现代操作系统_第3章
第3章 操作系统安全
第3章 操作系统安全 章 2. 没有口令或使用弱口令的账号 大多数系统都把口令作为第一层和惟一的防御线。 由于用户的ID是很容易获得的，因此，如果攻击者能 够确定一个账号名和密码，就能够进入网络。所以使 用弱口令(易猜的口令)、缺省口令和没有口令的账号是 很严重的安全问题，都应从系统中清除。 另外，很多系统有内置的或缺省的账号，这些账 号在软件的安装过程中通常口令是不变的。攻击者通 常会查找并利用这些账号达到破坏系统的目的。因此， 所有内置的或缺省的账号都应从系统中移出。
第3章 操作系统安全 章 如果系统认为具有某一个安全属性的用户不适于 访问某个文件，那么任何人(包括文件的拥有者)都无法 使该用户具有访问该文件的权力。 强制访问控制不仅施加给用户自己客体的严格的 限制，也使用户受到自己的限制。为了防范特洛伊木 马，系统必须要这样做。即便是不再存在特洛伊木马， 强制访问控制也有用，它可以防止在用户无意或不负 责任操作时，泄露机密信息。
第3章 操作系统安全 章 (4) 任何离开网络的数据包不能把网络内部的地址 作为目的地址。 (5) 任何进入或离开网络的数据包不能把一个私有 地址(Private Address)或在RFC1918中列出的属于保留 空间(包括10.x.x.x/8、172.16.x.x/12 或192.168.x.x/16 和 网络回送地址127.0.0.0/8.)的地址作为源或目的地址。 (6) 阻塞任意源路由包或任何设置了IP选项的包。
Байду номын сангаас
第3章 操作系统安全 章 为了保护计算机系统，应在外部路由或防火墙上 设置过滤规则，以对流进和流出网络的数据进行过滤 提供一种高层的保护。过滤规则如下： (1) 任何进入网络的数据包不能把网络内部的地址 作为源地址。 (2) 任何进入网络的数据包必须把网络内部的地址 作为目的地址。 (3) 任何离开网络的数据包必须把网络内部的地址 作为源地址。
U035计算机操作系统教程_第四版_(张尧学著)_清华大学出版社_第3章
3.1.2 进程的定义 进程的概念是60年代初期，首先在MIT 的 Multics系 统和IBM 的 TSS/360系统中引用的。从那以来，人 们对进程下过许多各式各样的定义。 (1) 进程是可以并行执行的计算部分（S.E.Madnick， J.T.Donovan）； (2) 进程是一个独立的可以调度的活动（E.Cohen， D.Jofferson）； (3) 进程是一抽象实体，当它执行某个任务时，将要 分配和释放各种资源（P.Denning）； (4) 行为的规则叫程序，程序在处理机上执行时的活 动称为进程（E.W.Dijkstra）；
W(Si)={b1 b2 … bn}，bj(j=1，…，n) 是语句Si在执行期间必须对其进行修改、访问的变量； 如果对于语句S1和S2，有 ① R(S1)∩ W(S2)={∮}， ② W(S1)∩ R(S2)={∮}， ③ W(S1)∩ W(S2)={∮} 同时成立，则语句S1和S2是 可以并发执行的。
(1) 进程是一个动态概念，而程序则是一个静态概念。程序是 指令的有序集合，没有任何执行的含义。而进程则强调执 行过程，它动态地被创建，并被调度执行后消亡。 (2) 进程具有并行特征，而程序没有。由进程的定义可知，进 程具有并行特征的两个方面，即独立性和异步性。也就是 说，在不考虑资源共享的情况下，各进程的执行是独立的， 执行速度是异步的。显然，由于程序不反映执行过程，所 以不具有并行特征。 (3) 进程是竞争计算机系统资源的基本单位，从而其并行性受 到系统自己的制约。这里，制约就是对进程独立性和异步 性的限制。 (4) 不同的进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据 集不同。
第3章 进程管理
3.1 进程的概念 3.2 进程的描述 3.3 进程状态及其转换 3.4 进程控制 3.5 进程互斥 3.6 进程同步 3.7 进程通信 3.8 死锁问题 3.9 线程 本章小结 习题
第三章 操作系统进程管理(张尧学)
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3.1.2 进程概念
操作系统的特性之一是并发与共享，即在系统中 （内存）同时存在几个相互独立的程序，这些程序在 系统中既交叉地运行，又要共享系统中的资源，这就 会引起一系列的问题，包括：对资源的竞争、运行程 序之间的通信、程序之间的合作与协同等等。
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3.程序并发执行的相互制约 在多道程序设计的环境下，程序是并发执行的。即
系统中有多道程序在“同时”执行，这些程序之间要 共享系统的资源，程序之间有共享资源（通信）的关 系。共享与竞争产生一系列的矛盾，这些矛盾实际上 是一种相互制约，有直接的，也有间接。
（1）资源共享 （间接制约关系） （2）进程合作 （直接制约关系）
要解决这些问题，用程序的概念已经不能描述程序 在内存中运行的状态，必须引人新的概念－－进程。
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一. 进程的定义
1. 定义 • 行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上执行时所发
生的活动称为进程（Dijkstra)。 • 进程是这样的计算部分，它是可以和其它计算并行的一
个计算。(Donovan) • 进程（有时称为任务）是一个程序与其数据一道通过处
操作系统的重要任务之一是使用户充分、有效地利用系统资源。 如何描述计算机程序的执行过程和作为资源分配的基本单位才
