Linux 操作系统基础教程-高职高专工作过程导向新理念计算机系列教材-1743040911153.pptx

高职高专“工作过程导向”新理念计算机系列教材

Linux操作系统基础教程;第4章操作系统的硬件资源管理;4.1CPU管理（进程管理）;1.进程的概念与描述（一）;1.进程的概念与描述（二）;1.进程的概念与描述（三）;2.进程调度（一）;将所有的就绪进程按到达的先后顺序排队，并将CPU的时间分成固定大小的时间片，进程调度程序每次总是从就绪队列中选取第一个进程投入运行。;在时间片轮转法基础上，为进程设置不同优先级，就绪队列按进程优先级不同而排列，优先级调度算法每次从就绪队列中选取优先级最高的进程运行。;这是一种综合折中的调度算法，在CPU时间片的选择上，引用了时间片轮转法中的多值时间片策略；而在进程优先级的确定上，又采取了动态优先级的策略。也就是说，多级反馈轮转法综合考虑了进程到达的先后顺序、进程预期的运行时间、进程使用的资源种类等诸多因素。;3.进程通信;4.进程互斥与同步及其实现（一）;经典实例：

“生产者—消费者”问题;信号量机制是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的，用于实现进程互斥和同步的典型方法，即设置信号量并使用P、V原语对信号量进行操作。

信号量——信号量S（Semaphore）是一个整数。当S≥0时，表示可供并发进程使用的该类资源数；而当S0时，表示正在等待使用该类资源的进程数。

P、V操作——P操作和V操作原语的实质是对信号量实现计数功能，以便根据信号量值的不同来改变进程的状态。;方法：用一个信号量和若干个涉及共享公共资源的临界区联系起来，把信号量初值设为1，任何进程进入临界区前调用P操作，执行完临界区而退出时调用V操作。

实例：利用信号量机制实现入栈和出栈进程的互斥。

分析：当n个进程P1、P2、…Pn要以独享方式使用某种资源，而这种资源只有m个（设nm），则信号量S的值必定在(m-n)～m的范围内变化。

当S=m时，表示有m个可用资源尚未被申请使用；

当0Sm时，表示有S个可用资源，已有m-S个进程正在使用这种资源；

当S=0时，表示m个资源已被m个进程全部占用，现无可用资源；

当m-nS0时，表示m个资源已被m个进程全部占用，且有|S|个进程进入等???使用此种资源的状态；

当S=m-n时，表示n个进程全部申请使用资源，m个资源已全部被m个进程占用，且有|m-n|个进程进入等待使用此种资源的状态。;方法：用一个信号量S与一个消息联系起来，当S值为0时表示期望的消息尚未产生；当S值非0时表示期望的消息已经存在。事实上，调用P操作相当于发送消息；而调用P操作相当于测试自己所期望的消息是否已经到达。

实例：利用信号量机制实现生产者和消费者进程的同步。

分析：实现生产者和消费者进程之间的同步，需要定义两个信号量：

SP——表示是否可以把物品存入缓冲器，由于缓冲器中只能存放一件物品，所以SP的初值设定为1，表示允许存放一件物品。

SG——表示缓冲器中是否存有物品，显然，SG的初值应该为0，表示开始时缓冲器中没有物品。

注意：在用信号量机制实现同步时，一定要根据具体问题来定义信号量及其相应的P、V操作。一个信号量与一个消息联系在一起，有多个消息时必须定义多个信号量。;5.死锁的产生与对抗（一）;产生死锁的根本原因是并发进程对有限资源的竞争。也就是说，若干个进程要求资源的总数多于系统能提供的资源数，使进程之间形成对资源的竞争，如果对进程竞争的资源管理或分配不当就会引起死锁。;采用适当的资源分配策略来限制并发进程对资源的请求，打破产生死锁的四个必要条件中的任何一个或几个条件，就可以达到运行前预防死锁的目的。;在进程执行过程中动态申请资源时，操作系统通过某种算法测试系统状态是否安全，以决定是否把申请的资源分配给该进程，从而避免死锁发生。如果能保证所有进程在有限时间内得到需要的全部资源，即系统处于“安全状态”，则可以把资源分配给申请者；否则就不把资源分配给申请者，因为不安全状态可能引起死锁。与运行前预防死锁策略相比，这种策略可以提高资源的利用率。;用银行家算法避免死锁发生是以增加系统时空开销为代价的。在一些不经常出现死锁的系统中，往往不采取死锁预防和避免措施，而是采用定时运行一个“死锁检测”程序，当检测到有死锁发生时再设法将其排除，恢复系统正常运行。;;存储器有多种不同的分类方法，如按照所使用的存储介质不同可分为半导体存储器、磁存储器和光存储器；按信息的可保存性可分为易失性（非永久性记忆）存储器和非易失性（永久性记忆）存储器；按存储器的读写功能可分为只读存储器和读写存储器等等。但平常采用最多的是按存储器在计算机系统中所处的地位不同，将其分为内部寄存器组、主存储器和辅助存储器三级。;（1）Cache—主存层次;;方法：静态重定位是在装入过程完成后，在该程序执行前，一次性将所有