计算机四级:操作系统概论

操作系统概论

操作系统的目标

操作系统的目标（OS：opert system）
方便性：通过OS命令操纵计算机，方便用户
有效性：提高系统资源的利用率；提高系统吞吐量
可扩充性：OS必须有很好的可扩充性；与OS的结构有紧密的联系
开放性：遵循收截标准规范，特别是开放系统互连OSI

调用：图形、命令、

OS主要功能也是对这4类资源进行有效管理：

处理机管理
存储器
I/O设备管理

OS实现对计算机资源抽象

裸机
虚拟机

推动的主要动力

不断提高计算机资源利用率
方便用户
器件不断更新换代、
计算机体系就不断发展
不断提出新的应用需求

操作系统分类：

无操作系统的计算机系统
2.联机
3.人工操作
缺点：用户独占全机；CPU等待人工
脱机
优点：减少CPU的空闲时间、提高I/O速度
单道批处理系统
缺点：系统资源得不到充分利用
多道批处理系统
提高资源利用率和吞吐量
多道程序的运行情况
优缺点：
资源利用率高
系统吞吐量打
平均周转时间长
无交互能力
多道批处理系统解决问题：
处理机制争用问题
内存分配问题
I/O分配问题
文件组织和管理问题
作业管理问题
用户与系统接口问题

OS：是一组能有效管理和组织计算机硬件和软件资源，合理对1各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序集合
2. 分时系统：定义：一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机的资源，每个用户都可以通过自己的终端以交互的方式使用计算机
2. 关键问题：如何使用户能与直接的作业进行交互

及时接收：多路卡：作用实现分时
及时处理

特征

多路性：多台终端了解到一台计算机上
独立性：每个用户在自己终端进行操作
及时性：用户请求及时响应
交互性：
实时系统
系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对改事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行
主要特征：实时性
类型：
工业（武器）控制系统
多媒体系统
信息查询系统
嵌入式系统
1.类型
根据任务执行时是否呈现周期性来划分
周期性实时任务
非周期性实时任务
对截止时间的要求
1. 硬实时任务：严格要求截止时间
2. 软实时任务：不严格
实时系统和分时系统：
1. 多路行：多个对象；多个执行结构
2. 独立性：每个终端用户与系统交互互不干扰，
3. 及时性
4. 交互性：
5. 可靠性：分时系统可靠；实时系统系统高度可靠
微机操作系统：
1. 单用户单任务：16
2. 单用户多任务：32
3. 多用户多任务：可移植性强

微内核结构特点

系统调用

参数传递

  指令

  寄存器

  堆栈区

并发程序

存储系统运行机制

中断和异常
1. 中断：对外
2. 异常：对内，软件正在处理的命令
对用户可见的寄存器：数据、地址、条件码
程序状态字

进程线程模型

1. 设计操作系统的调度算法时，应该针对不同应用领域不同的设计目标,系统分类通常分为批处理、交互式和实时系统三类。

1. 批处理系统:自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量大，从而减少了周转时间，提高了整个系统效率
2. 响应时间：交互式系统（操作系统中进程调度策略主要有:FCFS(先来先服务)，最短作业优先，最短剩余时间优先，时间片轮转，最高优先级算法，多级反馈队列算法，最短进程优先）
3. 截止时间：实时系统