能充分反映操作系统的执行并发、资源共享及用户随机的特点 呢？这个概念就是进程。
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进程管理就是针对CPU的管理（即处理机管理）；处理机管理 是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理机的分配 问题。也就是说把CPU（中央处理机）的使用权分给某个程序， 通常把这个正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入 内存后我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管 理两个阶段去实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机时 间分配的进程调度工作作为处理机管理的主要内容。
现代操作系统
现代操作系统众所周知，如果给我们一台裸机，我们是不能使用的，因为它没有安装操作系统。
计算机系统由硬件和软件两部分组成，而操作系统则是配置在计算机硬件上的第一层软件，它是现代计算机系统、多处理机系统、计算机网络等都必须配置的系统软件。
什么是操作系统，简单明了地说，操作系统是能管理计算机的所有资源（包括硬件资源和软件资源），提供用户接口，并且组织计算机工作流程的系统软件。
我们之所以使用操作系统，主要目的就是想让它帮我们实现有效性、方便性、可扩充性和开放性。
追溯到1946年，世界上第一台计算机问世，它没有操作系统，体积十分庞大，全靠程序员采用人工操作方式使用计算机硬件系统，这无疑严重降低了计算机资源利用率。
随着时间的推进和技术的发展，相继出现了批处理系统、分时系统和实时系统等，大大地方便了用户和提高了资源利用率。
当然，在微型计算机上也安装有微机操作系统等等。
显然，操作系统有着属于它自己的基本特性：并发、共享、虚拟、和异步，这些特性向我们透露了程序在计算机里运行的状态。
在操作系统环境下，内存中多个并发执行的进程可以共同使用系统中的资源，而且在需要时，操作系统的虚拟技术起到了不可替代的作用。
例如，虚拟CPU让用户感到始终是自己一个人在独占一台主机，再如，虚拟存储器会根据需要把物理内存扩大为逻辑上的内存大小，很大程度上满足了用户的需求。
进程的并发执行都是走走停停的，每道程序总共需要多长时间完成是不可预知的，但是最终运行的结果肯定是相同的。
有了操作系统，那么我们就要明白它的主要任务，是为了多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条不紊地、高效地运行，并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率和方便用户的使用。
为了实现这些任务，操作系统就应该具备这样几方面的功能：处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理和提供用户接口。
谈到操作系统结构的设计，早期的OS规模很小，而随着OS规模的愈来愈大，其所具有的代码也愈来愈多，这就需要很多的程序员来设计。
《现代操作系统》课件
04
现代操作系统的实现技术
微内核与宏内核
微内核
微内核是一种将操作系统核心功能分散到多个独立模块中的设计思想。它只保留了最基本的核心功能，如内存管 理、进程调度等，其他功能则通过消息传递的方式由内核外的服务完成。这种设计提高了系统的可扩展性和安全 性。
宏内核
宏内核将所有操作系统功能都集成在一个内核中。与微内核相反，宏内核的设计思想是尽可能地将所有功能集中 在一个紧密耦合的系统中，以提高系统的效率和性能。然而，这也可能导致系统复杂性和安全性的增加。
异步操作
支持设备的异步操作，使 得设备能够与主机并发执 行，提高系统整体性能。
03
现代操作系统的特性
分布式与并行处理
分布式处理
现代操作系统能够将任务分解成多个子任务，并在不同的处理器上同时执行， 以提高整体处理速度和效率。
并行处理
操作系统能够利用多核处理器或多线程技术，将任务分配给多个处理器或线程 同时执行，以充分利用计算资源。
内存管理算法
分段内存管理
分段内存管理是一种将内存划分为多个逻辑段的管理方式。每个进程被分配一个或多个逻 辑段，每个段都有独立的地址空间。这种管理方式提高了内存的利用率和灵活性。
分页内存管理
分页内存管理是一种将物理内存划分为固定大小的页，并将它们映射到虚拟地址空间中的 管理方式。通过将不常用的内存页交换到磁盘上，可以释放物理内存空间供其他进程使用 。这种管理方式提高了内存的利用率和可扩展性。
03
提供强大的命令行界面 和可定制性，支持多种 桌面环境。
04
内置多种应用程序，如 文本编辑器、编译器、 浏览器等。
Mac OS操作系统
由苹果公司开发的操作系统，专为苹果硬件设备设计。
《现代操作系统第四版》第三章答案
第三章内存管理习题1.IBM360 有一个设计，为了对2KB 大小的块进行加锁，会对每个块分配一个4bit的密钥，这个密钥存在PSW (程序状态字)中，每次内存引用时，CPU都会进行密钥比较。
但该设计有诸多缺陷，除了描述中所言，请另外提出至少两条缺点。
A:密钥只有四位，故内存只能同时容纳最多十六个进程；需要用特殊硬件进行比较，同时保证操作迅速。
2. 在图3-3 中基址和界限寄存器含有相同的值16384 ，这是巧合，还是它们总是相等？如果这只是巧合，为什么在这个例子里它们是相等的？A :巧合。
基地址寄存器的值是进程在内存上加载的地址；界限寄存器指示存储区的长度。
3. 交换系统通过紧缩来消除空闲区。
假设有很多空闲区和数据段随机分布，并且读或写32位长的字需要10ns的时间，紧缩128MB大概需要多长时间？为了简单起见，假设空闲区中含有字0，内存中最高地址处含有有效数据。
