操作系统处理器管理作业
操作系统处理器管理作业
操作系统处理器管理作业在计算机系统中，操作系统起着至关重要的作用，它就像是一个大管家，负责管理和协调计算机的各种资源，让计算机能够高效、稳定地运行。
而处理器管理则是操作系统中的一个关键部分，它直接影响着计算机系统的性能和效率。
处理器，也就是我们常说的 CPU（Central Processing Unit），是计算机的核心部件，负责执行各种指令和计算任务。
操作系统的处理器管理主要涉及到进程和线程的管理、处理器调度以及中断处理等方面。
首先，我们来谈谈进程和线程。
进程可以理解为正在运行的程序的实例，它包含了程序执行所需的各种资源，如代码、数据、堆栈等。
而线程则是进程中的执行单元，一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，但又能独立执行。
在操作系统中，进程和线程的管理是非常复杂和重要的。
操作系统需要为每个进程和线程分配资源，如内存空间、CPU 时间等，并对它们的状态进行监控和管理。
进程的状态通常包括就绪、运行、阻塞等。
当一个进程准备好执行但还没有被分配到 CPU 资源时，它处于就绪状态；当它正在 CPU 上执行时，处于运行状态；而当它因为等待某个事件（如输入输出操作完成）而暂时无法执行时，就处于阻塞状态。
接下来，处理器调度是操作系统处理器管理的核心任务之一。
处理器调度的目标是合理地分配 CPU 资源，以满足各个进程和线程的执行需求，同时提高系统的整体性能和效率。
常见的处理器调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等。
先来先服务算法按照进程到达的先后顺序来分配 CPU 资源，这种算法简单直观，但可能会导致短作业等待时间过长，影响系统的整体性能。
短作业优先算法则优先选择执行时间短的进程，能够有效地减少平均等待时间，但可能会对长作业不公平。
时间片轮转算法将 CPU 时间分成固定大小的时间片，每个进程轮流在一个时间片内执行，如果时间片用完但进程还没有执行完，就会被放回就绪队列等待下一次调度。
计算机操作系统的主要功能
计算机操作系统的主要功能：
计算机操作系统是用户与计算机的接口，在计算机中，操作系统是其最基本也是最重要的基础性系统软件；
可以使计算机系统能协调、高效和可靠地进行工作，处理器管理、存储器管理、设备管理，文件管理、作业管理等功能模块，处理器管理最基本的功能是处理中断事件，也叫进程管理，存储器管理的主要任务是分配内存空间，保证各作业占用的存储空间不发生矛盾；
设备管理是负责管理各类外围设备，包括分配、启动和故障处理等，文件管理是指操作系统对信息资源的管理，作业管理包括作业的输入和输出，还有作业的调度与控制。
操作系统：
操作系统(Operating System，简称OS)是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序。
操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入设备与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。
操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。
在计算机中，操作系统是其最基本也是最为重要的基础性系统软件。
从计算机用户的角度来说，计算机操作系统体现为其提供的各项服务；从程序员的角度来说，其主要是指用户登录的界面或者接口；如果从设计人员的角度来说，就是指各式各样模块和单元之间的联系。
事实上，全新操作系统的设计和改良的关键工作就是对体系结构的设计，经过几十年以来的发展，计算机操作系统已经由一开始的简
单控制循环体发展成为较为复杂的分布式操作系统，再加上计算机用户需求的愈发多样化，计算机操作系统已经成为既复杂而又庞大的计算机软件系统之一。
操作系统6处理机管理习题
第六章处理器管理练习题(一)单项选择题1．多道程序设计系统中，让多个计算问题同时装入计算机系统的主存储器( )。
A．并发执行B．顺序执行C．并行执行D．同时执行2．引入多道程序设计技术后，处理器的利用率( )。
A．有所改善B．极大地提高C．降低了D．无变化，仅使程序执行方便3．计算机系统采用多道程序设计技术后，（)。
A．缩短了每个程序的执行时间B．系统效率随并行工作道数成比例增长C．提高了系统效率D．使用设备时不会发生冲突4．进程是( )。