平均周转时间：
多道程序设计并行环境具有以下特点: 独立性、随机性、资源共享性。
可再入程序是由可重入代码组成的程序，可以被安全的并行执行，当该程序正在运行时，可以再次载入内存并执行它。具有如下特点:它是纯代码的，即在执行过程中不可修改;调用它的进程应该提供属于它自己的数据区
进程中指令、数据和进程控制块(PCB)3部分组成。
PCB有3种组织方式:线性法、索引方法与链接方法。
进程控制块(PCB)的内容一般可以分成调度信息和现场信息两大部分，现场信息包括:程序状态字、时钟、界地址寄存器等;调度信息包括:进程名、进程号、存储信息、优先级、当前状态、资源清单、“家族”关系、消息队列指针等。
引起进程阻塞的事件有:请求系统服务、启动某种操作、新数据尚未到达与无新工作可做。
创建进程；
并发与同步
1. 同步：进程同步是指多个进程中发生的事件存在某种时序关系，必须协同动作，相互配合，以共同完成一个任务。机票、足球和复印机都是公共资源都会导致竞争，存在竞争关系。汽车装配流水线上的各道工序的活动过程是上一道工序输出是下一道工序的输入，所以只存在同步关系。
2. P、V操作可以实现进程同步、进程互斥、进程的前趋关系，进程共享是属于进程间大量信息的交换，P、V操作是一类低级通信原语不能承担大量信息交换的任务
3. 同步机制应该道循的准则有如下4条:空闲则入、忙则等待、有限等待和让权等待。
4. 进程间的相互制约关系如下:
  1. 相互感知程度交互关系一个进程对其他进程的影响潜在的控制问题
  2. 相互不感知(完全了解其他进程的存在) 竞争关系一个进程的操作对其他进程的结果无影响互斥、死锁(可释放资源)、饥饿，
  3. 间接感知(双方都与第三方交互，如共享资源) 通过共享进行协作一个进程的结果依赖于从其他进程获得的信息、互斥、死锁（可释放的资源)
  4. 直接感知(双方直接交互，如通信) 通过通信进行协作一个进程的结果依赖工从基他进程获得的信息死锁、饥饿
  5. 其中间接感知(都与第三方交互，如共享资源)的交互关系是通过共享进行协作，这种交互关系潜在的控制问题是进程互斥、死锁、饥饿和数据一致性，
P加1(进入区）；V减1（退出区）
对临界资源的访问，必须互斥地进行，在每个进程中，访问临界资源的那段代码称为临界区。为了保证临界资源的正确使用，可以把临界资源的访问过程分成四个部分:

1. 进入区：为了进入临界区，如果可以进入临界区，通常设置相应的常设苦相应的“正在访问临界区"的标志，以阻止其他讲程同时进入临界区。
2. 临界区:进程中访问临界资源的那段代码，又称临界段。
3. 退出区:将“正在访问临界区”的标志清除。
4. 剩余区，代码中的其余部分。

