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操作系统概述精品.ppt
张三 李四 死锁:多个程序同时挂起,相互等待 * ??如何解决? 进程是解决问题的基础。 进程的组成部分: 一段可执行的程序 程序所需要的相关数据(变量、工作空间、缓冲区等) 程序的执行上下文 上下文是OS用来管理和控制进程所需的内部数据。 2.3.1 进程 * 进程列表 进程存储区 基址寄存器 界限寄存器 进程索引(当前进程) 程序计数器:执行 进程切换:保存和恢复上下文 2.3.1 进程 * 2.3.2 内存管理 OS5个基本的存储器管理功能 进程隔离 保护独立的进程,防止互相干涉数据和存储空间 自动分配和管理 动态分配 对程序员透明 支持模块化程序设计 程序员可以定义模块 动态地创建、销毁模块 改变模块的大小 保护和访问控制 共享保护 共享访问控制 长期存储 离线保存 (文件) * 虚拟内存 允许程序员以逻辑的角度来访问内存 不管实际物理内存有多少,每个进程独享4G虚拟内存 4G虚拟内存被分成1000,000份,每份被称为一个“页面”,大小是4K?分页系统 分页系统中,虚拟地址=页号+页内偏移量 虚拟地址?映射? 内存物理地址 2.3.2 内存管理 * 2.3.2 内存管理 * 虚存寻址 2.3.2 内存管理 * 2.3.3 信息保护和安全 涉及对计算机系统的控制和所保存的信息。 与操作系统相关的安全和保护问题分类: 可用行 保护系统不被打断。 必威体育官网网址性 保证用户无法访问到未授权的数据 数据完整性 保护数据不被未授权修改 认证 用户身份的正确认证 消息或数据的合法性 * 2.3.4 调度和资源管理 OS的一个关键任务是管理各种可用资源,并调度各种活动进程使用这些资源。 资源分配和调度策略应考虑的三个因素: 公平性 所有竞争某一特定资源的进程具有几乎相等和公平的访问该资源的机会。 有差别的响应性 区别对待不同的作业类 动态决策 有效性 在矛盾的标准中寻求平衡 最大的吞吐量 最小的响应时间 尽可能多的用户 * 2.3.4 调度和资源管理 用于多道程序设计的一个OS主要组件 新作业 万事俱备只欠CPU * 2.3.5 系统结构 系统是由一系列的层组成的视图 每个层执行一个相关的功能子集 每个层依赖于下一层来执行更原始的功能 每个层为上一层提供服务,并屏蔽服务细节 改变一层实现时,不需要改变别的层 ??可以把问题分解成几个更易于处理的子问题 13 Shell 12 用户进程 11 目录 10 设备 9 文件系统 通信 虚存 本地辅存 原始进程 中断 3 过程 2 指令集 1 电路 P55 表2.4 OS设计层次 * 2.4 现代操作系统的特征 微内核体系结构 只把一些最基本的功能放在内核中 地址空间 进程间通信(IPC) 基本的调度 其它服务由运行在用户模式下的进程提供 内核和服务程序分开 * 多线程 进程划分成可以同时运行的多个线程(Thread) 线程 可分派的单元 线程顺序执行,并且是可中断的 进程 一个或多个线程 相关的资源 在同一个进程中运行多个线程,在线程间来回切换所涉及的处理器开销要比在不同进程间切换的开销少。 2.4 现代操作系统的特征 * 对称多处理 (SMP) 硬件上有多个处理器 这些处理器共享一个主存储器和I/O设备。 所有的处理器都可以执行相同的功能。 对成多处理器OS可以调度进程或线程到所有的处理器上运行 优势 性能:高 可用性:只要有一个处理器正常,系统正常运行 增量发展:添加额外处理器 可扩展性:处理器个数可配置 对用户透明 2.4 现代操作系统的特征 * 2.4 现代操作系统的特征 单个处理器和多个处理器对比 * 分布式操作系统 一群计算机 使用户觉得和使用单机一样 2.4 现代操作系统的特征 面向对象设计 用于给微内核增加模块化的扩展 使程序员在不破坏系统完整性下定制操作系统 * 2.5.1 虚拟机和虚拟化 一份硬件(一台电脑,服务器或PC) 只能运行一个OS 虚拟化技术?使得一个硬件平台能够运行多个OS或者一个OS的不同版本。 一个主系统,主系统需要支持虚拟机(VM) 一个典型的虚拟机架构 2.5 虚拟机 * 2.5.1 虚拟机架构 2.5 虚拟机 * 2.6.1 对称多处理器(SMP)计算机的OS设计考虑因素 SMP?并发事件?并发处理 并发进程或线程 调度 同步 内存管理 可靠性和容错性 2.6 多处理器和多核OS设计应考虑因素 * 2.6.2 多核计算机的OS设计考虑因素 多核挑战:如何有效利用多核计算能力以及如何智能且有效地管理芯片资源,将众核(多核)固有的并行能力与应用程序的性能需求匹配起来。(三个层次开发潜在的并行能力) 每个核内部的硬件并行 处理器层次上的潜在并行能力,即每个处理器上多道程序设计或多线程程序的执行能力。 多核上
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