《处理机管理》课件

处理机管理处理机管理的概念和重要性管理计算机系统中处理机资源的分配提高处理机利用率，减少系统开销.和使用.支持多道程序设计和多任务处理.处理机的基本结构处理机是计算机的核心部件，负责执行程序指令它通常包含以下几个基本结构:•运算器:执行算术和逻辑运算•控制器:控制程序的执行流程•寄存器组:用于存放操作数、中间结果和指令地址•高速缓存:存储频繁访问的数据和指令，加快数据访问速度•输入/输出接口:连接外部设备，负责数据的输入和输出处理机状态及其描述运行状态就绪状态阻塞状态终止状态当前正在执行指令，拥有处理已经准备好运行，但正在等待无法运行，等待某种事件的发进程已经完成运行，不再需要机处理机分配生处理机进程和线程的概念进程线程一个正在运行的程序的实例，拥进程中的一个执行流，共享进程有独立的地址空间，是操作系统的地址空间，是操作系统进行调进行资源分配和调度的基本单位度的最小单位，可以实现并发执行进程的基本属性进程标识符进程状态12每个进程都有一个唯一的标识进程在运行过程中会处于不同符，方便系统进行管理和识别的状态，例如运行态、就绪态、阻塞态等进程控制块3PCB存储着进程的各种信息，例如进程标识符、进程状态、程序计数器、内存地址等进程的生命周期创建创建新进程并为其分配资源就绪等待分配处理器资源，准备运行运行正在处理器上执行阻塞等待某个事件，暂停执行终止释放资源，进程结束进程调度算法概述先来先服务短作业优先时间片轮转优先级按照进程到达的顺序进行调度优先调度执行时间较短的进程每个进程分配一个时间片，轮根据进程的优先级进行调度流执行先来先服务调度算法按照进程到达的先后顺序进行调度最简单的调度算法，实现容易不利于短作业，平均周转时间较长短作业优先调度算法概念优点12短作业优先调度算法SJF是平均周转时间和平均等待时间一种非抢占式调度算法，它优较短，可以提高系统效率先调度执行时间最短的作业缺点3无法保证长作业的及时完成，可能导致长作业长时间等待时间片轮转调度算法公平性响应性可控性每个进程都能得到一定的时间片，从而由于每个进程都能得到一定的时间片，通过调整时间片的大小，可以控制进程保证了进程的公平性即使是短作业也能很快得到响应的执行时间优先级调度算法高优先级任务低优先级任务优先级队列优先级高的进程优先获得处理机，即使它刚优先级低的进程只能等待，直到高优先级进进程按照优先级排列在队列中，优先级高的到达系统程执行完毕或被阻塞进程排在队列的前面多级反馈队列调度算法多级队列反馈机制算法使用多个队列，每个队列都有不同的优先级如果一个进程在某个队列中用完时间片，它将被移动到较低优先级的队列中优先级高的队列拥有更短的时间片如果一个进程在某个队列中等待的时间过长，它将被提升到较高优先级的队列中线程的基本概念轻量级进程并发执行线程是进程中执行的独立单元,多个线程可以同时执行,提高程共享进程的资源,但拥有独立的序效率和响应速度执行上下文资源共享线程之间可以共享进程的内存空间和资源,但每个线程拥有独立的堆栈和寄存器线程的实现方式用户级线程由应用程序管理，轻量内核级线程由操作系统内核管理，级，快速创建和销毁重量级，需要内核支持线程的同步机制互斥访问协调操作确保在任何给定时间只有一个线程可以访问共享资源，防止数据允许线程在特定的条件下执行特定的操作，例如等待其他线程完不一致成任务或释放资源信号量的概念和使用信号量P操作V操作一个计数器，用于控制对共享资源的访问减小信号量，如果信号量为0，则阻塞增加信号量，如果存在阻塞的进程，则唤醒一个互斥锁的概念和使用互斥锁获取锁互斥锁是用来保护共享资源的一当一个线程想要访问共享资源时种同步机制，它可以确保同一时，它必须先获取互斥锁如果锁刻只有一个线程可以访问共享资已经被其他线程获取，则