共享内存通信模式需要解决两个问题:
1. 第一个问题是怎样提供共享内存;操作系统一般只提供要共享的内存空间
2. 第二个是公共内存中的读写互斥问题。而处理进程间在公共内存中的互斥关系则是程序开发人员的责任
消息缓冲通信机制包括:消息缓冲区、消息队列首地址、同步互斥信号量、发送接收消息原语、消息队列指针
通信方式
1. 管道通信：所谓管程，就是连接连接两个进程之间的一个打开的共享文件，专用于进程之间数据通信。发送进程可以源源不断地从管道一端写入数据流，每次写入的信息长度是可变的;接收进程在需要时可以从管道的另一端读出数据，读出单位的长度也是可变的；优点：操作系统自动进行同步和互斥，对用户透明
2. 共享内存：共享内存是指在相互通信的进程之间设有一个公共内存区，程间的信息交换，通俗的说共享内存通信方式是指进程间通过对共享存储区的读写来交换数据
3. 消息缓冲（信息传递）：Hansen首先提出的,其基本思想是:根据”生产者-消费者”原理,利用内存中公用消息缓冲中区实现进程之间的信息交换。即内存一个进程向另一个进程发送消息时，便申请一个消息缓冲区，并把已准备好的消息送到缓冲区，然后把该消息缓冲区插入这工差一消是领冲区,用以在能消息；优点：互斥访问有程序员控制
4. 套接字（信箱）：进程间通信可以使用消息机制，消息机制具体包括消息缓冲通信，信箱通信和管道通信;其中信箱通信是当一个进程希望与另一进程通信时，就创建一个链接两个进程的信箱，发送进程把信件投入信箱，而接收进程可以在任何时刻取走信件，异步；优点：不用直接建立连接，无时间限制
与时间有关的相互制约问题是指:在并发程序中共享了公共变量，使得程序的计算结果与并发程序执行的速度(时间)有关
内存管理
1. 链接是指把所有编译后得到的目标模块连接装配起来，再与函数库相连接成一个整体的过程。
2. 内存碎片分为内部碎片和外部碎片，内部片是指已经分配出去的内存中，没有得到利用的内存空间，而外部碎片是指内存空间大小无法满足分要求的碎片(还未分配出去);移动技术是将无法满足分配要求的碎片(外部碎片)集中起来，使得集中后的未分配空间增大，从而满足分配要求，进而可以分配的，所以不能采用移动技术解决的碎片问题通常都是内部碎片的问题，选项A、B、D中的存储管理方案都是存在外部碎片问题，可以使用移动技术解决;而选项C中的页(存储管理方案是将内存按照一定的大小分页，每个分页都分配出去，但是总存在最后一个分页装不满的情况，存在内部碎片问题，无法使用移动技术解决。
3. 最先适应算法从头开始；下次从指针停留位置开始
4. 页式分配的优点有:由于它不要求作业或进程的程序段和数据在内存中连续存放，从而有效地解决了碎片问题。②动态页式管理提供了内存和外存统一管理的虚存实现方式，使用户可以利用的存储空间大大增加。这既提高了主存的利用率，又有利干组织多道程序执行。
5. 最近不使用是访问次数（使用）；最近少使用是最长时间未访问
6. 例：有一个页式存储管理系统，假设访问内存的时间为0.2us，访问快表耗时为2ns，如果要求平均访问时间不超过218ns，则快表的命中率必须是?解：时间的单位有us和ns:两种，先进行单位划算，1us=1000ns，所以访问内容的时间为200ns。假快表的命中率是X，那么使用快表的平均访问时间:(200+2)*X+(200+200)(1-X)≤218ns，最终算出来X>90%。
7. 当分配给进程的物理页面数增加时，缺页次数反而增加，这一现象被称为贝莱迪异常(Belady Anomalr)现象。FIFO页面需换算法会产生该异常现象，因为对一个进程未分配它所要求的全部页面，有时就会出现分配的页面数增多但缺页率反而提高的异常现象。
8. 虚拟存储器的容量也是有限制的，主要是受外存容量所限。实现虚拟存储器需要以下的硬件支持:系统有容量足够大的外存;系统有一定容量的内存;最主要的是，硬件提供实现虚-实地址映射的机制。所以虚拟存储空间的太小受到计算机地址位宽的限制
9. 页式存储管理方案中地址转换是由硬件完成的。
10. 利用高速缓冲存储器存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号，这个告诉缓,冲中器被称为“快表”。快表存放在缓冲器中。
11. 守护进程是由系统在开机时通过脚本自动激活启动或超级管理用户来启动，一般是后台运行
12. 页式存储管理可以把一个逻辑地址连续的程序分散存放到几个不连续的内存区域中，并且保证程序的正确执行。物理地址的计算公式为:物理地址=内存块号*块长+页内地址，分配物理页面采用的是空闲适应算法。页式存储器提供编程使用的逻辑地址中两部分组成:页号和页内地址，用户在编辑的时候无须考虑何分页的问题，使用连续的逻辑地址即可。
13. 页式存储管理方案中，内存逻辑地址分为页号和页内地址两部分。题意中进程地址空间为512MB=2^{29，即进程的逻辑地址长度为29位;页面大小为2KB=2}11，即页内地址长度为11位，所以剩下页号占29-11=18位，所以采用一级页表时，页表长度(页表项个数)即页号有2^18个(1GB=230)
14. 偏移量为：从低位开始4位一组
15. 若在页表中发现要访问的页面不在内存，则产生缺页中断。有效位又称驻留位、存在位或中断位，表示该页是在内存还是在外存。修改位表示该页在内存中是否被修改过。保护位表示是否能有读写执行权限。禁止位表示采用内存映射I/0的机器中需要的位。其中访问位和修改位可以用来决定置换哪个页面，具体由页面需换算法决定。
16. 在采用虚拟存储管理方案的系统中，页面置换算法对缺页中断率的影响很大，调度不好就会出现“抖动”，所以不合理的页面黑换算法将导致系统抖动
