计算机操作系统原理教程与实训ch03
operating system操作系统-ch03-processes-50
3.17
Context Switch
When CPU switches to another process, the system must save the state of the old process and load the saved state for the new process
3.8
Process Control Block (PCB)
3.9
CPU Switch From Process to Process
3.10
3.2 Process Scheduling
The objective of multiprogramming is to have some process running at all times, to maximize CPU utilization. The objective of time sharing is to switch the CPU among processes so frequently that users can interact with each program while it is running. To meet these objectives, the process scheduler selects an available process (possibly from a set of several available processes) for program execution on the CPU. For a single-processor system, there will never be more than one running process. If there are more processes, the rest will have to wait until the CPU is free and can be rescheduled.
操作系统原理与实践教程
操作系统原理与实践教程1. 引言1.1 概述操作系统是计算机系统中最基础的软件之一，它负责管理并协调计算机的各种资源，为用户和应用程序提供一个可靠、高效、安全的运行环境。
在现代计算机系统中，几乎所有的软件都需要在操作系统上运行。
本教程旨在介绍操作系统原理与实践，帮助读者深入了解操作系统的内部工作原理和实际应用。
通过学习本教程，读者可以获得对操作系统的全面认识，并能够应用所学知识进行操作系统的开发、调优和故障排除等工作。
1.2 文章结构本教程分为五个主要部分：操作系统基础知识、进程管理、内存管理、文件系统管理以及其他相关内容。
每个部分都包含多个小节，依次介绍相应的概念、原理和实践技巧。
通过阅读整篇文章，读者将逐步建立对操作系统各方面知识的完整认知。
1.3 目的撰写本教程的目标是为初学者和专业人士提供一个全面且易于理解的学习资源。
无论你是计算机科学专业学生还是从事相关工作多年的专业人员，本教程都能帮助你理解和应用操作系统的关键概念和技术。
通过对操作系统的深入学习，读者将能够更加高效地编写应用程序、优化系统性能，并能够更好地应对各种操作系统相关问题。
无论是面试准备还是提升职场竞争力，本教程都将成为你的学习和工作宝典。
在接下来的章节中，我们将首先介绍操作系统基础知识，包括定义、功能、基本概念和发展历程等内容。
随后，我们会逐一讨论进程管理、内存管理和文件系统管理等主要模块。
最后，我们将介绍其他相关内容，并给出一些实践案例和技巧。
希望本教程能够帮助读者建立扎实的操作系统基础，进而在计算机领域取得更大的成功！2. 操作系统基础知识：2.1 操作系统的定义和功能：操作系统是一种软件，它是计算机硬件与用户之间的桥梁，用于协调和管理计算机资源，并提供给用户一个友好、高效的工作环境。
操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理以及设备管理等。
2.2 基本概念与术语：在学习操作系统之前，我们需要了解一些基本概念和术语。
操作系统原理与实训教程-CH3-2007-631
