《进程和处理机管理》课件

进程和处理机管理本课件将深入探讨操作系统的核心概念，包括进程和处理机管理学习进程和处理机管理的关键知识点，了解操作系统如何管理和调度这些资源，以及如何优化系统性能课程大纲进程和处理机管理核心概念内存管理操作系统核心概念之一，深入理解进进程的概念、状态转换、进程控制块、连续分配方式、分页存储管理、分段程、处理机、内存管理等核心内容，进程调度、死锁的产生和处理存储管理、虚拟存储器，了解不同内掌握其原理和实现方法存管理机制的优缺点进程的概念进程是一个正在执行的程序的实例它是一个动态的概念，包含了程序的代码、数据和系统资源进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，每个进程都拥有自己的独立的地址空间和系统资源进程的状态就绪状态进程已准备就绪，等待分配处理机运行状态进程已分配到处理机，正在执行阻塞状态进程正在等待某个事件发生，如操作完成或资源可用I/O进程控制块进程控制块（）是操作系统用来管理进程的重要数据结构，它包含PCB了进程运行所需的关键信息每个进程都有一个唯一的，用于跟PCB踪和控制进程的执行中包含进程标识符、进程状态、程序计数器、寄存器、内存PCB CPU地址空间、文件描述符、优先级等信息这些信息允许操作系统有效地管理进程，例如创建、调度、切换和终止进程进程的创建分配资源1为新进程分配必要的系统资源，如内存、文件等创建PCB2为新进程创建一个进程控制块，存储相关信息PCB初始化PCB3初始化中的各个字段，例如进程状态、优先级等PCB加入就绪队列4将新进程加入到就绪队列中，等待调度执行进程创建的过程涉及一系列步骤，从分配资源到初始化进程控制块，最终将新进程加入就绪队列等待执行进程的切换保存当前进程状态保存寄存器、程序计数器、内存状态等信息CPU加载新进程状态将待运行进程的上下文信息加载到内存切换到新进程将控制权交给新进程，使其开始执行CPU进程的终止进程释放资源1释放占用的内存、文件和其他资源通知父进程2向父进程发送终止信号，通知其子进程已终止从进程表中删除3从操作系统维护的进程表中删除该进程进程终止是指结束一个正在运行的进程这是一个正常且必要的过程，因为进程可能完成任务或遇到错误而需要停止进程调度策略调度目标提高利用率，减少系统开销，实现公平调度，满足不同进程对资源的需CPU求常见的进程调度策略包括先来先服务、最短作业优先、时间片轮转、优先级调度、多级反馈队列算法等进程调度进程调度是指操作系统决定哪个进程应该在什么时候运行，并分配资源CPU的过程进程调度策略可以分为两种抢占式和非抢占式短期调度分配快速响应CPU短期调度器负责将就绪状态短期调度器的目标是快速做的进程分配给它选择出调度决策，以最大程度地CPU一个进程并将其装入内存，减少上下文切换开销并保持准备执行系统效率动态决策短期调度器根据进程的优先级、内存需求和其他因素做出实时决策，以优化系统性能中期调度降低内存占用提高系统吞吐量

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2.12暂时将一些进程从内存中移出到外存中，以降低内存的将处于阻塞状态的进程移出内存，可以为其他等待运行占用率的进程腾出空间平衡系统资源提高系统稳定性

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4.34通过调节内存中运行的进程数量，可以提高系统资源的避免由于内存不足导致系统崩溃，提高系统运行的稳定利用率性长期调度长期调度长期调度的作用长期调度又称为作业调度它决定哪选择合适的作业进入系统可以有效地些作业可以进入系统，并分配系统资利用系统资源，并保证系统的稳定性源通常，长期调度运行频率很低，仅在例如，在多用户环境下，需要选择适系统空闲时进行当的作业进入系统，以满足不同用户的需求先来先服务算法排队顺序简单易懂公平性先来先服务算法按照进程到达系统的此算法简单易实现，无需额外的信息算法对所有进程公平，不会对任何进时间顺序进行调度，先到达的进程优和计算，是一种直观的调度策略程进行歧视，但可能导致效率低下先获得处理机最短作业优先算法算法简介优点最短作业优先算法是一算法可以最大程度地减少SJF SJF种非抢占式调度算法它会平均等待时间，提高系统效选择预计运行时间最短的作率业进行调度，并一直运行到完成缺点算法需要预知每个作业的运行时间，这在实际中难以实现此SJF外，它可能会导致长作业长时间等待，无法获得资源时间片轮转算法时间片轮转系统为每个进程分配一个时间片，进程按照先来先服务的顺序排队，当时间片用完时，系统就会强制轮流获得时间片CPU剥夺该进程的使用权，并将CPU资源分配给其他进程CPU优先级调度算法优先级动态调整每个进程分配一个优先级，动态调整优先级，比如等待优先级高的进程优先执行时间长的进程优先级会提高问题可能会导致饥饿现象，即某些低优先级进程长期无法获得CPU多级反馈队列算法多级反馈队列算法优先级和时间片动态调整它是一种常用的进程调度算法它根在每个队列中，进程都按照时间片轮算法可以根据进程的实际运行情况，据进程的优先级和等待时间，将进程转的方式进行调度，并根据优先级进动态调整进程的优先级和时间片，提分配到不同的队列中进行调度行调整高系统效率死锁的概念死锁是多个进程因竞争资源而陷入的一种僵局，所有进程都处于等待状态，无法继续执行，导致系统资源无法得到有效利用死锁的发生会导致系统性能下降，严重时甚至会造成系统崩溃，因此需要采取措施预防和解决死锁问题死锁的产生条件互斥条件占有并请求条件资源只能被一个进程使用，进程已经占有一部分资源，其他进程无法访问并请求其他资源，但其他资源被其他进程占有不可剥夺条件循环等待条件进程已占有的资源在未完成多个进程形成循环等待资源使用前不能被其他进程强行关系，每个进程都在等待下夺走一个进程所持有的资源死锁的预防剥夺资源顺序资源分配

