略。
存储器管理存储器管理主要是指针对内存储器的管理。
主要任务是：分配内存空间，保证各作业占用的存储空间不发生矛盾，并使各作业在自己所属存储区中不互相干扰。
设备管理设备管理是指负责管理各类外围设备(简称：外设)，包括分配、启动和故障处理等。
主要任务是：当用户使用外部设备时，必须提出要求，待操作系统进行统一分配后方可使用。
当用户的程序运行到要使用某外设时，由操作系统负责驱动外设。
操作系统还具有处理外设中断请求的能力。
文件管理文件管理是指操作系统对信息资源的管理。
在操作系统中，将负责存取的管理信息的部分称为文件系统。
文件是在逻辑上具有完整意义的一组相关信息的有序集合，每个文件都有一个文件名。
文件管理支持文件的存储、检索和修改等操作以及文件的保护功能。
操作系统一般都提供功能较强的文件系统，有的还提供数据库系统来实现信息的管理工作。
作业管理每个用户请求计算机系统完成的一个独立的操作称为作业。
作业管理包括作业的输入和输出，作业的调度与控制(根据用户的需要控制作业运行的步骤)补充：计算机操作系统通常具有的四个特点操作系统有四个特征：并发，共享，异步，虚拟。
1.并发：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
操作系统的并发性是指计算机系统中同时存在多个运行着的程序，因此它应该具有处理和调度多个程序同时执行的能力。
在这种多道程序环境下，一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，而每一时刻，单处理器环境下实际仅能有一道程序执行，故微观上这些程序还是在分时地交替执行。
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机器指令
指令是指示计算机执行某些操作的命令，一台计算机的所 有指令的集合，称为指令系统，反映机器的功能和能力 指令系统可分为：
– 复杂指令系统(CISC)、精简指令系统(RISC)
指令分类
– 按功能分：
运算（算术运算、逻辑运算、移位运算） 程序控制（转移、子程序调用、返回） 数据传送（一般传送、堆栈操作、数据交换） 输入/输出指令
什么是中断？ 中断源分类 中断装置 中断处理程序 中断的优先级和多重中断
什么是中断？
中断是用来向CPU报告某设备已完成某项 操作的手段，是并发程序的基础。 中断是指程序执行过程中，当发生某个事 件时，？终止CPU上现行程序的运行，引 出处理该事件的服务程序执行的过程。 中断事件处理需要硬件（中断装置）和软 件（中断处理程序）配合完成。
提交
就绪队列
指派
完成
CPU
超时
事件1等待队列
等待事件1
事 件 出 现
等待事件2
事件n等待队列
…
等待事件n
进程切换与模式切换
模式切换≠进程切换
–模式切换是中断驱动的，在用户态和核心态之 间切换 –进程切换只能在核心态（管理态）完成，是一 个进程与另一个进程之间的切换 –进程切换一定是先产生模式切换，而模式切换 不一定导致进程切换。（模式切换频繁、进程 切换较少）
动态性：
– 一个执行序列的执行过程
结构性
– TCB
线程的状态与转换
运行态
选中 落选
就绪态
出现等待事件
等待态
等待结束
关于线程状态与转换的两个思考？
线程是否有挂起状态？ 同属一个进程的多个线程中某个线程进入 阻塞状态是否会导致其他线程或整个进程 进入阻塞状态？
中断源分类
中断源：
– 引起中断的事件
按中断事件的性质和激活的手段分：
– 强迫性中断事件
机器故障、程序性错误（异常）、外部中断、输入 输出中断事件、…
– 自愿性中断事件
调用访管指令
中断源分类
内外的划分标准：
– 处理器和主存为内，其他硬件为外
按中断信号的来源分：
– 外中断（中断）
电源故障中断、时钟中断（外部）、控制台中断、 输入输出中断、…
中断导致状态转换
– 程序请求操作系统服务 – 产生中断事件
程序状态字(PSW)
用于区别不同的处理器工作状态 每个程序都有一个与其执行相关的PSW， 而每个处理器均设置一组相关寄存器用于 存储PSW信息 PSW的主要内容
– 程序基本状态（程序计数器、条件码、状态位） – 中断码 – 中断屏蔽位
中断技术
为什么要挂起进程？
– 提高系统资源的利用率 – 减轻系统的负载 – 调试程序、排除故障
具有挂起状态的状态转换模型
等待事件结束
挂起就绪态 挂起等待态
挂起 提交 解除 挂起 挂起
运行态
新建态
解除 挂起
挂起
提交
就绪态
终止态
等待事件结束
等待态
进程的描述
操作系统的控制结构
– 通常以表的方式来管理和维护 – 常见的四类表
进程唤醒内容：
– 从相应等待队列中取出PCB – 修改进程状态（等待→ 就绪） – PCB加入就绪队列
进程撤消（终止）
常见原语: exit 原因：
– 完成 – 出现严重异常
主要内容：
– 根据进程标识号，找到相应的PCB – 将该进程资源归还给父进程或系统 – 若有子进程，则要撤消其所有子（孙）进程 – PCB出队，将PCB归还PCB池
进程控制块
单个进程块刻画一个进程的运行状态 进程控制块的集合，则刻画了一个操作系 统的当前状态 进程控制块的使用和修改，只能由操作系 统内核来完成
进程队列