为了解决要求连续内存空间存放页表的问题，可用对 页表分页并将其各页面离散存放的办法来实现。这就形成 了多级页表，目前最常用的是2级页表，如Windows 2000 和Linux中。这时，原来的页号部分，又被看成是两部分： 页目录偏移、页表偏移。
为页号，低位部分视为页内偏移。进程最后一页中空闲的
部分称为页内碎片。31
12 11
0
该地址结构限定 的最大地址空间 是多少？最大页
表呢？
页号P
页内位移量W
编号0~1048575 相对地址0~4095
3. 管理
页表（page map table）：
系统为每个进程建立一个页表，页表给出逻辑页号和 具体内存块号相应的关系(虚分页系统中页表表目的内容更多)。页 表放在内存，属于进程的现场信息。
分段（Segmentation ）
离
虚存管理
散
请求分页(Demand paging)-- 主流技术
分 配
请求分段(Demand segmentation)
段页式（ segmentation with paging ）
3.2 分区式存储管理
——早期的一类实存管理技术
系统给每个作业或进程分配一个连续的内存分区。 单一连续区分配（静态分区技术） 固定分区分配（静态分区技术） 可变分区分配（动态分区技术） 可重定位可变分区分配（动态分区技术） 伙伴系统（动态分区技术）
区
内 存
覆盖 区0
主程序（30k)
区
(10k)
覆盖区1(25k)
程序的装入和链接
源程序从编辑到运行要经历以下阶段： 编辑 编译 链接 装入 运行
企业资源计划ch03第二课-上课用
资源清单法实例的计算公式
(3)工作中心加工时间=加工件数×单件加工时间 每个工作中心上的加工时间： 工作中心10：1×0.5=0.5 工作中心20：1×0.7+1×0.9=1.6 工作中心25：2×0.6+1×0.35=1.55 工作中心40：1×0.6=0.6 工作中心50：1×0.56=0.56 工作中心60：1×0.75=0.75
MPS的时间基准
3、时界和时区 (2)时界 计划时界(Planning Time Fence,PTF)，又称计
划确认时界，常设于时区2与时区3的交界点 或附近。
MPS的时间基准
3、时界和时区—--各时界中产品的状况
在当前时段时，如果某个产品的计划加工和装配时 间小于需求时界(DTF)，则表示该产品已经处于加工 和总装阶段，原材料已经投入，提醒计划人员，早 于这个时界的订单已经在进行最后的总装，除非有 极其特殊的紧急情况，绝对不要轻易变动，需要保 持稳定。
中心的单件总时间
资源清单法实例的计算公式
先确定工作中心
资源清单法实例的计算公式
(1)单件准备时间=生产准备时间÷平均批量
资源清单法实例的计算公式
(2)工作中心准备时间=加工件数×单件准备时间 每个工作中心的准备时间：
工作中心10：1×0.039=0.039 工作中心20：1×0.075+1×0.025=0.1 工作中心25：2×0.073+1×0.06=0.206 工作中心40：1×0.072=0.072 工作中心50：1×0.055=0.055 工作中心60：1×0.043=0.043
到对应计划的总能力需求。
资源清单法实例
自行车ZXCA-F 的BOM
资源清单法实例的计算公式
操作系统原理与实践教程
操作系统原理与实践教程引言：操作系统是计算机系统最重要的组成部分之一，扮演着管理和控制计算机硬件资源的角色。
操作系统的设计原理和实践是每个计算机科学学生和从业者必须掌握的知识。
本文将介绍操作系统原理与实践的教程，帮助读者更好地理解操作系统的基本概念和工作原理。
一、操作系统的概述操作系统是一个控制计算机硬件和软件资源的系统软件，它为应用程序提供了一个运行环境。
操作系统扮演着资源分配、进程管理、文件管理和驱动程序管理等关键角色。
了解操作系统的概述，有助于我们深入理解其原理与实践。
二、操作系统的基本原理1. 进程管理：进程是计算机运行程序的实体，是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
进程管理的主要任务包括进程的创建、调度、同步和通信等。
了解进程管理的原理，可以帮助我们合理利用计算机资源，提高计算机系统的运行效率。
2. 内存管理：内存是计算机系统中用于存储数据和指令的关键资源。
内存管理的主要任务是实现进程的内存分配和回收，保证进程间的隔离和安全性。
