操作系统学习报告

操作系统原理学习报告
在经过16周的课程学习，我们对操作系统原理从陌生到熟悉，虽无法全部掌握，但也有了个大致了解。

不可否认，这些偏向理论性的知识很枯燥，很感谢老师把这一门那么枯燥的课讲得如此抑扬顿挫。

操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机系统软、硬件资源的分配和管理；控制和协调并发活动；提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。

这是书上对于操作系统的定义，我觉得这是最基础的学习这门课程所应该了解的。

我在这里主要讨论一下对于处理机调度的理解及应用。

众所周知，处理机是计算机系统中的核心部分，缺了它，什么事情都做不了。

而且，处理机有一个特性，就是多任务只能互斥地使用处理机，这是因为它是单入口资源的。

处理机对于运行时间是以分片方式提交给计算任务使用的，但也因此引发出许多处理机分配的策略问题。

很多时候，对于如何使用处理机时间，许多微型机选择让单个用户独占机器，知道他完成计算任务，这是最简单的策略。

但多数计算为了等待完成I/O操作而使CPU时间几乎浪费了一半。

出于经济上的考虑，一般系统（包括高档微型机）是由多个同时性的用户分用。

要满足多个同时性用户的分用，需要解决将CPU先分给哪个用户程序，它占用多长时间，下一个又该轮到哪个程序等问题，这就是调度策略问题。

在这里，我结合教材主要讨论关于批处理系统中的处理机调度。

我查阅了一下相关知识，在百度文科中所给出的关于处理机调度的定义是：从就绪队列中，按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程并发地执行。

处理机调度除了教材中所提到的作业调度（宏观调度）和进程调度（微观调度），还有一个中级调度。

作业调度的任务是对提交给系统的大量后备作业按一定的调度原则挑选，分配主存等必要资源，建立作业对应的进程，使其投入运行。

后备
运行
就绪等待完成
作业录入
作业调度
作业调度
作业的状态及转换
执行
从上图可以看出作业在整个活动期间共有三种状态：后备状态、执行状态、完成状态。

影响作业调度的有两个因素：接纳多少个作业，接纳哪些作业。

作业调度每次要接纳多少个作业进入内存，取决于系统允许有多少个作业同时在内存中运行。

当同时运行的作业太多时，可能会影响到系统的服务质量，如使周转时间太长。

但是，如果内存中同时运行的作业太少时，又会导致系统资源利用率和系统吐量太低，因此，多道程序度的确定应根据系统的规模和运行速度等，然后再做适当折衷。

而应将哪些作业从外存调入内存（即接纳哪些作业），将取决于所采用的调度算法。

最简单的是先来先服务调度算法，它是将最早进入外存的作业最先调入内存。

这有利于长作业（进程），但是不利于短作业（进程）。

较常用的一种是短作业优先调度算法，即将外存上最短的作业最先调入内存。

短作业的调度算法可以照顾到实际上在所有作业中占很大比例的短作业，使它能比长作业优先执行，能有效地降低作业的平均等待时间和提高系统的吐量。

但是，该作业对于长作业非常不利，且完全未考虑作业的紧迫程度，因而不能保证紧迫性作业（进程），会得到及时处理；此外，还有基于作业优先权的调度算法、响应比高者优先的调度算法等。

进程调度的主要功能是记录和保持系统中所有进程的有关情况和状态特征，决定分配策略，实施处理机的分配和回收。

不同的进程调度算法具有不同的特点，且可能对某些进程更有利。

为了对算法进行选择以适用于特定的应用，必须分析各种算法的特点。

当一进程正在处理机上执行时，若有某个更为“重要而紧迫”的进程需要进行处理，亦即，若有优先级更高的进程进入就绪队列时，通常有两种进程调度方式：非剥夺方式和可剥夺调度方式。

非剥夺方式是一旦处理机分配某进程后，便让该进程一直执行，直至该进程完成或发生某事件而被阻塞时，才再把处理机分配给其它进程，决不允许某进程抢占已经分配出去的处理机。

这种调度方式的优点是实现简单、系统开销小，适用大于多数的批处理系统环境。

但它难于满足紧急任务的要求。

可剥夺调度方式允许调度程序根据某种原则，去停止某个正在执行的进程，将已分配给该进程的处理机，重新分配另一进程。

可剥夺的原则有：
①时间片原则
各进程按时间片运行，当一个时间片用完后，便停止该进程的执行而重新进行调度。

这种原则适用于分时系统、大多数实时系统，以及要求较高的批处理系统。

②优先权原则
通常是对一些重要的和紧急的作业赋予较高的优先权。

当这种作业到达时，如果其优先权比正在执行进程的优先权高，便停止正在执行的进程，将处理机分配给优先权高的进程，使之执行。

③短作业（进程）优先原则
当新到达的作业（进程）比正在执行的作业（进程）明显地短时，将剥夺长作业（进程）的执行，将处理机分配给作业（进程），使之优先执行。

处理机调度通过各种算法提高了CPU的使用率，缩短了周转时间，响应时间及等待时间。

但是，并发进程共享系统资源时如果处理不当，就有可能发生死锁。

因此，处理系统死锁问题也引起了人们的普遍注意，并对它进行了深入研究。

以上是我经过16周的学习及查阅资料所整理的学习报告。