A: 32bit=4Byte===> 每字节10/4=2.5 ns 128MB=1282A20=2A27Byte 对每个字节既要读又要写，22.5*2A27=671ms4. 在一个交换系统中，按内存地址排列的空闲区大小是10MB，4MB，20MB，18MB，7MB，9MB，1 2 M B ，和1 5 M B 。
对于连续的段请求：(a) 12MB(b) 10MB(c) 9MB 使用首次适配算法，将找出哪个空闲区？使用最佳适配、最差适配、下次适配算法呢？A：首次适配算法：20MB ，10MB ，18MB ；最佳适配算法：12MB ，10MB ，9MB；最差适配算法：20MB ；18MB ；15MB ；下次适配算法：20MB ；18MB ；9MB；5. 物理地址和虚拟地址有什么区别？A :实际内存使用物理地址。
这些是存储器芯片在总线上反应的数字。
虚拟地址是指一个进程的地址空间的逻辑地址。
因此，具有32 位字的机器可以生成高达4GB 的虚拟地址，而不管机器的内存是否多于或少于4GB。
精品文档-计算机操作系统教程(第二版)(徐甲同)-第3章
第3章 进程管理 图 3.1 程序的顺序执行
第3章 进程管理
显然，程序的顺序执行具有如下特性： (1) 当顺序程序在处理机上执行时，处理机严格地顺序执行 程序规定的动作。每个动作都必须在前一动作结束后才能开始。 除了人为的干预造成机器暂时停顿外，前一动作的结束就意味着 后一动作的开始。程序和机器执行程序的活动严格一一对应。 (2) 一个程序在机器中执行时，它独占全机资源，除了初始 状态外，只有程序本身规定的动作才能改变这些资源的状态。
第3章 进程管理
2. 程序和机器执行程序的活动不再一一对应 程序和机器执行程序的活动是两个概念。程序是指令的有序 集合，是静态的概念；而机器执行程序的活动是指指令序列在处 理机上的执行过程，或处理机按照程序执行指令序列的过程。通 常把机器执行程序的活动称为“计算”。显然，“计算”是一个 动态的概念。
程序和数据集合两部分是进程存在的物质基础，即进程的实 体。
第3章 进程管理
进程控制块(或任务控制块)包含了进程的描述信息和控制信 息，是进程的动态特性的集中反映。不同的操作系统其进程控制 块的内容及信息量也不同。在小型机、微型机等比较简单的操作 系统中，PCB只占用十几个单元；而在一些大、中型机的操作系 统中，PCB的内容可能占用几十甚至上百个单元。
第3章 进程管理
直接制约关系通常是在彼此之间有逻辑关系的两个并发执行 的程序之间发生的。例如，一个正在执行的程序段需要另一程序 段的计算结果，只有当另一程序段在某一时刻送来计算结果时， 正在执行的程序段才能继续执行下去。否则它就一直等待，无法 执行。两个并发程序段以间接方式发生制约关系是由竞争使用同 一资源引起的。得到资源的程序段可以继续执行，得不到资源的 程序段就只好暂停等待。
第3章 进程管理
现代操作系统读书笔记(一到七章)
第一章：引论操作系统是运行在内核态的软件，为程序猿提供资源集抽象以及管理硬件1.1.2主要任务：记录那个程序在用什么资源，管理资源分配，评估使用代价，调节冲突1.3.11.操作系统必须知道所有的寄存器，以便中断时保存进度2.用户程序在用户态运行时，仅允许执行至灵级的一个子集，一般不能调用IO和内存保护指令3.陷阱：a. 用于执行系统调用b. 多数由硬件引起，用于警告异常4.超线程：无并行处理，线程切换纳秒级1.3.2存储器1. 寄存器（和CPU一样快）-》高速缓存（多级缓存）-》主存（RAM ROM EEROM 闪存）1.3.3上下文切换：多道程序系统中从一个程序切换到另一个程序1.3.51. 设备驱动程序：控制IO设备，与控制器对话并收发命令2. 设备存储器：映射到操作空间A．优点：不需要特定IO指令B．缺点：占地址空间（8088）3. 实现输入输出的方法：A．忙等待：设备驱动循环检查IOB．操作完成时中断C．使用特殊的直接存储器访问芯片DMA1.3.61. USB：通用串行总线，键盘鼠标等慢速设备1.3.7启动1. 加电-》BIOS检查硬件-》BIOS查询启动设备（设备第一扇区用启动签名才可以作为启动设备）-》硬盘第一区（MBR），分区表，超级块等1.5.1进程1. 本质：正在执行的程序的实例，地址空间（core image 进程可读写，有数据和堆栈）。
2. 相关：资源集（寄存器，报警，文件清单等）3. 容许运行一个程序所需要所有信息的容器4. UID与GID1.5.31. IO设备的分类：A．块设备：硬盘，可随机读取B．字符特殊文件：键盘鼠标2．管道：虚文件，连接进程1.6系统调用1. 用户程序与操作系统交互：处理抽象2. 能进入内核的过程调用用户态切换到核心态三种方法：中断，异常，系统调用3.TRAP指令：副作用切换到内核态1.7.3微内核1. 高可靠性，把操作系统划分成小的，定义良好的模块，只有微内核运行在内核，其他是普通用户程序2. 设备驱动：崩溃不会导致系统死机3. 机制与策略分离第二章：进程与线程2.1进程模型1. 多道程序设计：CPU在多个程序之间快速切换2. UNIX: 开始是相同，之后不同。
操作系统第一-三章自测题及解答
