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计算机操作系统(第01章)

在虚拟处理机技术中,是通过多道程序设计技术,让多道程序并发执行的方法,来分时使用一台处理机的。此时, 虽然只有一台处理机,但它能同时为多个用户服务,使每个终端用户都认为是有一个CPU在专门为他服务。亦即, 利用多道程序设计技术,把一台物理上的CPU虚拟为多台逻辑上的CPU,也称为虚拟处理机,我们把用户所感觉到的CPU称为虚拟处理器。 类似地,可以通过虚拟存储器技术,将一台机器的物理存储器变为虚拟存储器,以便从逻辑上来扩充存储器的容量。此时,虽然物理内存的容量可能不大(如32 MB), 但它可以运行比它大得多的用户程序(如128 MB)。这使用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多,认为该机器的内存至少也有128 MB。当然这时用户所感觉到的内存容量是虚的。我们把用户所感觉到的存储器称为虚拟存储器。 我们还可以通过虚拟设备技术,将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备,并允许每个用户占用一台逻辑上的I/O设备,这样便可使原来仅允许在一段时间内由一个用户访问的设备(即临界资源),变为在一段时间内允许多个用户同时访问的共享设备。例如,原来的打印机属于临界资源,而通过虚拟设备技术,可以把它变为多台逻辑上的打印机,供多个用户“同时”打印。此外,也可以把一条物理信道虚拟为多条逻辑信道(虚信道)。在操作系统中,虚拟的实现主要是通过分时使用的方法。显然,如果n是某物理设备所对应的虚拟的逻辑设备数,则虚拟设备的平均速度必然是物理设备速度的1/n。 1.3.4 异步性(Asynchronism) 在多道程序环境下,允许多个进程并发执行, 但只有进程在获得所需的资源后方能执行。在单处理机环境下,由于系统中只有一个处理机,因而每次只允许一个进程执行,其余进程只能等待。当正在执行的进程提出某种资源要求时,如打印请求,而此时打印机正在为其它某进程打印,由于打印机属于临界资源,因此正在执行的进程必须等待,且放弃处理机,直到打印机空闲,并再次把处理机分配给该进程时,该进程方能继续执行。可见,由于资源等因素的限制,使进程的执行通常都不是“一气呵成”,而是以“停停走走”的方式运行。 内存中的每个进程在何时能获得处理机运行,何时又因提出某种资源请求而暂停,以及进程以怎样的速度向前推进,每道程序总共需多少时间才能完成,等等,都是不可预知的。由于各用户程序性能的不同,比如,有的侧重于计算而较少需要I/O;而又有的程序其计算少而I/O多,这样,很可能是先进入内存的作业后完成; 而后进入内存的作业先完成。或者说,进程是以人们不可预知的速度向前推进,此即进程的异步性。尽管如此,但只要运行环境相同,作业经多次运行,都会获得完全相同的结果。因此,异步运行方式是允许的,是操作系统的一个重要特征。 1.4 操作系统的主要功能 1.4.1 处理机管理功能 1. 进程控制 在传统的多道程序环境下,要使作业运行,必须先为它创建一个或几个进程,并为之分配必要的资源。当进程运行结束时,立即撤消该进程,以便能及时回收该进程所占用的各类资源。进程控制的主要功能是为作业创建进程、撤消已结束的进程,以及控制进程在运行过程中的状态转换。 在现代OS中,进程控制还应具有为一个进程创建若干个线程的功能和撤消(终止)已完成任务的线程的功能。 2. 进程同步 为使多个进程能有条不紊地运行,系统中必须设置进程同步机制。进程同步的主要任务是为多个进程(含线程)的运行进行协调。有两种协调方式: ① 进程互斥方式, 这是指诸进程(线程)在对临界资源进行访问时, 应采用互斥方式; ② 进程同步方式,指在相互合作去完成共同任务的诸进程(线程)间,由同步机构对它们的执行次序加以协调。 为了实现进程同步,系统中必须设置进程同步机制。最简单的用于实现进程互斥的机制,是为每一个临界资源配置一把锁W,当锁打开时,进程(线程)可以对该临界资源进行访问;而当锁关上时,则禁止进程(线程)访问该临界资源。 3. 进程通信 在多道程序环境下,为了加速应用程序的运行,应在系统中建立多个进程,并且再为一个进程建立若干个线程,由这些进程(线程)相互合作去完成一个共同的任务。而在这些进程(线程)之间,又往往需要交换信息。例如,有三个相互合作的进程, 它们是输入进程、计算进程和打印进程。输入进程负责将所输入的数据传送给计算进程;计算进程利用输入数据进行计算, 并把计算结果传送给打印进程;最后,由打印进程把计算结果打印出来。进程通信的任务就是用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。 当相互合作的进程(线程)处于

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