A．一个系统软件B．与程序概念等效C．存放在内存中的程序D．执行中的程序5.进程的( )和并发性是两个很重要的属性。
A．动态性 B.静态性C．易用性D．顺序性6．( )是完成操作系统功能的进程。
A．用户进程B．系统进程C．并发进程D．编译进程7．可再入程序必须是纯代码，在执行中( )。
A.可以随意改变B．计算结果相同C．自身不改变D．要求输入相同的数据8．已经获得除( )以外所有运行所需资源的进程处于就绪状态。
A主存储器B．打印机C．CPU D．磁盘空间9．在一个单处理器系统中，处于运行态的进程( )。
A．可以有多个B．不能被打断C．只有一个D．不能请求系统调用10.对于一个单处理器系统来说,允许若干进程同时执行，轮流占用处理器．称它们为（)的。
A．顺序执行B．同时执行C．并行执行D．并发执行11．操作系统根据( )控制和管理进程，它是进程存在的标志。
A．程序状态字B．进程控制块C．中断寄存器D．中断装置12．若干个等待占有CPU并运行的进程按一定次序链接起来的队列为( )。
A．运行队列B．后备队列C．等待队列D．就绪队列13．用户从终端上输入一条命令，即产生了( )。
A．程序性中断事件B．外部中断事件C．输入输出中断事件D．自愿性中断事件14．( )的断点是确定的。
A．硬件故障中断B．自愿性中断C．程序性中断D．外部中断15．自愿性中断事件是由( )引起的。
北大本科操作系统作业与答案
第2章作业1、为了支持操作系统，现代处理器一般都提供哪两种工作状态，以隔离操作系统和普通程序？两种状态各有什么特点？答：现代处理器的工作状态分为管态和目态；管态一般指操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权优先级，又称特权态，系统态；目态一般指用户程序运行时的状态，具有较低的优先级，又称普通态，用户态；当处理器处于管态时，全部指令都可以执行（包括特权指令），可以使用所有资源，并具有改变处理器状态的能力；当处理器处于目态时，就只有非特权指令可以执行。
2、什么是分级的存储体系结构？它主要解决了什么问题？答：层次化的存储体系结构如下所示：寄存器高速缓存主存储器硬磁盘存储器磁带机| 光盘存储器当沿着层次下降时，每比特的价格将下降，容量将增大，速度将变慢而处理器的访问频率将下降。
较小、较贵而快速的存储设备有较大、教便宜而慢速的存储设备作后盾，它们通过访问频率的控制来提高存储系统的效能。
这种结构主要解决了存储设备容量、速度和成本之间的矛盾，提高存储系统效能。
3、什么是存储保护？有哪些方法实现存储保护？查阅资料了解Intel x86处理器关于存储管理的材料，看看它是怎么支持操作系统实现内存管理以及存储保护的。
答：存储保护：对主存中的信息加以严格控制，保证操作系统和其它程序，以及它们的数据不被破坏。
实现存储保护的方法：1．界地址寄存器：在CPU中设置一对界限寄存器来存放该用户作业在主存中的下限和上限地址，或者将一个寄存器作为基址寄存器，另一个寄存器作为限长寄存器来指出程序在内存的存放区域。
每当CPU访问主存时，硬件自动将被访问的主存地址和界限寄存器的内容进行比较，以判断是否越界。
如果未越界，则按此地址访问主存，否则将产生程序中断。
2．存储键：每个存储块都有一个与其它相关的二进位组成的存储保护键附加在每个存储块上的。
当一个用户作业被允许进入主存时，操作系统分给它一个唯一的不与其它作业相同的存储键号。
并将分配给该作业的各存储键也设置成同样的键号。
操作系统 ---- 处理器管理
具体对内中断（异常）的产生原因，做一 下分类： 访管中断：主动引发进行系统调用 硬件故障：处理器内部的硬件问题 程序性异常：运算过程中出现错误，比如 除数为0、页故障、地址越界等
①
② ③
异常均不可屏蔽，因为其不是错误，就是 有意为之，都是有目的的，而中断则是要 分情况，有些可屏蔽，有些不可屏蔽
外中断信号，不一定是代表了一定发生了 需要CPU处理的事情，很多时候，只是告 诉一下CPU设备完成了某项工作，这个时 候，CPU其实并不一定要知道这个中断发 生了
因此，外中断可以分为可屏蔽中断与不可 屏蔽中断
有一些中断，是比较紧急的情况，是不可 以忽略的，CPU在收到这些中断信号后， 必须马上进行处理，否则会引起系统的问 题，这些就是不可屏蔽中断
举例：Intel x86规定的一些中断和异常：
①
②