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2.12如果一个进程已经占有了若干资源，对所有资源类型进行排序，每个进而它又申请新的资源，但该资源暂程必须按照资源类型的顺序申请资时不能满足，则该进程可以释放它源已经占有的资源避免循环等待

3.3避免进程之间相互等待，可以通过设置资源分配顺序或者限制进程申请资源的个数来实现死锁的避免银行家算法资源预留银行家算法是一种动态资源分配算法，它可以有效地避免在进程创建时，预先为其分配所有需要的资源，避免在运死锁的发生行过程中因为资源不足而发生死锁该算法通过预先检查系统资源，确保在满足安全状态的情这可以通过限制每个进程的最大资源需求来实现，但可能况下分配资源，从而防止死锁的出现会导致资源浪费和系统效率降低死锁的检测与解除死锁检测死锁解除利用系统资源分配图或其他算法通过撤销进程、剥夺资源或回滚检测死锁状态如果发现系统处操作等方式，打破循环等待关系，于死锁状态，则需要解除死锁解除死锁内存管理概述内存管理是操作系统的重要组成部分，它负责分配和回收内存资源，以满足各种程序运行的需要内存管理的目的是提高内存利用率，避免内存碎片，提高程序执行效率连续分配方式单一连续分配将整个内存空间划分成两个区域操作系统区和用户进程区用户进程独占一个连续的内存空间，并与操作系统共享内存资源分区分配将整个内存空间划分成若干个分区，每个分区可以分配给一个进程内存碎片由于内存空间的划分，会导致内存空间的浪费，形成内存碎片，降低内存空间利用“”率分页存储管理内存划分程序划分12将内存空间划分为大小相等的页面，每个页面拥有独立将程序划分成大小相同的页面，每个页面对应一个页号的页号地址映射页面替换34逻辑地址由页号和页内偏移量构成，物理地址由页框号当所需页面不在内存中时，需要从内存中替换一个页面和页内偏移量构成分段存储管理程序的逻辑结构地址映射分段存储管理以程序的逻辑结构为基础，将程序划分成多每个段都有自己的段号，系统使用段号和段内偏移地址来个逻辑段，例如代码段、数据段、栈段等定位程序中的数据每个段的大小可以不同，但必须是连续的逻辑地址空间系统维护一个段表，用于存储每个段的起始地址和段长等信息，方便地址映射虚拟存储器虚拟存储器是一种内存管理技术，它使用硬盘作为主内存的扩展虚拟存储器允许程序使用比物理内存更多的内存，这使得可以运行更大的程序，并提高系统性能页面置换算法最优页面置换算法先进先出（）算法FIFO该算法选择未来最长时间不选择在内存中驻留时间最长会被访问的页面进行替换的页面进行替换实现简性能最佳，但无法在实际系单，但容易出现抖动现“”统中实现象最久未使用（）算法时钟算法LRU选择最近最长时间没有被访通过一个循环队列来实现页问的页面进行替换性能较面置换每次选择下一个页好，但需要记录每个页面的面时，检查其访问位若访访问时间，实现较为复杂问位为，则将其清零，并继1续选择下一个页面作业和进程的区别作业进程区别作业是一个完整的应用程序，包含程进程是正在运行的作业实例，是一个作业是静态的，而进程是动态的，一序、数据和相关资源例如，一个编动态的概念，它在操作系统中执行个作业可以对应多个进程译程序或一个文本编辑器课程总结本课程介绍了操作系统中进程和处理机管理的基本概念和技术内容涵盖进程的概念、状态、控制块、创建、切换、终止、调度策略等并深入探讨了内存管理的各种方式，包括连续分配、分页存储、分段存储和虚拟存储等。