16、在（ ）的情况下，系统出现死锁。 A.计算机系统发生了重大故障 B.有多个封锁的进程同时存在 C.若干进程因竞争资源而无休止地相互等待他方释放已占有的资源 D.资源数大大小于进程数或进程同时申请的资源数大大超过资源总数 17、银行家算法是一种（）算法。 A. 死锁解除 是（ ） 。 A. 9 B.10 C.11 D. 12 ） 19、下面关于线程的说法，错误的是（ B.线程是调度和执行单位 C.不同的线程可执行相同的程序 D.线程是资源分配单位 20、下面关于进程和线程的说法，正确的是（ 一个或多个进程 B.多线程技术具有明显的优越性，如速度快、通信简便、设备并行性高等 C.由于线程不作为资源分配单位，线程之间可以无约束地并行执行 D.线程又称为轻型进程，因为线程都比进程小 三、简答题（每题 2 分,共 36 分） 1、简述操作系统的五大管理功能。 2、什么是批处理系统？为什么要引入批处理系统？ 3、什么叫多道程序？试述多道程序涉及技术的基本思想及特征，为什么对作业进行多道批处理 可以提高系统效率？ 4、何为分时系统？简述其特点。 5、分时系统和实时系统有何不同？ 6、实现多道程序解决哪些问题？ 7、分布式操作系统应具有哪些功能？ 8、什么是作业、作业步和作业流？作业管理包括哪些内容？ 9、在多道操作系统控制下，一个作业反复执行多次，它的运行时间都相同吗？为什么？ 10 、作业调度的功能是什么？作业调度算法应考虑的主要因素是什么？ ） A.线程是进程中可独立执行的子任务，一个进程可以包含一个或多个线程，一个线程可以属于 B. 死锁避免 C. 死锁预防 D 死锁检测 18、某系统中有 3 个并发进程，都需要同类资源 4 个，试问该系统不会产生死锁的最少资源数
{ a=55; pid=fork(); if (pid==0){ sleep(5); a=99; sleep(5); printf(“child leaving\n”); exit(0); } else { sleep(7); printf(“a=%d\n”,a); wait(0); printf(“parent child exited\n”); } }
操作系统原理最全课后答案
第一章操作系统引论1．设计现代OS的主要目标是什么？答：〔1〕有效性〔2〕方便性〔3〕可扩大性〔4〕开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：〔1〕OS作为用户及计算机硬件系统之间的接口〔2〕OS作为计算机系统资源的管理者〔3〕OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推动多道批处理系统形成和开展的主要动力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求及技术开展：〔1〕不断提高计算机资源的利用率；〔2〕方便用户；〔3〕器件的不断更新换代；〔4〕计算机体系构造的不断开展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进展的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进展的。
6．试说明推动分时系统形成和开展的主要动力是什么？答：推动分时系统形成和开展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能承受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
现代操作系统(原书第3版)部分课后答案-第3章
2.由题意得，读或写每个字节需要10/4 = 2.5ns，且128 MB = 2^27 字节，内存紧缩时，几乎整个内存都必须复制，也就是要求读出每一个内存字，然后重写到不同的位置。
因此，对于每个字节的压缩需要5ns。
故总共需要的时间为 2^27 * 5 ns = 671 ms 。
3.128 MB = 2^27 字节对于位图，用于存储管理需要2^27/8n字节，故总共需要 2^27 + 2^27/8n = 2^27*（1+1/8n）字节;对于链表，用于存储管理需要2^27 / 2^16(64kb)=2^11个节点，每个节点大小为需要（32+16+16）/8 = 8字节，故总共需要2^27 + 2^11*8 = 2^27 + 2^14 = 2^27 *(1 +1/(8*2^10) )字节;因此，当n < 2^10字节（即1KB）时，位图> 链表，则使用链表；当n > 1KB时，位图< 链表，则使用位图。
4.首次适配：20KB，10KB，18KB；最佳适配：12KB，10KB，9KB；最差适配：20KB，18KB，15KB；下次适配：20KB，18KB，9KB。
5.虚拟页号|偏移量虚拟地址4KB（页大小）１２位偏移量8KB（页大小）１３位偏移量20000 100｜111000100000 10｜0111000100000 32768 1000｜000000000000 100｜0000000000000 60000 1110｜101001100000 111｜01010011000007.a)M的最小值是4096，才能使内层循环的每次执行时都引起TLB失效，N的值只会影响到X的循环次数，与TLB失效无关。
b)M的值应该大于4096才能在内层循环每次执行时引起TLB失效，但现在N 的值要大于64K，所以X会超过256KB。
9.页大小为8KB，所以页內地址为13位，故页框有１９位，可表示的物理空间有２＾１９个页框。
自考02326操作系统(2018版)课后习题答案
第一章操作系统概论1.什么是操作系统？请说明操作系统在计算机系统中的作用和地位。
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合：它们能够有效地组织和管理计算机中的硬件和软件资源，合理地控制计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行。
2.操作系统管理计算机系统的哪些资源？硬件和软件资源。
3.请从资源管理角度说明操作系统的主要功能。