了解内存管理的原理，可以帮助我们高效地利用内存资源，提高系统的性能。
3. 文件管理：文件是计算机系统中用于存储和组织数据的基本单位。
文件管理的主要任务是实现对文件的创建、读取、写入和删除等操作，保证文件的完整性和安全性。
了解文件管理的原理，可以帮助我们更好地组织和管理数据，提高工作效率。
4. 设备管理：设备是计算机系统中与外部环境进行交互的接口。
设备管理的主要任务是实现对设备的控制和调度，保证设备的可靠性和可用性。
了解设备管理的原理，可以帮助我们更好地利用设备资源，提供良好的用户体验。
三、操作系统的实践技巧1. 学习操作系统的实践技巧：学习操作系统需要进行实践，通过编写和调试操作系统相关的代码，加深对操作系统原理的理解。
建议使用实践环境如QEMU或VMware等，通过搭建和运行操作系统，亲自体验和掌握操作系统的实践技巧。
2. 掌握操作系统的调试技巧：调试是解决问题和理解原理的关键技巧之一。
数据库系统原理与应用教程(第三版)ch03 数据库建模——IDEF1x图
第11页
实体的规则
每个实体必须使用唯一的实体名，相同含义的名称必须用 于同一个实体，不能用于不同的实体。 一个实体可以有一个或多个属性，这些属性可以是自身具 有的，也可以是通过一个联系继承到的。 一个实体应该有一个或多个能够唯一标识每个实例的属性， 即具有主键码或次键码。 IDEF1x中的任意实体都可以与模型中的其他实体有联系。 如果一个完全外来键码是一个实体主键码的全部或部分， 那么该实体即为从属实体。相反，如果根本没有外来键码 属性作为一个实体的主键码，那么该实体就是独立实体。
数据库系统原理与应用教程(第三版)
第3章 数据库建模——IDEF1x图
第14页
可标定联系和非标定联系的语法
实体 A/1 A 的键码属性 父实体
实体 A/1 A 的键码属性 父实体
从父实体到子实体的关系名
●
标定联系
从父实体到子实体的关系名
●
非标定联系
实体 B/2 A 的键码属性(FK) B 的键码属性 子实体
数据库系统原理与应用教程(第三版)
第3章 数据库建模——IDEF1x图
第2页
本章的学习目标
了解IDEF方法族的发展和组成； 掌握使用IDEF1x图建立数据库模型的基本原理； 认识和掌握IDEF1x的基本元素； 掌握IDEF1x图的语义、语法和规则； 掌握使用IDEF1x图建立数据库模型的步骤； 了解IDEF1x的标准文件格式和确认过程。
数据库系统原理与应用教程(第三版)
第3章 数据库建模——IDEF1x图
第20页
非确定联系的语法
实体 C/01 A 到 B 的联系 B 到 A 的联系 C 到 D 的联系
实体 A/01 联系名/联系名
ch03_类图(域模型)解读
候选的关键抽象表格(示例)
候选的关键抽象 预定 酒店 商务酒店 排除的原因 选定的名字
客人
房间 小型商业会议 信用卡验证系统 姓名
地址
CRC分析法
在完成了所有候选关键抽象列表之后,需要进行一个 过滤，确定关键抽象。 什么是CRC(Class-Responsibility-Collaborator)
经历状态变化的领域对象、 属性和关联
领域模型中某 些术语的细化
Operation: enterItem(…) Post-conditions: -... 操作契约
Cashier: … Item ID: … ... 词汇表
需求
领域中的 概念类会 给某些设 计中软件 类的名称 带来启示
设计模型 : Register enterItem (itemID, quantity) spec = getProductSpec( itemID ) addLineItem( spec, quantity ) ... : ProductCatalog : Sale
1.查看用例名 2.查看用例描述 3.查看用例场景 4.查看用例场景描述,看该候选关键抽象是否在文中提 及,如果找到了,则说明该用例场景与之相关.
识别一个相关用例
基于以上所述,这里有两个用例与”订单”这个关 键抽象相关:
E1:管理订单 E5:管理在线订单
类图 －－分析者必备
浙江大学软件学院 程学林
1
开发流程
UP制品关系示例 域模型 Sale date ... 1 1..* Sales LineItem quantity ... ...