Linux中把异常按照发生之后处理的方式， 分为以下四种： 故障（Fault）：发生问题处理完毕后， 再执行一次原来的指令 陷阱（Trap）：执行特定的调试指令时 触发，被调试的进程遇到所设置的断点 处会暂停等待
③
④
终止（Abort）：某些错误发生后，无法 恢复，不会返回原进程，有时甚至需要重 启计算机 编程异常（Programmed Exception）： 用于实现系统调用
①
②
③
④
中断与信号有很多类似之处： 概念上一致：都是中断源向某个目的地发 送中断信号 均是异步：不知道何时会发生中断事件 实现方式均采用向量表，以向量号做索引 查找中断处理程序 均设有“中断屏蔽位”，可以对于一些中 断信号，置之不理
中断与信号的区别：
中断由硬件和软件实现，信号则专门由软 件实现 中断向量表与中断处理程序位于内核空间， 而信号向量表属于内核空间，但信号处理 程序一般位于用户空间 中断会立即处理，而信号则可能会延时
操作系统 处理机管理期末习题与答案
操作系统处理机管理期末习题与答案1、操作系统是对______进行管理的软件。
A.计算机资源；B.硬件；C.应用程序；D.软件；正确答案：A2、配置了操作系统的机器是一台比原来的物理机器功能更强的计算机，这样的计算机只是一台逻辑上的计算机，称为_______计算机。
A.共享；B.虚拟；C.真实；D.并行；正确答案：B3、_____不是一个操作系统环境。
A.Solaris；B.Linux；C.Celeron；D.Windows CE；正确答案：C4、____该操作系统的系统响应时间的重要性超过协同资源的利用率，它被广泛地应用于卫星控制、导弹发射、工业控制、飞机订票业务灯领域。
A.分时操作系统；B.批处理操作系统；C.多用户操作系统；D.实时操作系统；正确答案：D5、允许在一台主机上同时连接多个终端，各个用户可以通过各自的终端交互使用计算机，这样的操作系统是______。
A.批处理操作系统；B.分时操作系统；C.分布式操作系统；D.网络操作系统；正确答案：B6、如果分时系统的时间片一定，那么_____，则响应时间越长。
A.用户数越少；B.用户数越多；C.内存越少；D.内存越多；正确答案：B7、系统调用是______。
A.用户编写的一个子程序；B.高级语言中的库程序；C.操作系统向用户程序提供的接口；D.操作系统中的一条命令；正确答案：C8、实时操作系统必须在____内处理来自外部的事件。
A.周转时间；B.调度时间；C.响应时间；D.规定时间；正确答案：D9、实时系统_________。
A.必须既要及时响应、快速处理，又要有高可靠性和安全性；B.强调系统资源的利用率；C.实质上是批处理系统和分时系统的结合；D.是依赖人为干预的监督和控制系统；正确答案：A10、用户程序的输入和输出操作实际上由______完成。
A.程序设计语言；B.标准库程序；C.编译系统；D.操作系统；正确答案：D11、在操作系统中，并发性是指________。
操作系统处理器管理
信号机制
一种模拟硬件中断的简单通信机制（软件 中断）
– 内核向进程（进程发生异常，向其通知） – 进程向进程（进程间通信，发送某个事件）
signal, kill POSIX定义的信号类型（终端，Ctrl+C，2）
– Ctrl + Z，SIGSTOP
信号的检测与处理流程
发送信号 断点
执行信号处 理程序
应用程序 继续执行
从内核 返回用 户空间
进程
进程是现代操作系统中最基本、最重要的概念 两个角度看进程概念：
– 从理论角度看，进程是对正在运行的程序活动规律的 抽象
– 从实现角度看，进程是一种数据结构
为什么引入进程？
– 刻画系统的动态性、发挥系统的并发性，提高资源利 用率（并发程序设计的工具）
– 解决共享性，正确描述程序的执行状态（标识程序的 多次运行）
– 按使用者分：
特权指令，仅供操作系统内核调用 非特权指令
处理器状态
特权指令的执行限制，使处理器必须能区分当前 运行的程序是操作系统还是普通应用程序 处理器状态：
– 管理状态（特权状态、系统状态、特态、管态），能 执行所有机器指令
– 用户状态（目标状态、用户模式、常态、目态），只 能执行非特权指令
– 程序段、数据段、共享存储区、用户栈
寄存器上下文
– 程序状态字寄存器、栈指针寄存器、控制寄存器、 通用寄存器
系统级上下文
– 进程控制块、主存管理信息（如页表）、核心栈
进程的描述
进程控制块的结构
– 每个进程都有且只有一个进程控制块
进程标识信息（外部标识+内部标识）
进程现场信息 （通用寄存器、PSW寄存器、各种指针）
PCB
第2章 处理器管理 练习题