进程管理（处理器管理）、存储管理、文件管理、作业管理、设备管理4.操作系统有哪些基本特征？并发性：计算机系统中同时存在若干个正在运行着的程序；共享性：操作系统程序和多个用户程序共享系统中的各种资源随机性：操作系统的运行是在一种随机的环境下进行的5.比较Windows、UNIX、Linux操作系统的体系结构，有什么异同？Windows体系结构是分成的模块系统，主要层次有硬件抽象层HAL、内核、执行体和大量的子系统集合；UNIX操作系统的系统架构图，其最里层是硬件，作为整个系统的基础；其次是操作系统内核，包括进程管理、存储器管理、设备管理和文件管理四个资源管理功能；往外一层是系统调用接口，及操作系统与用户的接口shell以及编译程序等；最外层是应用程序Linux系统有四个主要部分，及内核、shell、文件系统和用户程序。
6.Android操作系统有什么特点？Android操作系统分为四层，从高层到低层分别是应用程序层、应用框架层、系统运行库层和Linux内核层。
以Linux为核心的手机操作平台，是一款开放式操作系统7.手机操作系统通常提供哪些功能？8.请叙述各种类型操作系统的工作方式及特点。
一般把操作系统分为三种基本类型，即批处理操作系统、分时系统和实时系统(1)批处理操作系统批处理操作系统分为简单批处理系统和多道批处理系统两种类型。
用户将作业交给系统操作员，系统操作员在收到作业后并不立即将作业输入计算机，而是在收到一定数量的作业后，组成一批作业，再把这批作业输入到计算机中。
计算机基础课件 第3章 操作系统基础知识
系统区，存放操作系统和其他系统程序和数据 用户区，存放用户程序和数据
第3章 操作系统基础知识
存储管理
存储管理包括四个方面的功能：
内存分配与回收 地址转换 存储保护 存储扩充
第3章 操作系统基础知识
存储分配
按一定的策略或算法为各个并发的进程及相 关数据分配内存空间，最终目标是提高内存 利用率，并保证正常运行
第3章 操作系统基础知识
进程概念的引入
程序是一个“静态”的概念 在多个程序并发执行的情况下，“程序”不能解 释、描述和管理程序的并发过程 操作系统无法用“程序”的概念，表述和管理对 处理机资源的分配调度
引入了“进程”的概念
第3章 操作系统基础知识
进程的定义
进程是现代操作系统的基本概念，是并发程序出现后 必然出现的一个重要概念 进程是程序在一个数据集合上被运行的过程，即执行 起来的程序(“活起来”的程序；“活着”的程序) 在多程序执行的环境下，进程是处理机进行资源分配、 调度和程序运行的基本单位 处理机管理可归结为进程管理
整 管理复杂；但存储器的使用效率高 在现代多程序运行系统中，普遍采用此方式
第3章 操作系统基础知识
地址转换(重定位)
地址转换的定义： 将程序在外存空间中的逻辑地址转换为 内存空间中的物理地址
第3章 操作系统基础知识
地址转换(重定位) （了解） ——物理地址 vs 逻辑地址
内存由若干的存储单元组成；每个存储
存储扩充的目的是利用有限的内享部同存一储块空内间存运区行更大
的程序或更多个程序
将需要执行的程序段调入
内存区，覆盖已经执行结 存储扩充的一般方法有三种： 束的程序段
自动覆盖技术
交换技术 虚拟存储技术
gk现代操作系统习题答案qv
现代操作系统习题答案（汤小丹编电子工业出版社2008.4）第1章操作系统引论习题及答案1.11 OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？答：并发、共享、虚拟和异步四个基本特征，其中最基本的特征是并发和共享。
1.15 处理机管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？答案略，见P17。
1.22 (1)微内核操作系统具有哪些优点？它为何能有这些优点？（2）现代操作系统较之传统操作系统又增加了哪些功能和特征？第2章进程的描述与控制习题及答案略第3章进程的同步与通信习题及答案3.9 在生产者-消费者问题中，如果缺少了signal(full)或signal(empty),对执行结果将会有何影响？答：资源信号量full表示缓冲区中被占用存储单元的数目，其初值为0，资源信号量empty 表示缓冲区中空存储单元的数目，其初值为n，signal(full)在生产者进程中，如果在生产者进程中缺少了signal(full)，致使消费者进程一直阻塞等待而无法消费由生产者进程生产的数据；signal(empty)在消费者进程中，如果在消费者进程中缺少了signal(empty)，致使生产者进程一直阻塞等待而无法将生产的数据放入缓冲区。
3.13 试利用记录型信号量写出一个不会出现死锁的哲学家进餐问题的算法。
答：参考答案一：至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐，并在用毕时能释放出他用过的两支筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。
采用此方案的算法如下：var chopstick:array[0,…,4] of semaphore :=1;room:semphore:=4;repeatwait(room);wait(chopstick[i]);wait(chopstick[(i+1) MOD 5]);…eat；…signal(chopstick[i]);signal(chopstick[(i+1) MOD 5);signal(room);…think；until false；第4章处理机调度与死锁习题及答案4.1 高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？答：略，见P73。
现代操作系统第3章死锁
替代方案
3.5.2 产生死锁的必要条件
互斥：竞争的资源一次只能被一个进程使用。 请求和保持条件；当一个进程已经占有了一些资源，同时又要申请
新的资源，若新资源申请失败，进程将占有资源且阻塞等待。 不剥夺条件（不可强占）:一个资源仅能被占有它的进程所释放,而
不能被别的进程强行强占 环路等待条件:若干个进程构成环行请求链,其中每个进程均占有若 干种资源中的某一种,同时每个进程还要求(链上)下一进程所占有的
资源.