业务建模
概念类、术语、概念、 属性、关联
用例模型 Process Sale 1. Customer arrives ... 2. ... 3. Cashier enters item identifier. 4.... 用例文本
CH03 元件功能说明16-31
此按钮设定后，根据设定属性表里面的使用者权限来决
最高权限权限5时
此按钮提供人机端输入密码的介面。
输入密码的同时也
此按钮元件将会将使用者权限变为最低
点选此属性将出现如上图的对话盒，你可以指定输出装置于
系统功能按钮实例说明：
人机端系统目录画面
3-3 仪表
输入最小值显示区间用的最小值与最大值。
输入最大值
请参考下列各图。
仪表功能实例说明：
3-4 长条图
输入最小值显示区间用的最小值与最大值。
输入最大值
标准值用来计算偏差量的基准值。
输入最小值偏差长条图两端的最大最小值。
偏差长条图功能实例说明：
读取：D1000；偏差长条图显示内容相对应之PLC寄存器指定=Dn
3-5 管状图
3-6 扇形图
扇形图功能实例说明：
3-7 指示灯
状态指示灯元件功能实例说明：
范围常量以建立后的预设的
读取存贮器地址选择连线中内部存贮器或已连线的存贮器地址，读取其内容。
(参阅一般按钮说明)
文字/文字大小字型/文字颜色使用者可依WindowsR所提供之文字大小、字型与颜色功能，设定该元件文字显示型态。
(参阅一般按钮说明)。
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第3章 处理机管理教学提示：处理机管理的主要任务，是对处理机进行合理地分配，并对其运行进行有效地控制和管理。
在多道程序环境下，处理机的分配都以进程为基本单位，因而对处理机的管理可归结为对进程的管理，它包括进程控制、进程调度、进程同步、进程通信以及进程间的死锁等问题。
教学目标：本章主要介绍进程的概念、进程控制、进程调度、进程同步、进程通信以及进程间的死锁等问题。
3.1 进程的定义和特征进程(Process)是操作系统中最基本、最重要的概念。
它是在多道程序系统出现后，为了刻画系统内部出现的情况，描述系统内部各并发程序的活动规律而引入的。
在多道程序系统中，程序并不能独立运行。
独立运行和资源分配的基本单位是进程。
用进程的观点来研究操作系统，可深入地了解和把握系统内部的动态活动，这就是所谓研究操作系统进程的观点。
进程也是对操作系统进行设计的一个重要概念。
在多道程序系统中，程序和程序之间必定会存在相互依赖、相互制约的复杂关系，通过进程间的同步和通信可以很好地协调这些关系。
显然，在操作系统中，进程是一个极为重要的概念，而且进程的概念是对程序的抽象，所以不十分直观。
掌握进程概念，是学习现代操作系统的十分重要的一环。
3.1.1 进程的引入多道程序系统的特点首先是并行性，即同时存放在主存中的多道程序在系统中同时处于运行状态。
其次，这些并行执行的程序之间存在着相互依赖、相互制约的关系。
另外，不论是系统程序还是用户程序，由于它们并行地在系统中运行，并且有着各种复杂的制约关系，所以它们在系统内部所处的状态不断发生变化，时而在CPU上执行，时而因某种原因被暂停执行。
由于在这样一个多道程序系统所带来的复杂环境中，使程序具有了并行、制约和动态的特性，仅用程序的概念难以刻画和反映系统中的每一瞬间的状况。
因此，需要引进一个新的概念——进程。
1. 从顺序程序设计谈起自从计算机问世以来，人们广泛地使用“程序”这一概念。
在多道程序设计出现以前，“程序”的最大特征是它的顺序性，即顺序执行。
实际上应把它称为“顺序程序”，但是因为这一性质是不言而喻的，所以就简称为“程序”。
下面我们用一个简单的例子来说明顺序程序的某些重要特性。
我们假设有n个作业，而每个作业都由3个程序段I i、C i、P i组成。
其中，I i表示从输第3章 处理机管理 ·27··27·入机上读入第i 个作业的信息。
C i 表示执行第i 个作业的计算。
P i 表示在打印机上打印出第i 个作业的计算结果。