将处于同一状态的所有进程控制块链接在 一起的数据结构，称为进程队列 便于操作系统进行统一的管理和调度
先进先出 PCB
进程队列管理和状态转换示意
进程切换与模式切换
用户进程 用户态运行(1) 中断引起的 模式切换 模式切换 中断、中断返回
核心态运行(2) 系统进程 等待 唤醒 等待态(4)
调度进程
就绪态 (3)
用户进程/系统进程
用户进程和系统进程是一个进程的两个侧 面，对应一个进程实体(PCB)
– 系统进程是在核心态执行操作系统代码的进程 – 用户进程是在用户态执行用户程序的进程
进程的描述
进程的内存映像
进程控制块 (PCB)
用户堆栈
Minix进程结构
代码段
数据段
用户私有地址空间 （代码段、数据段）
共享地址空间
堆栈段
进程的描述
进程控制块的结构
– 每个进程都有且只有一个进程控制块
进程标识信息（外部标识+内部标识）
进程现场信息 （通用寄存器、PSW寄存器、各种指针） 进程控制信息 （调度、组成、通信等信息、资源清单等）
性质
– – – – – – 结构性 共享性 动态性 独立性 制约性 并发性
进程的状态和转换
三态模型
运行态
选中 落选
就绪态Hale Waihona Puke 出现等待事件等待态
等待结束
阻塞态、睡眠态
进程的状态和转换
五态模型
终止态
新建态
运行态
选中 落选
就绪态
出现等待事件
等待态
等待结束
具有挂起功能的系统
什么是进程挂起？
– 将进程对换到外部存储器上，释放其占有的系 统资源，排除在进程调度之外
– 保护一些未被硬件保护的现场信息 – 识别中断源，分析中断产生的原因 – 处理发生的中断事件 0x0 0 – 恢复正常操作
0#入口地址 1#入口地址 3#入口地址
实现方法：
– 向量地址是中断服务程序的入口 – 中断向量表
1
3
处理程序段
Minix中断处理
类似于linux的低半处理方式
– 目的:为了缩短屏蔽中断的时间, 提高系统并发工 作的能力 – 一种任务延迟处理机制, 核心代码在关中断的核 心态完成与中断事件有关的基本处理, 另外一部 分耗时的工作留在中断处理例程之外, 在开中断 的非核心态完成。 – 这些非核心态的运行的代码，在Minix中被组织 成与设备基本相对应的任务（驱动程序）进程， 如磁盘任务、终端任务、时钟任务等等, 其中中 断任务需要对应如键盘, RS232串口等硬件.
– 操作系统中进行保护和资源分配的基本单位
线程：
– 操作系统中能够独立执行的实体，是处理器调 度和分配的基本单位 – 轻量级进程 – 同一进程中的所有线程共享进程获得的主存空 间和资源
线程结构
线程控制块(TCB)
用户堆栈
系统堆栈
线程的特征
并发性：
– 可在一个或多个CPU上并发或并行执行
共享性：
– 共享进程资源，通信和同步更容易实现
中断的优先级和多重中断
优先级
– 同时有多个中断事件发生时，中断装置按一定 顺序对其作出响应，其先后顺序即优先级 – 优先级设定的原则
按造成计算机系统出错的严重程度划分 例，机器校验中断 》自愿性中断 》程序性中断 》 外部中断 》输入输出中断 》重启动中断
中断的优先级和多重中断
中断优先级的设计导致：
进程通信代价高 进程间并发粒度大
– 解决思路：
将进程的两项功能：独立分配资源、独立分派调度 分离
单线程进程与多线程进程比较
管理者
单线程进程
PCB 用户地址空间
多线程进程
PCB 用户地址空间
用户堆栈
系统堆栈 执行序列
执行控制
用户堆栈
执行控制
用户堆栈
系统堆栈
系统堆栈
多线程环境下进程与线程的定义
进程：
出错，处理完后回到当前出错指令 陷入，处理完后执行下一条指令（常用于系统功能调用）
异常特点：
中断装置
定义：
– 发现中断源并产生中断的硬件，通常包括逻辑 电路和中断寄存器
具体功能：
– 捕获中断源，响应中断请求 – 保护现场 – 启动处理中断事件的中断处理程序，CPU从目 态切换为管态
32位处理器的PC机通常的中断硬件 结构
– 中断屏蔽
高优先级的中断响应过程中，应屏蔽低优先级的中 断 有些中断是不能被屏蔽的，如自愿访管中断
– 多重中断（嵌套）
高优先级的中断响应将打断正在进行的低优先级的 中断响应过程
用户进程
低优先级中断处理
高优先级中断处理
进程
进程是现代操作系统中最基本、最重要的概念 两个角度看进程概念：
– 从理论角度看，进程是对正在运行的程序活动规律的 抽象 – 从实现角度看，进程是一种数据结构
存储表 进程1内存映像
存储器
设备 文件
I/O表
…
文件表 进程N内存映像 进程表 …
进程
Minix进程控制表内容
进程管理 寄存器 程序计数器 程序状态字(PSW) 栈指针 进程状态 进程开始时间 使用的CPU时间 子进程的CPU时间 下次报警时间 消息队列指针 挂起的信号位 进程标识号(PID) 各种标志位 内存管理 正文段(代码段)指针 数据段指针 bss段指针 退出状态 信号状态 进程标识号(PID) 父进程(PPID) 进程组(GID) 真实UID 有效UID 真实GID 有效GID 信号位图 各种标志位 文件管理 UMASK掩码 根目录 工作目录 文件描述符 有效UID 有效GID 系统调用参数 各种标志位
IRQ0 时钟 键盘 主中断 控制器 系 统 数 据 总 线 主中断 控制器 tty2 tty1
INT
CPU