以上前三个条件是死锁存在的必要条件，但不是充分条件。第四个 条件是前三个条件同时存在时产生的结果。所以这些条件不是完全
独立的
3.5.2 产生死锁的必要条件
破坏第一个条件（互斥条件），使资源可同时访问而不是互斥使用，是简单的 方法。磁盘可以用这种方法管理，但许多资源往往是不能同时访问的，这种做
分配图是可化简的，则S是安全状态。
资源分配图的化简结果与化简顺序无关，最终结果是相同的
每种类型多个资源的死锁检测(2)
死锁检测算法的数据结构
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每种类型多个资源的死锁检测(3)
死锁检测算法的例子
25
从死锁中恢复(1)
• 利用抢占恢复 • 将某一资源从一个进程强行取走给另一个进程使用 • 取决于该资源本身的特性。
放已占有的资源(破坏不可剥夺条件) 3)资源有序分配法；做法：系统给每类资源赋予一 个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求资源，释
放则相反(破坏环路等待条件)
死锁避免 资源轨迹图
两个进程的资源轨迹图
38
确定是否安全状态
P2完成
在P2完成之后
P1完成
安全状态
不安全状态
假设这时P1 申请一个R1 和一个R3， 状态还是安 全吗？是否 拒绝P1?
现代操作系统第三版中文答案
现代操作系统第三版中文答案【篇一：操作系统课后答案】>思考与练习题1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.什么是操作系统？它的主要功能是什么？什么是多道程序设计技术？多道程序设计技术的主要特点是什么？批处理系统是怎样的一种操作系统？它的特点是什么？什么是分时系统？什么是实时系统？试从交互性，及时性，独立性，多路性，可靠性等几个方面比较分时系统和实施系统。
实时系统分为哪俩种类型？操作系统主要特征是什么？操作系统也用户的接口有几种？它们各自用在什么场合？“操作系统是控制硬件的软件”这一说法确切吗？为什么？设内存中有三道程序，a,b,c，它们按a~b~c的先后顺序执行，它们进行“计算”和“i/o操作”的时间如表1-2所示，假设三道程序使用相同的i/o设备。
(1) 试画出单道运行时三道程序的时间关系图，并计算完成三道程序要花多少时间。
(2) 试画出多道运行时三道程序的时间关系图，并计算完成三道程序要花多少时间。
10．将下列左右两列词连接起来形成意义最恰当的5对。
dos 网络操作系统 os/2自由软件 unix多任务 linux单任务11．选择一个现代操作系统，查找和阅读相关的技术资料，写一篇关于操作系统如何进行内存管理、存储管理、设备管理和文件管理的文章。
答案1．答：操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，以方便用户使用的程序集合。
2．答：把多个独立的程序同时放入内存，使她们共享系统中的资源。
1）多道，即计算机内存中同时放多道相互独立的程序。
2）宏观上并行，是指共识进入系统的多道程序都处于运行过程。
3）微观上串行，是指在单道处理机环境下，内存中的多道程序轮流地占有cpu，交替执行。
3．答：批处理操作系统是一种基本的操作系统类型。
在该系统中用户的作业被成批地输入到计算机中，然后在操作系统的控制下，用户的作业自动的执行。
特点是：资源利用率高。
系统吞吐量大。
现代操作系统--作业题整理
注：标有“操作系统第二版中文版答案”的答案是从操作系统第二版中文答案的电子书上摘抄的，剩下的是非标准答案(可以忽略~~)。
有几道题没有写。
以下的相关文档仅供参考！祝各位同学考试愉快！第一章：引论（P44）1、什么是多道程序设计？答：多道程序就是CPU在内存中多个进程之间迅速切换。
它一般被用来使CPU 保持忙碌，当有一个或多个进程进行I/O时。
（操作系统第二版中文答案）2、什么是SPOOLing？读者是否认为将来的高级个人计算机会把SPOOLing作为标准功能？答：SPOOLing是Simultaneous Peripheral Operation On-Line （即外部设备联机并行操作）的缩写，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，通常称为“假脱机技术”。
（回答：什么是SPOOLing？百度的~~~）输入SPOOLing是作业中的读入技术，例如：从卡片在磁盘，这样当当前执行的进程完成时，将等候CPU。
输出SPOOLing在打印之前首先复制打印文件，而非直接打印。
在个人计算机上的输入SPOOLing很少，但输出SPOOLing非常普通。
（操作系统第二版中文答案）3、在早期的计算机中，每个字节的读写直接由CPU处理（既没有DMA）。
对于多道程序而言这种组织方式有什么含义？答：多道程序的主要原因是当等候I/O完成时CPU有事可做。
如果没有DMA，I/O 操作时CPU被完全占有，因此，多道程序无利可图（至少在CPU利用方面）。
无论程序操作多少I/O操作，CPU都是100%的忙碌。
当然，这里是假定主要的延迟是数据复制时的等待。
如果I/O很慢的话，CPU可以做其他工作。