在早期的计算机中，每一作业的这 3 个程序只能是一个接一个地顺序执行。
也就是输入、计算和打印三者串行工作，并且前一个作业结束后，才能执行下一个作业，如图3.1所示。
图3.1 程序的顺序执行显然，程序的顺序执行具有如下特性。
(1) 当顺序程序在处理机上执行时，处理机严格地顺序执行程序规定的动作。
每个动作都必须在前一动作结束后才能开始。
除了人为干预造成机器暂时的停顿外，前一动作的结束就意味着后一动作的开始。
程序和机器执行程序的活动是一一对应的。
(2) 一个程序在机器中运行时，它独占全机资源，除了初始状态外，只有程序本身规定的动作才能改变这些资源的状态。
(3) 程序的执行结果与其执行速度无关。
也就是说，处理机在执行程序的两个动作之间如有停顿不会影响程序的执行结果。
上述特点概括起来就是程序的封闭性和可再现性。
所谓封闭性指的是程序一旦开始执行，其计算结果就只取决于程序本身，除了人为改变机器运行状态或机器故障外，不受外界因素的影响。
所谓可再现性是指当该程序重复执行时，必将获得相同的结果。
这给程序的调试带来了很大的方便。
2. 程序的并发执行和资源共享为增强计算机系统的处理能力和提高各种资源的利用率，现代计算机系统中普遍采用了多道程序设计技术。
与单道程序相比，多道程序的工作环境发生了很大变化。
1) 程序的并发执行采用多道程序设计技术后，系统中各个部分不再以单纯的串行方式工作。
换句话说，在任一时刻，系统中不再只有一个作业在活动，而是存在着许多并行的活动。
从硬件方面看，处理机、各种外设存储部件常常并行工作着；从程序活动方面看，则可能有若干个作业程序或者同时，或者相互穿插地在系统中被执行。
这就是说，有很多程序段是可以并发执行的。
所谓并发执行是指两个程序的执行在时间上是重叠的，即使这种重叠只有很小一部分。
程序的并发执行已成为现代操作系统的一个基本特征。
作业l 作业i 作业n计算机操作系统原理教程与实训·28· ·28·现在我们回到图3.1的例子。
对于任何一个作业 i ，其输入操作I i 、计算操作C i 和打印操作P i 三者必须顺序执行，但对n 个作业来说，则有可能并发执行。
例如，输入程序在输入完第i 个作业程序后，计算程序在对第i 个作业进行计算的同时，再启动输入程序，输入第i+1个作业程序，这就使得第i+1个作业的输入和第i 个作业的计算能并发执行。
图3.2给出了输入、计算、打印程序对一批作业进行处理的执行顺序。
图3.2 程序的并发执行有向图在该例中，I 1先于C 1和I 2，C 1先于P 1和C 2，P 1先于P 2，I 2先于C 2和I 3。
说明了某些程序段必须在其他程序段之前完成，此外从图中可以看出：I 2和C 1，I 3和C 2和P 1，I 4和C 3和P 2的活动在时间上是重叠的。
2) 资源共享资源共享是现代操作系统的另一基本特性。
所谓资源共享是指系统中的硬件资源和软件资源不再为单个用户程序所独占，而由几道用户程序共同使用。
这样，这些资源的状态不再取决于一道程序，而是由多道程序的活动所决定。
这就从根本上打破了一道程序封闭于一个系统中执行的局面。
程序并发执行和资源共享之间互为依存条件。
一方面，资源共享是以程序并发执行为条件的，因为若系统不允许程序并发，也就不存在资源共享问题；另一方面，若系统不能对共享资源进行有效管理，也就降低了程序并发执行的效果。
3. 程序并发执行的特性程序并发执行虽然卓有成效地增加了系统的处理能力，提高了系统资源的利用率，但也带来了一些新问题，也就是产生了与顺序程序不同的新特性，这些新特性是：1) 失去了程序的封闭性如前所述，顺序程序具有程序的封闭性和由之而来的可再现性，而并发程序是否还保持这种封闭性呢？让我们来看一个例子。
设有观察者和报告者并行工作。
在一条单向行驶的公路上经常有卡车通过。
观察者不断观察并对通过的卡车计数。
报告者定时将观察者的计数值打印出来，然后将计数器重新清“0”。
此时我们可以写出如下程序，其中Cobegin 和Coend 表示它们之间的程序可以并发执行。
