《操作系统原理与应用》课件.ppt

******************进程调度1调度目标公平性：确保每个进程都有机会执行。响应时间：减少用户等待时间。吞吐量：单位时间内完成的进程数量最大化。2调度算法先来先服务（FCFS）：按进程到达的顺序进行调度。最短作业优先（SJF）：选择执行时间最短的进程先执行。时间片轮转：每个进程分配一个时间片，轮流执行。3优先级调度根据进程的优先级进行调度，高优先级的进程先执行。可以是抢占式或非抢占式的。4多级反馈队列结合多个队列和时间片轮转，兼顾公平性和响应时间。是一种较为复杂但效果良好的调度算法。进程同步临界区问题多个进程同时访问共享资源可能导致数据不一致。需要互斥访问临界区。同步机制使用信号量、互斥量等机制来协调进程的执行顺序，确保数据一致性。死锁问题多个进程互相等待对方释放资源，导致所有进程都无法继续执行。死锁处理预防、避免、检测和恢复是处理死锁的四种基本策略。进程通信管道用于在父子进程或兄弟进程之间传输数据的单向通信机制。消息队列进程可以向队列写入消息，其他进程可以读取消息，实现异步通信。共享内存多个进程共享同一块内存区域，实现高效的数据共享。套接字用于网络通信的接口，也可用于同一台机器上的进程间通信。内存管理概述1虚拟内存扩展物理内存，提供更大的地址空间2页面置换管理内存和磁盘之间的数据交换3分页/分段将内存划分为固定大小的页或可变大小的段4物理内存管理分配和回收实际的物理内存5硬件支持内存管理单元(MMU)提供地址转换连续分配单一连续分配整个内存空间分为系统区和用户区。用户程序独占整个用户区，简单但利用率低。主要用于单用户单任务系统。固定分区分配将用户空间划分为若干固定大小的分区。每个分区装入一道作业。分区大小可以相等或不等。存在内部碎片问题。动态分区分配根据进程需要动态地分配内存。可以充分利用内存空间，但会产生外部碎片。需要采用内存保护机制防止进程间相互干扰。分页管理页面将物理内存划分为固定大小的块，称为页框。将进程的地址空间也划分为相同大小的块，称为页面。页表用于记录页面和页框之间的映射关系。每个进程都有自己的页表，由操作系统维护。地址转换将逻辑地址转换为物理地址。通常由硬件（MMU）完成，以提高效率。优缺点优点：减少外部碎片，支持非连续内存分配。缺点：可能产生内部碎片，需要额外的内存来存储页表。分段管理段将程序划分为逻辑上独立的段，如代码段、数据段、堆栈段等。每段大小可以不同。段表记录每个段的基址和长度。每个进程都有一个段表，用于地址转换。地址转换将逻辑地址（段号+段内偏移）转换为物理地址。需要检查段界限以确保访问合法。特点支持程序的模块化和共享。可能产生外部碎片。便于实现访问保护。虚拟内存概念虚拟内存是一种内存管理技术，它使得应用程序认为它拥有连续可用的内存（通常比实际物理内存大），而实际上，它通常被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储上。工作原理利用程序局部性原理，将程序中暂时不用的部分存储在磁盘上，需要时再调入内存。这样可以让程序使用的内存空间远大于实际物理内存。页面置换当需要调入新页面而内存已满时，需要选择一个页面换出到磁盘。页面置换算法的选择直接影响系统性能。优势扩大了进程可用的地址空间，提高了内存利用率和系统的并发度，简化了程序的编写。页面置换算法先进先出(FIFO)选择在内存中停留时间最长的页面进行置换。实现简单，但可能会将经常使用的页面置换出去。最近最少使用(LRU)选择最长时间没有被访问的页面进行置换。性能较好，但实现复杂，需要硬件支持。时钟算法(CLOCK)是FIFO的改进，给每个页面设置一个访问位，只有当页面的访问位为0时才将其置换出去。最优算法(OPT)选择最长时间内不会被访问的页面进行置换。是理论上的最优算法，但在实际中无法实现。文件管理概述1用户接口提供文件操作命令和系统调用2文件系统接口实现文件和目录的基本操作3文件组织模块管理文件的逻辑结构4基本文件系统实现对磁盘块的读写操作5I/O控制驱动程序和中断处理文件的概念文件定义文件是存储在外部存储介质上的具有名称的相关信息的集合。它是操作系统中最基本的数据单位，用于长期保存数据。文件类型普通文件：包含用户数据，如文本文件、二进制文件等。目录文件：包含其他文件的信息。特殊文件：如设备文件，用于访问硬件设备。文件组织文件可以组织为无结构的字节流、记录序列或树形结构。不同的组织方式适用于不同的应用场景，影响文件的访问效率和灵活性。文件的属性名称文件的唯一标识符，通