该线程源必须等待，直到锁被释放释放锁当线程完成对共享资源的访问后，它必须释放互斥锁，以便其他线程可以获取锁并访问共享资源条件变量的概念和使用概念使用通知条件变量是一种同步机制，允许线程等待当一个线程需要等待一个特定条件时，它当一个线程改变了条件，它可以调用条件特定条件变为真条件变量必须与互斥锁可以调用条件变量的wait方法变量的signal方法来通知等待该条件一起使用wait方法会释放互斥锁，并使线程进入的线程等待状态死锁的概念和产生原因定义产生原因多个进程因竞争资源而互相等待竞争资源多个进程竞争同一资，导致所有进程都无法继续执行源导致的状态相互占用多个进程互相占用对方需要的资源循环等待多个进程形成循环等待关系死锁的预防策略资源分配策略资源请求顺序避免同时分配多个资源，确保一个进强制所有进程按资源类型编号顺序进程只获得它所需要的资源行请求，避免循环等待优先级策略根据进程优先级分配资源，避免低优先级进程阻塞高优先级进程死锁的检测和解决检测解除预防通过定期检查系统资源分配情况，识别是否一旦检测到死锁，需要采取措施打破死锁状通过调整系统资源分配策略，避免死锁的发存在死锁状态态，例如终止一个或多个进程，或抢占资源生，例如采用银行家算法内存管理的基本概念内存分配内存保护12将程序和数据加载到内存中，为其分配空间防止程序访问超出其分配空间的内存内存共享内存回收34多个程序共享同一内存空间，提高内存利用率释放不再使用的内存空间，供其他程序使用连续分配和分页式存储管理连续分配分页式存储管理12将内存空间连续分配给进程，将进程地址空间划分为大小相简单易行但易产生内存碎片等的页，内存也划分为页框，方便管理，但需要额外的页表空间请求分页存储管理按需加载虚拟内存仅在需要时将页面加载到内存中允许进程使用大于物理内存的地，减少内存占用和系统开销址空间，提高系统资源利用率页面置换当内存空间不足时，选择一个页面从内存中移出，以便为新页面腾出空间虚拟内存的基本原理虚拟地址空间页面映射页面置换每个进程拥有独立的虚拟地址空间，不受将虚拟地址空间映射到物理地址空间，通当虚拟地址空间超过物理内存时，需要将物理内存大小限制过页表实现部分页面调入或调出内存，以保证虚拟内存的有效性页面置换算法最佳置换算法OPT先进先出算法FIFO最近最少使用算法LRU选择将来最长时间不会被访问的页面进行置选择最先进入内存的页面进行置换选择最近最少使用的页面进行置换换磁盘管理的基本概念磁盘是计算机系统中用于存储数据的磁盘管理的核心任务是组织和管理磁二级存储设备磁盘管理是操作系统盘空间，为文件系统提供逻辑上的组的重要组成部分，负责对磁盘进行管织结构，并管理数据在磁盘上的物理理，提供文件存储、数据访问等功能存储方式磁盘管理涉及磁盘的分配和回收、磁盘数据读写、磁盘空间的优化和管理，以及磁盘错误处理等方面磁盘调度算法先来先服务FCFS最短寻道时间优先扫描SCAN循环扫描C-SCANSSTF最简单的一种算法，按照请求磁盘臂从一个方向移动到另一扫描算法的改进，磁盘臂在到的顺序处理简单易实现，但每次选择距离当前位置最近的方向，处理路径上的所有请求达边界后立即反向移动，避免容易造成磁盘臂的频繁移动请求进行处理，可减少平均寻，可减少平均寻道时间，但存了长期等待问题，但需要额外道时间，但可能造成某些请求在不公平性的处理时间长时间等待文件管理的基本概念文件目录12文件是存储在计算机上的数据目录是用来组织和管理文件的集合，由文件系统管理层次结构，可以将文件归类和分类文件系统3文件系统是操作系统中负责管理文件和目录的模块，为用户提供文件访问和管理的接口文件访问方式和文件系统顺序访问随机访问从文件开头开始，按顺序访问数据可以从文件的任何位置开始访问数据文件系统管理文件和目录的组织方式。