BeginCOUNT ：integer ；第3章 处理机管理 ·29·COUNT：=0；CobeginObserverBeginL1；……observe next car；COUNT：=COUNT+1；Goto L1EndReporterBeginL2：……Print COUNT；COUNT：=0Goto L2EndCoendEnd由于观察者和报告者各自独立地并行工作，COUNT：=COUNT+1 的操作，既可以在报告者的print COUNT和COUNT：=0操作之前，也可以在其后，还可以在print COUNT 和COUNT：=0之间，即可能出现以下3种执行序列。
① COUNT：=COUNT+1；print COUNT；COUNT：=0。
② print COUNT；COUNT：=0；COUNT：=COUNT+1。
③ print COUNT；COUNT：=COUNT+1；COUNT：=0。
假设在开始某个循环之前，COUNT的值为n，则在完成一个循环后，对上述3个执行序列打印机打印的COUNT值和执行后的COUNT值如表3-1所示。
表3-1 COUNT值的比较执 行 序 列 (1) (2) (3)打印的值n+1 n n执行后的值0 1 0由上表可见，由于观察者和报告者的执行速度不同，导致了计算结果的不同。
这就是说，程序并发执行已丧失了顺序程序所具有的封闭性和可再现性。
2) 程序和机器执行程序的活动不再一一对应程序和机器执行程序的活动是两个概念。
程序是指令的有序集合，是静态的概念，而机器执行程序的活动是指指令序列在处理机上的执行过程，或处理机按照程序执行指令序列的过程。
通常把机器执行程序的活动称为“计算”。
显然，“计算”是一个动态的概念。
如前所述，程序在顺序执行时，程序和“计算”之间保持一一对应的关系。
但在并发执行时，这种关系是否还存在呢？我们知道，一个并发程序可为多个用户作业调用，而使该程序处于多个“执行”中，从而形成了多个“计算”。
这就是说，多个“计算”可能是在不同数据集上执行同一程序。
所以程序和“计算”不再一一对应。
例如在分时系统中，·29·计算机操作系统原理教程与实训·30· ·30·内存中一个编译程序的副本同时为几个用户作业编译时，该编译程序的几次执行便对应了几个“计算”。
3) 并发程序间的相互制约资源共享和程序的并发执行(或称并发活动)使得系统的工作情况变得相当复杂，尤其表现在系统中并发程序间的相互依赖和相互制约方面。
系统中各个并发程序活动都有一定的独立性，它们分别提供一种用户或系统功能。
例如，各用户作业的活动各提供一种用户需要的功能，它们之间相互独立，而没有相互依赖和相互制约的关系。
又如，操作系统中对处理机的调度和对各种外部设备的控制活动，两者之间基本上也是独立的，各自提供一种系统功能。
这就是说，系统中各个并发程序活动具有独立性的一面，但在两个并发程序活动之间有时也会以直接或间接方式发生相互依赖和相互制约关系。
直接制约通常是在彼此之间有逻辑关系的两个并发执行的程序之间发生的。
例如，一个正在执行的程序段需要另一个程序段的计算结果，只有当另一个程序段在某一时刻送来计算结果时，正在执行的程序段才能继续执行下去。
否则它就一直等待，无法执行。
两个并发程序段以间接方式发生制约关系是由竞争使用同一资源引起的。
得到资源的程序段，可以继续执行，得不到资源的程序段就只好暂停等待。
由于各程序活动之间的相互制约关系，各个程序活动的工作状态就与它所处的环境有密切联系。
它随着外界变化而不停地变化，并且它不像单道系统中程序顺序执行那样，而是走走停停，具有执行—暂停—执行的活动规律。
多道程序系统的特点首先是并行性，即同时存放在内存中的多道程序在系统中同时处于运行状态。
其次，这些并行执行的程序之间存在相互依赖、相互制约的关系。
另外，不论是系统程序还是用户程序，由于它们并行地在系统中运行，并且有着各种复杂的制约关系，所以它们在系统内部所处的状态不断发生变化，时而在CPU 上执行，时而因某种原因被暂停执行。