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第三章 操作系统 3.1 操作系统导论 3.1.1 操作系统的形成 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 (Batch Processing) 2、分时系统(Time Sharing ) 3、实时系统(Real Time) 3.1.4 操作系统的特征 1、并发性: 在一段时间内，多个进程同时运行。 2、共享性：指资源的共享。 （1）互斥共享：如打印机，一个使用，其他等待。 （2）同时访问：磁盘、处理机，一段时间内同时访问。 3、虚拟性 把一个物理实体，通过适当的方法，变成若干个 逻辑上的设备。如处理机、输入输出设备。使用户在 使用时感觉好像有多个设备在为其服务。 1、进程的同步与互斥的实现方法 用P-V原语对进程中信号量进行操作的方法（简称P-V操作）。 原语：由若干条机器指令构成，完成某一特定功能的一段程序。 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。 信号量的概念和P、V原语是荷兰科学家提出的。把交通管理的信号灯方法搬到了操作系统中。 所谓信号量是一个与 队列有关的整型变量，表示系统中某类资源的数量。当其值大于0时，表示系统中尚有可用资源；当其值为负时，其绝对值表示等待该资源的进程的数目。信号量的值仅能由P操作和V操作来改变，操作系统利用它的状态对进程和资源进行管理。 V原语操作过程： 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。 3、P-V操作的应用 （1）实现进程同步 （2）实现进程互斥 （3）实现进程同步与互斥——生产者与消费者问题 信号量S：初值为1，表示没有进程进入临界区。 信号量S0：初值为0，表示产品数目。 信号量Sn：初值为n，表示缓冲区中空位置个数。 3．2．6 进程通信 (1)消息缓冲通信 (2)信箱通信 (3)基于共享数据结构或共享存储区通信 进程的同步和互斥，生产者和消费者问题都是进程的通信方式，因通信交换信息少效率低称为低级通信方式。消息缓冲和信箱通信是两种高级通信方式，进程间可以传送大批数据信息，称成为高级通信。 S=0 把 P-V 操 作 用 于 进 程 同 步 ? ? ? 进程A C: P(S) 同步点 同步条件 ? ? ? 进程B V(S) 假定进程A前进到C点时，必须等到进程B执行完同步条件才能继续前进。为了实现进程A与进程B在C点同步，设置信号量S初始值为0。在进程A的C点处设置P操作，在进程B设置V操作。假定A先于B到达C点，它要在S上执行P操作，使S=-10，进程A被迫在S的队列等待，一直等到进程B执行了V操作之后，才能将其唤醒变为就绪。反之，假定在进程A到达同步点之前先对S做了V操作，使S=1，因此当进程A到达C点做P操作时，由于S减１为０，就不会受到阻碍而顺利地通过同步点。 初 值 ：S1=0, S2=0; 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) ? ? ? ? ? ? 查询进程S、打印输出进程P共同使用同一缓冲区。当进程S尚未完成查询没有将结果送入缓冲区之前，P进程只有等待，当查询结果写到缓冲区后进行V操作，表示已有可供打印的查询结果。打印进程在执行打印之前，执行P操作，则打印进程执行打印操作， S1表示缓冲区是否已有供打印的查询结果 S2表示缓冲区中的查询结果是否已被打印进程取走。 S=1 进程A的临界区 P(S) 进程A V(S) 进程B的临界区 P(S) 进程B V(S) 任何要进入