（操作系统第二版中文答案）4、系列计算机的思想在20世纪60年代由IBM引入System/360大型机。
现在这种思想已经消亡了还是继续活跃着？答：它依然存在。
例如：Interl以各种各样的不同的属性包括速度和能力消耗来产生Pentium I，II，III和4。
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3.2 调度算法
在OS中调度的实质是一种资源分配，因 而调度算法是指：根据系统的资源分配 策略所规定的资源分配算法。 对于不同系统和系统目标，通常采用不 同的调度算法，例如，在批处理系统中， 为照顾为数众多的短作业，应采用短作 业优先的调度算法等。目前存在多种调 度算法，有的适用于作业调度，有的适 用于进程调度，有些则既可用于作业调 度，也可用于进程调度。
8
调度队列模型
• 仅有进程调度的调度队列模型：在分时系统中通 常仅设置进程调度。用户键入的命令和数据都直 接进入内存。对于命令，由OS为之建立一个进 程，并将其排在就绪队列的末尾，然后按时间片 轮转方式运行。
时间片完 交互用户
就 绪 队 列
事 件 出 现
进程调度
进程完成
CPU
阻 塞 队 列
等待事件
24
基于时间片的轮转调度算法
时间片轮转法：
在通常的时间片轮转法中，系统将所有就绪 进程按先来先服务的原则，排成一个队列， 每次调度时把CPU分配给对首进程，令其执 行，执行的时间为一个时间片。执行的时间 片用完时，由一个记时器发出中断信号，调 度程序便据此来停止该进程的执行，将它送 就绪队列的末尾，等待下一次执行，然后把 处理机分配给就绪队列中新的对首进程，同 时也让它执行一个时间片。 时间片的大小从几ms到几百ms。
18
先来先服务（FCFS）调度算法
评价：FCFS算法比较有利于长作业(进 程)，而不利于短作业(进程)。如下表：
进程 到达 时间 A 0 B 1 C 2 D 3 服务 时间 1 100 1 100 开始执 行时间 0 1 101 102 完成 时间 1 101 102 202 周转 时间 1 100 100 199 带权周 转时间 1 1 100 1.99
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选择调度方式和算法的若干准则
平均周转时间：T=1/n(∑Ti ) (i=1,…,n) 平均带权周转时间：W=1/n(∑Ti/Tsi) (i=1,…,n) W=T/Ts 称为带权周转时间，为作业的 周转时间T与系统为它提供的实际服务时 间Ts之比。 • 周转时间常作为评价批处理系统的性能、 选择作业调度方式与算法的准则。
又称中程调度，引入的目的是为了提高内存的 利用率和系统吞吐量。做法是将那些暂时不能 运行的进程从内存调到外存去等待，称此时的 进程状态为就绪驻外存状态或挂起状态。当这 些进程重又具备运行条件，且内存有空间时， 由中级调度决定，将其重新调入内存，并将其 由原来的挂起状态修改为就绪状态，挂在就绪 队列上，等待低级（进程）调度。中级调度实 际上是存储器管理中的对换功能。
前一个进程的完成时间，即是后一个进程的开始执行时间。 据此，FCFS调度算法有利于CPU繁忙型作 周转时间=完成-到达（时间）。带权周转时间=周转/服务 业，而不利于I/O繁忙型作业 （时间）。注意时段与时点的区别。
短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F
SJ(P)F是基于短作业(进程)占所有作业(进程)的很大 比例而设计的。 短作业优先调度算法是从后备队列中选择一个或若 干个估计运行时间最短的作业，将他们调入内存。 短进程优先调度算法是从就绪队列中选出一个估计 运行时间最短的进程，将处理机分配给它。 SJ(P)F优先调度算法存在的缺点： （1）对长作业非常不利； （2）完全未考虑作业的紧迫程度； （3）受用户的主观因素干扰。
9
调度队列模型
具有高级和低级调度的调度队列模型
时间片完
作业 调度
后备队列 就 绪 队 列 进程 调度
CPU
进 程 完 成
事 件 出 现
1 阻塞队列 2 n
等 待 事 件
10
调度队列模型
同时具有三级调度的调度队列模型
作业 调度 后备队列 时间片完 就绪队列 中级调度 调出
进程调度
CPU 进程 完成
6
低级调度(Low Level Scheduling)
2、抢占方式(Preemptive Mode)：该方式允 许调度程序根据某种原则去停止正在执 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。抢占原则有：
1) 2) 3)
优先权原则。 短作业优先原则。 时间片原则。
7
中级调度(Intermediate-Level Scheduling)
13
选择调度方式和算法的若干准则
2、响应时间快。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，或说直到在屏幕上显示出结果为止的 一段时间间隔。包括：
（1）从键盘输入的请求信息传送到处理机的时间； （2）处理机对请求信息进行处理的时间； （3）将所形成的响应回送到终端显示器的时间。 • 响应时间常用于评价分时操作系统的性能，是选择 分时系统中进程调度算法的重要准则之一。