置换算法：
1. (LRU)最近最少使用页面置换算法总是选择距离现在最长时间内没有被访问过的页面先调出
2. （FIFO）页面置换算法属于先进先出页面需换算法，把装入内存的那些页面的页号按进入的先后次序排好队列，每次总是调出队首的页，当装入一个新页后，把新页的页号排入队尾。
3. （CLOCK）页面置换算法置换的规则是当发生缺页中断时，算法首先检查表指针指向的页面，如果它的访问位是0就置换该页面，并把新的页面插入这个位置，然后把表指针前移一个位置;如果访问位是1则将访问位置为0后开始置换。
页式存储管理中的页面和页框大小可以采用不同的尺寸，为了提高内存利用率，根据需要采用多种不同大小的页面，用户进程在运行过程中不可以改变页面尺寸，只能由操作系统设置页面的大小。
LRU:行存放直接相乘/一个页面容量；列存放：i*页数
OPT页面置换算法的置换规则是器换以后不在需要的或者在最长时间以后才能用到的页面。根据题意，程序运行过程中页面置换的过程如下(用“时间长-页“表示在内存时间最长的页面，“时间中一页“其次，“时间短页”表示在内存时间最短的页面。
在请求分页的外存(磁盘)分为两部分:用于存放文件的文件区和用于存放对换页面的对换区。由于与进程有关的文件都放在文件区，故凡是未运行的页面都应该从文件区调入
在操作系统各种存储管理方法中，存在碎片的方法是动态分区和段式存储管理方法，动态分区方法多次分配回收后便会产生碎片，段式存储管理方式亦是如此
要能与虚拟存储技术结合使用的内存管理方案必须具有如下特性:一是使用动态内存地址，内存中的进程要是可以移动的，二是不能要求全部程序加载入内存，进程才能运行的（页式：通常用于管理空闲物理内存的方法有:空闲块链表法、位示图法、空闲页面表；、段式、段页式）
能支持多道程序设计的存储管理方案是:可变分区存储管理;页式存储管理，固定分区存储管理，段页式存储管理。单一分区存储器管理只充许一道程序独占内存空间，因此不能支持多道程序设计技术
实现虚拟页式存储管理需要以下的硬件支持:①系统有容量足够大的外存;②系统有一定容量的内存;最主要的是，硬件提供实现虚-实地址映射的机制④缺页中断处理机制
存储管理的主要任务包括:
1. 内存的分配和回收:一个有效的存储分配机制，应对用户提出的需求予以快速响应，为之分配相应的存储空间;在用户程序不再需要它时及时回，以供其他用户使用。
2. 存储共享;指两个或多个进程公共用内存中的相同区域，这样不仅能使多道程序动态地共享内存，提高内存利用率，而目还能共享内存中某个区域的信,息。
3. 存储保护:为使系统正常运行，避免内存中各程序相互干扰，必须对内存中的程序和数据进行保护。
4. “扩充"内存容量:用户在编制程序时，不应该接受内存容量限制，所以要采用一定的技术来“扩充”内存的容量，使用户得到比实际内存容量大得多的内存空间。
虚拟存储器系统通常定义三种策略来规定如何(或何时)进行页面调度:调入策略、置页策略和置换策略
文件管理
1. 文件的存取方式依赖于文件的物理结构和存放文件的设备的物理特性。
2. 文件系统的一个特点是“按名存取”，即用户只要给出文件的符号名就能方便地存职在外存空间的该文件信息而不必了解和处理文件的具体物理地址。因此从用户角度来看，实现按名存取是文件系统的主要目标
3. 文件系统结构：
  1. 顺序结构:又称连续结构，这是一种最简单的文件物理结构，它把逻辑连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块中。特点：空闲空间逐渐被分隔为很小的部分，最终导致出现存储碎片
  2. 链接结构:特点是使用指针来表示文件中各个记录之间的关联。第一块文件信息的物理地址由文件目录给出，而每个物理块中的指针指出文件的一个物理块.缺点：存取速度慢，不适于随机存取
  3. 索引结构是:实现非连续存取的另一种方法，适用于数据记录存放在随机存取存储设备上的文件。它使用一张索引表，其中一个表目包含一个记录建及其记录的存储地址，存储地址可以是记录的物理地址，也可以是符号地址，这类文件叫索引文件。通常，索引表地址可由文件目录给出，查找索引表先找到相应记录键，然后获得数据存储地址
UNIX类系统中，输入输出设备被看作是特殊文件，操作系统会把对特殊文件的操作转成为对应设备的操作，
档案文件就是保存在作为“档案”用的磁带或光盘等永久性介质上以备查证和恢复时使用的文件，
文件的逻辑结构就是从用户使用角度看文件，研究文件的组织形式，从查找文件角度关注文件的组织方式
3类逻辑结构:
1. 无结构的字符流式文件：源程序和目标代码
2. 定长记录文件
3. 不定长记录文件构成的记录树
文件的物理结构是从研究文件管理、设计文件管理系统的角度来看的；操作系统管理的文件组织形式
1. 物理结构:
  1. 顺序结构、
  2. 链接结构、
  3. 索引结构:索引结构的文件把每个物理盘块的指针字集中存放在被称为索引表的数据结构中的内存索引表中。索引结构文件既适于顺序存取，也适于随机有取。索引文件可以满足文件动态增长的要求，也满足了文件插入、删除的要求
  4. I节点结构
所有的计算机程序都要存储信息、检索信息，对信息的存储要求能够存储大量的信息;长期保存信息和可以共享信息
在UNIX类操作系统中，文件系统包括三种类型的文件:普通文件、目录文件和特殊文件。
流式文件是有序字符的集合，其长度为该文件所包含的字符个数，不存在结构。对操作系统而言，字符流文件就是一个个的字节。所以流式文件是指无结构的二进制字符的集合。
下列哪一种方法不能用于提高文件目录检索效率()

