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第三章 操作系统 3.1 操作系统导论 3.1.1 什么是操作系统 所谓操作系统就是能有效地管理计算机系统中的各种软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，为用户创造良好工作环境的系统软件。 3.1.2 操作系统的分类 1、批处理操作系统 2、分时系统 3、实时系统 3.1.4 操作系统的特征 1、并发性 2、共享性 （1）互斥共享 （2）同时访问 3、虚拟 2、共享性 计算机系统中的硬件资源和软件资源为各用户所共同使用。 （1）互斥共享 （2）同时访问 P原语操作过程： P操作记为 P(S)，其中S为一信号量，其执行顺序完成以下两个动作： （1）?????? S=S?1，表示申请使用一个资源； （2）??????若S?0，表示系统中有资源可用，现进程可继续执行。 （3）??????若S?0，表示系统中没有可用资源，则置该进程阻塞状 态，到S信号量 的队列中去等待，直到其他进程在S上执 行V操作释放它为止。 在信号量数据结构之上定义了两个原语，他们是P原语和V原语。 V操作记为 V(S)，其中S为一信号量，其执行顺序完成以下两个动作： （1）?????? S=S+1，表示释放一个资源； （2）??????若S?0，表示系统中没有等待该资源的进程，现进程 可继续执行。 (3) 若S?0，表示系统中有等待该资源的进程，则唤醒S信 号量队列中的第一个进程，使其插入到就绪队列，继 续执行现进程。 V原语操作过程： 同步条件 ? ? ? ? ? ? 进程A 进程B S=0 C: P(S) V(S) 同步点 （1）实现进程同步 3、P-V操作的应用 查询进程S 把查询结果写到缓冲区 V(S1) P(S2 ) 打印进程P P(S1) 把缓冲区内容打印输出 V(S2) S1:表示缓冲区中是否已有可供打印的查询结果，初值为S1=0 S2:表示缓冲区中的查询结果是否已被打印进程取走，初值为S1= 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 进程A的临界区 进程B的临界区 P(S) P(S) 进程A 进程B 初值S=1 V(S) V(S) （2）实现进程互斥 Y=COUNT Y=Y+1 COUNT=Y 临界区 V(S) P(S) 进程B X=COUNT X=X+1 COUNT=X 临界区 V(S) P(S) 进程A S=1 （3）实现进程同步与互斥——生产者与消费者问题 生产者与消费者问题是最著名的进程同步与互斥问题。他描述了一组生产者向一组消费者提供消息，他们共享一个有界缓冲池，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。 生产者与消费者问题是许多相互合作进程的一种抽象。例如，在输入时，输入进程是生产者，计算进程是消费者。在输出时，计算进程是生产者，打印进程是消费者。 1 2 3 ……… N P1 P2 P3 Pm C1 C2 C3 Cn 有 界 缓 冲 池 … … 生产者 消费者 同步问题： 1.只要缓冲池未满，生产者便可将消息送入缓冲池，否则等待。 2.只要缓冲池未空，消费者便可从缓冲池中取走一个消息，否则等待。 互斥问题： 1.生产者与生产者之间、消费者与消费者之间互斥访问缓冲池。 2.生产者和消费者之间互斥访问缓冲池。 生产者与消费者之间的同步与互斥问题 公用信号量S：初值为1，表示没有进程进入临界区。 私用信号量S0：初值为0，表示产品数目。 私用信号量Sn：初值为n，表示缓冲区中空位置个数。 ? 为实现生产者与消费者的同步与互斥，设两个私用信号量和一个公用信号量： 同步互斥算法： 生产者进程P1 P(Sn) P(S) 缓冲区 产品 V(S0) V(S) 消费者进程C1 P(S0) P(S) 取产品 V(Sn) V(S) 公用信号量S=1，互斥信号量。 私用信号量S0=0，表示产品数目。 私用信号量Sn=n，表示缓冲区中空位置个数 采用时间片轮转法： Sn=n t=0 S0=0 S=1 同步互斥算法： 生产者进程P1 P(Sn) P(S) 缓冲区 产品 V(S0) V(S) 消费者进程C1 P(S0) P(S) 取产品 V(Sn) V(S) 公用信号量S=1，互斥信号量。 私用信号量S0=0，表示产品数目。 私用信号量Sn=n，表示缓冲区中空位置个数 采用时间片轮转法： Sn=n-1 t=1 S0=0