5
低级调度(Low Level Scheduling)
又称为进程调度、短程调度，决定就绪队列中的 哪个进程将获得处理机，然后由分派程序 (Dispatcher)执行，把处理机分配给该进程。三种 类型的OS都必须配置。进程调度可采用两种方式： 1、非抢占方式(Non-Preemptive Mode)：该方式是一 旦把处理机分配给某进程后，便让该进程一直运 行，直至完成或发生某事件而被阻塞时，才把处 理机分配给其他进程。该方式的优点是实现简单、 系统开销小，但难以满足紧急任务的要求。
这三种调度中，进程调度的运行频率最高，在 分时系统中通常是10—100ms便进行一次进程 调度，因而算法不能太复杂。作业调度是调度 一批作业，故周期较长，约几分钟一次，故允 许其算法花费较多的时间。中级调度的运行频 率介于上述两者之间。
4
高级调度(High Level Scheduling)
又称作业调度或长程调度,用于决定把外存上后 备队列中的哪些作业调入内存，并为作业创建进 程，分配资源，再将新创建的进程排队在就绪队 列上，准备执行。在批处理系统中需要有作业调 度，而分时和实时系统则无需配置。 每次执行作业调度时，都需作出两个决定： 1、接纳多少个作业：接纳进入内存的作业数量， 取决于多道程序度，即允许有多少个作业同时在 内存中运行。 2、接纳哪些作业：那些作业从外存调入内存，取 决于所采用的调度算法。
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选择调度方式和算法的若干准则
二、面向系统的准则 1、系统吞吐量高：吞吐量是指在单位时间内所完 成的作业数。与批处理作业的平均长度有关。这 是用于评价批处理系统性能的重要指标，是选择 批处理作业调度的重要准则。 2、处理机利用率好。 3、各类资源的平衡利用。 其中的第2，3条主要用于大、中型机，而对于 微机和某些实时系统则不是重要准则。
一种常用的分类方法是按调度的层次，把调度分为 高级、中级、低级调度；另一种较常用的是按OS的 类型分类，即批处理调度，分时和实时调度，还有 多处理机调度。
3
高级、中级、低级调度
一个批处理型的作业，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，可能要经历下述 三级调度： 高级调度 中级调度 低级调度
批量作业
就绪，挂起队列 交互型作业
其中的进 程状态为 静止阻塞 状态。
事 件 出 现
阻塞，挂起队列
调出
其中的进 事件出现 程状态为 静止就绪 挂起 状态。
等待事件
阻塞队列
选择调度方式和算法的若干准则
一、面向用户的准则 1、周转时间短。作业周转时间是指从作业提交给系统 开始，到作业完成为止的这段时间间隔，包括： （1）作业在外存后备队列上等待作业调度的时间； （2）进程在就绪队列上等待进程调度的时间； （3）进程在CPU上执行的时间； （4）等待I/O操作完成的时间。 其中，第（2）（3）（4）项在一个作业的处理过 程中可能发生多次。
第三章 处理机调度与死锁
1
内容提要
处理机调度的基本概念 调度算法 实时调度 多处理机系统中的调度 产生死锁的原因和必要条件 预防死锁的方法 死锁的检测与解除
2
3.1 处理机调度的基本概念
在多道程序系统中,一个作业被提交后,必须经 过处理机调度,才能获得处理机去执行。因此。 处理机调度的目的是为了分配处理机。 不同的OS，采用的调度方式不完全相同。有的 系统仅采用一级调度，有的则采用两级调度， 执行调度时采用的调度算法也可能不同。 调度的分类：
17
先来先服务（FCFS）调度算法
FCFS调度算法是一种最简单的调度算法。 既可用于作业调度，也可用于进程调度。
在作业调度中采用该算法时，每次调度是从 后备作业队列中选择一个或多个最先进入该 队列的作业，将它们调入内存，为它们分配 资源、创建进程，然后放入就绪队列。 在进程调度中采用该算法，则每次调度是从 就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程， 为其分配处理机，使之投入运行。
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时间片轮转法
时间片大小的确定：选择适当大小的时间 片，通常要考虑到以下几个因素：
1.
系统对响应时间的要求：分时系统首先必须 满足系统对响应时间的要求。响应时间T与用 户(进程)数目N和时间片q成比例，即T=N*q， 因此在用户数一定时，时间片的长短正比于 系统要求的响应时间。26时间片轮转法22
高优先权优先调度算法（2）
二、优先权的类型： 对于最高优先权优先调度算法，关键在于是采用静态， 还是动态优先权，以及如何确定进程的优先权。 1、静态优先权：在创建进程时确定，且规定它在进程 的整个运行期间保持不变。一般，优先权是利用某一 范围内的整数来表示，称为优先数。确定进程优先权 的依据有 (1)进程类型；(2)进程对资源的需求；(3)用 户需求。 2、动态优先权：指创建进程时所赋予的优先权，可以 随进程的推进而改变，以便获得更好的调度性能。
0 1 2 3 4 4 3 5 2 4 4 9 18 6 13
周转 时间
4 8 16 3 9 8 9
带权周 转时间