O A、限制子目录个数 ×

O B、引入当前目录

OC、采用相对路径文件名

O D、将目录项分解

执行打开文件操作时由操作系统返回的信息是文件描述符。
空闲块表示专门为空闲块建立的一张表，该表记录外存储器中全部空闲的物理块。当新建文件或删除文件时，根据实际情况修改有关空闲块表项。
系统根据用户提供的文件名或文件描述符，
删除文件：检查此次删除的合法性，若合法，则收回该文件占用的文件控制块及物理块等资源。进程在删除一个文件的过程中，正确的操作顺序为查找文件 → 检查删除合法性 → 收回FCB资源 →收回文件存储空间
创建子目录：具体步骤如下检查参数的合法性→检查有无重名目录→检查文件控制块FCB有无空闲位置→填写FCB内容→返回
打开子目录和文件的步骤是一样的：检查访问合法性→检查子目录是否打开→查找子目录FCB→读入目录项点
关闭一个改动后子目录的正确步骤是:查找子目录→修改FCB相关内容→写回磁盘→返回。
直接索引磁盘块有10个，采用一级索引的磁盘块有100个，采用二级索引的磁盘块有100*100个，合计为10110个。
Raid0采用多个磁盘并行的方式可以提高读写速度。将数据以条、带的方式分别、同时地存入一组并联的磁盘中。
设备管理的任务主要表现为:通过缓冲中技术、中断技术和虚拟技术解决设备性能与CPU性能不匹配的问题;在设备管理和系统的其他部分之间提供简单而易于使用的接口(设备独立层);保证用户能安全正确的使用设备。
通常文件存储空间的分配管理的方法主要有4种:空闲块表、空闲块链表、位示图和成组链接法。
为了能对一个文件进行正确的存职，必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构，称之为文件控制块(FCB)。FCB一般应包括下列的文件属性信息:文件标志和控制信息，包括文件大小、文件创建时间、文件拥有者、文件访问权眼;②文件逻结构信息;③文件物理结构信息;文件使用信息;⑤文件管理信息。没有文件访问控制列表，只有文件属性及共享说明中列出了对文件的访问控制。
按照文件的组织形式划分的文件类型:普通文件、目录文件和特殊文件
按照文件的用途划分的文件分类:系统文件、库函数文件与用户文件
按照文件的保护方式划分的文件分类:可执行文件、只读文件、读写文件、无保护文件等
按照文件的存放时限划分的文件分类:临时文件、永久性文件和档案文件等。
文件在存储介质上的组织方式是文件的物理结构(物理文件)，常用的组织方式有顺序文件、链接文件和索引文件
磁盘上文件的物理结构及存取方式有:连续结构(随机、顺序存取方式)、链接(顺序存取方式)、索引(顺序、随机存职方式)
移臂调度算法包括:先来先服务调度算法(FCFS)、最短寻道时间优化调度算法(SSTF)、扫描算法(SCAN)
I/O设备管理
1. I/O设备的控制方式有程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道控制方式。
2. DMA方式一般用于高速传送组成的数据，优点是操作均由硬件电路实现，传输速度快。磁盘的I0控制主要采用的是DMA方式。
键盘-中断
设备管理的主要任务有:缓冲区管理、设备分配、设备处理、虚拟设备以及实现设备独立性。
操作系统主要通过缓冲技术：匹配高低速设备、中断技术：提高设备效率和虚拟技术：提高设备并发度，来解决I/O设备系统的性能
操作系统需要在设备管理和系统的其他部分之间提供简单而易于使用的接口;
对于设备拥有着而言，多用户多任务环境中的设备使用应该通过协调避免冲突，设备不能被破坏。