第2章处理器管理1.操作系统中采用多道程序设计技术提高CPU和外部设备的（ A ）A. 利用率B．可靠性 C. 稳定性 D. 兼容性2.多道程序设计是指（ D ）A.在实时系统中并发运行多个程序B.在分布系统中同一时刻运行多个程序C.在一台处理机上同一时刻运行多个程序D.在一台处理机上并发运行多个程序3.一个进程退出等待队列而进入就绪队列，是因为进程（ C ）A.启动了外设B.用完了规定的时间片C.获得了所等待的资源D.能得到所等待的处理器4.下列进程状态变化中，不可能发生的变化是（ C ）A．运行->就绪B．运行->等待C．等待->运行D．等待->就绪5.正在执行的进程由于其时间片用完而被暂停运行，此时其进程应从运行态变为（ C ）A．运行态B．等待态C．就绪态D．由用户确定6.若当前进程因时间片用完而让出处理机时，该进程应转变为哪个状态？（ A ）A. 就绪B. 等待C. 运行D. 完成7.进程从运行状态进入就绪状态的原因可能是（D）A. 被选中占有处理机B. 等待某一事件C. 等待的事件已发生D. 时间片用完8.一个作业被调度进入内存后其进程被调度进入CPU运行，在执行一段指令后，进程请求打印输出，此间该进程的状态变化是（ C ）A. 运行态－就绪态－等待态 B. 等待态－就绪态－运行态C. 就绪态－运行态－等待态D. 就绪态－等待态－运行态9.某计算机系统中若同时存在五个进程，则处于等待状态的进程最多可有（ D ）A. 0个B. 1个C. 4个D. 5个10.进程创建原语的任务是（ B ）A．为进程编制程序B．为进程建立PCB表 C．为进程分配CPU D．为进程分配内存11.中断装置检查有无中断事件发生总是发生在处理器（ C ）A. 取出一条指令后B. 执行一条指令时C. 执行完一条指令后D. 修改指令地址时12.进程控制块中现场信息可能的保存时机是（ D ）A. 撤销进程时B. 处理器执行指令时C. 中断源申请中断时D. 中断处理程序处理中断前13.在操作系统的处理器管理中，每一个进程唯一的标志是（ B ）A. PSWB. PCBC. CAWD. CSW14.操作系统之所以能够控制各个程序的执行，为用户提供服务，主要因为利用了（ C ）A. 系统软件B. CPUC. 硬件的中断装置D. 中断服务程序15.用户程序在目态下使用特权指令将引起的中断是属于（ B ）A. 硬件故障中断B. 程序中断C. 外部中断D. 访管中断16.最适合分时操作系统采用的进程调度算法是（ C ）A．先来先服务B．最高优先级C．时间片轮转D．随机数17.运行时间最短的作业被优先调度，这种作业调度算法是（ C ）A. 优先级调度B．响应比高者优先C．短作业优先D．先来先服务18.定义：作业周转时间＝作业的完成时间－作业到达时间。
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习题三解答
各作业周转时间
– 作业A，70分钟 (10:00 ~ 11:10) – 作业B，30分钟 (10:20 ~ 10:50) – 作业C，90分钟 (10:30 ~ 12:00) – 作业D，90分钟 (10:50 ~ 12:20)
平均周转时间：
– (70 + 30 + 90 + 90) / 4 = 70（分钟）
10:5011:10Fra bibliotek12:00 12:20
A
B
B
A
CPU
C
D
进程就 绪队列
作业后 备队列
A
A
D
D
C
C
习题三解答
各作业进入内存时间和运行结束时间
作业
A B C D
进入内存时间
10:00 10:20 11:10(到达系统10:30) 10:50
运行结束时间
11:10 10:50 12:00 12:20
习题三
有一个具有两道作业的批处理系统，作业调度采用短作业 优先的调度算法，进程调度采用以优先数为基础的抢占式 调度算法，在下表所示的作业序列，作业优先数即为进程 优先数，优先数越小优先级越高
作业 到达时间（时） 估计运行时间（分钟） 优先数
A
10:00
40
5
B
10:20
30
3
C
10:30
50
4
D
10:50
20
6
(1) 列出所有作业进入内存时间及结束时间 (2) 计算平均周转时间
习题三解答
每个作业运行将经历两个阶段：
– 作业（高级）调度，采用SJF算法从作业后备队 列中挑选作业进入内存
– 进程（低级）调度，采用优先数抢占算法从就绪 队列中挑选进程在处理器上运行
习题三解答
时间关系图
10:00 时间
10:20 10:30