总的来说：设备管理的任务是向操作系统其他部分提供易于使用的接口，匹配不同速度的外部设备，保证系统安全正确地使用设备，以及对独立设备的分配和回收。

IO设备的结构：

   1. 设备独立层:用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命令、设备保护、以及设备分配与释放等，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。

   1. 在设备分配算法中，常采用的数据结构主要含4个表：系统设备表SDT一设备控制表DCT一控制器控制表COCT一通道控制表CHCT。
   2. I/设备控制方式：

   1. 程序直接控制方式，利用输入输出指令或询问指令测试一台设备的忙(闲标志位，根据设备当前的忙或闲的状态,决定是继续询问设备状态还是由主存储器和外围设备**交换一个主符或一个字。**
   2. CPU向I/O部件发出命令后，维续去做其他有用的工作。当I/O部件准备好与CPU交换数据时，I/O部件中断CPU，要求服务。**CPU**被中断后，执行与I/O部件之间的数据传输，然后恢复被中断的工作。中断机构引入后，外围设备有了反映其状态的能力，仅当操作正常或异常结束时才中断中央处理器。实现了主机和外围设备一定程度的并行操作，程序中断方式。
   3. 在DMA方式中，I/O控制器有更强的功能。它除了具有中断功能外，还有一个DMA控制机构。在DMA控制器的控制下，它采用“偷窃”总线控制权的方法，让设备和内存之间可成批地进行数据交换，而**不用CPU**。这样既大大减轻了CPU的负担，也使I0的数据传送速度大大提高。在DMA方式下，允许DMA控制器“接管"总线的控制权，而直接控制DMA控制器与内存的数据交换目前，在小型、微型机中的快速设备均采用这种方式，DMA的操作全部由硬件实现，不影响CPU奇存器的状态。
   4. 通道是一个特殊功能的处理器，它有**自己的指令和程序**，可以实现对外围设备的绕一管理和外围设备与内存之间的数据传送。引入通道的目的是为了进一步减少数据输入输出对整个系统运行效率的影响。

按照信息交换方式通常设立3种类型的通道:字节多路通
与设备无关的系统软件主要功能是
1. 统一命名
2. 设备保护
3. 提供与设备无关的逻辑块
4. 缓冲
5. 存储设备的块分配
6. 独占设备的分配和释放
7. 出错处理。

可以采用如下各种技术以提高I/O性能:

1. 通过应用**缓冲**技术，解决传输速度差异的问题。
2. 通过应用**异步**I0技术，使CPU不必等待IO的操作结果。
3. 通过应用**DMA和通道**部件，使CPU与这些部件能够并行执行。
4. 通过应用**虚拟**设备技术，减少进程阻塞时间，提高独占设备的利用率，

不同控制方式的组件:

对于程序直接控制方式:状态寄存器、数据寄存器、设备触发器控制寄存器；关键部件包括：设备状态寄存器、地址总线和数据总线、设备控制寄存器、设备数据缓冲区和地址译码器
中断:请求寄存器、数据寄存器、地址寄存器、触发寄存器和控制寄存器。关键部件：:中断控制器、地址总线和数据总线、设备控制器。
DMA:源地址寄存器、目标地址寄存器和传输计数器是其组成部件。DMA控制器、地址总线和数据总线
预处理阶段→数据传送阶段→后处理阶段
通道：通道控制器、数据寄存器、设备控制器、地址译码器和总线；关键的软硬件部件：通道控制器、设备控制器、通道程序代码与地址总线和数据总线
当用户使用外部设备时，其控制设备的命令传递途径依次为:用户应用层一设备独立层一设备驱动层一设备硬件。
计算机IO系统硬件结构主要包含:适配器和接口部件、设备控制器、设备硬件
在II/O设备管理中，为了提高设备和CPU的效率，引用了各种技术，其中包括:缓冲技术、设备分配技术、SPOOling技术、DMA与通道技术\
I/O设备的分配也需要一定的策略，通常采用先来先服务(FIFO)和高级优先等策略
系统设别表(SDT)中包含的数据内容有设备类型、设备标识、获得设备的进程号和设备控制表DCI指针。
设备控制表(DCT)中包含设备类型、设别标识、设备忙(闲标记、COCT(控制器控制表)指针、设备等待队列手指针和设备等待队列尾指针。获得设备的进程号属于系统设备表的内容。

死锁类别：

1. 选项A中，P1请求电请设备B，而P2请求电请设备A，P1、P2的死锁是因为电请不同类资源造成的，属干电请**不同类资源**产生的死锁
2. :选项C中，P1、P2执行同步互斥的**P、V操作**，这样产生的死锁属干P、V操作使用不当产生的死锁，
3. 进程通信是一种临时性资源，P1、P2对信件的发送和接收引起的死锁属干对**临时性资源**的使用不加限制引起的死锁，，
4. 选项B中，P1、P2等申请的都是同类资源内存，当内存页分配完后，可能会造成死锁，答案为B。

1预防死锁具体就是破坏产生死锁的4个必要条件之一:

1. 破坏“互斥条件”:申请的资源**不被一个进程所独占**;
2. 破坏“不可剥夺”条件:若一个进程申请某些资源，首先系统应检查这些**资源**是否可用，如果可用，就分**配给该进程。**
3. 破坏“请求和保持"条件:每个进程在开始执行前就申请它所需要的全部资源，或者当系统能满足进程的资源申请要求且把**资源一次性分配**给该进程后，该进程才能开始执行。
4. 破坏“循环等待"条件:采用资源有序分配策略，将系统中所有资源顺序编号，**按照编号顺序进行**，否则系统不子分配资源。

1死锁解除法可归纳为两大类:

1. 剥夺资源:使用挂起,激活机制挂起一些进程，剥夺它们占有的资源给死锁进程，以解除死锁。经常使用的方法有还原算法和建立检查点。
2. 撤销进程:撤销死锁进程，将它们占有的资源分配给另一些死锁进程，直到死锁解除为止。撤销代价的标准有进程优先数、进程类的外部代价和运行代价，即重新启动进程并运行到当前撤销点所需要的代价。

为解除死锁就要剥夺资源，考虑使用最经济合理的算法，必须考虑的因素有:

1. 进程的优先级;
2. 进程已经运行了多长时间，该进程完成其任务还需要多长时间?
3. 该进程使用的资源种类和数量?这些资源能简单地被剥夺吗?
4. 为完成其任务，进程还需要多少资源?
5. 有多少进程要被撤销?
6. 该进程被重新启动运行的次数?

采用以下技术提高IO性能。

  1. 通过应用缓冲技术，解决传送速度差异的问题;
  2. 通过应用异步IO技术，是CPU不必等待IO的操作结果;
  3. 通过应用DMA和通道部件，使CPU与这些部件能够并行执行;通过应用虚拟设备技术，减少进程阻塞时间，提高独占设备的利用
1. 通过应用缓冲技术，解决传送速度差异的问题;
2. 通过应用异步IO技术，是CPU不必等待IO的操作结果;
3. 通过应用DMA和通道部件，使CPU与这些部件能够并行执行;通过应用虚拟设备技术，减少进程阻塞时间，提高独占设备的利用

posted @ 2026-03-23 15:07 小离儿阅读(3) 评论(0) 收藏举报

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