操作系统精髓与设计原理Chap3
操作系统原理第三章ppt课件
多道程序系统中程序执行环境的变化
程序内保持 Ii→Ci→Pi 程序逻辑顺序性。
I1
I2
I3
存在Ii→Ii+1；Ci→Ci+1; Pi→Pi+1; 表明系统资源竞
C1
C2
C3
争带来顺序性前驱关系。
P1
P2
P3
不同程序之间 Ii+2、Ci+1 和Pi ，没有前
驱关系，说明可以并发执行，这是系统的并
清华大学出版社
3.1 多道程序设计
下一 步
1/8Δt = 0.125道程序/Δt
A吞,吐B,率C分,D别为为程： 序1/8，=忽0.略12外5 设； 假2/9定=40个.2程22序 都Δ44道道/t1提需时1程高运=间序了0行情，.近3况2在633个比期倍单。 间显然有不6个仅使Δt内时存
A
0 Δt 1
32进程的概念321前驱图和程序执行清华大学出版社对于图34对于任意程序存在着iicipi这样的前驱关系因而对一个用户程序的输入计算和打印这三个操作必须顺序执行但在多道环境下并不存在或并不要求piii1关系即iicj和pkijk之间并不存在前驱关系因而在对一批程序处理时可使它们并发执行
第3章 操作系统概述
发性，提高 (9-5)/9x100%清=华4大4%学。出版社
3.2 进程的概念
3.2.1 前驱图和程序执行
应当说明，抛开典型的I、C、 P关系，一个程序内部语句之
S0：x = a+10； S1：y = b - a； S2：z = x+y-10；
间在并发环境下依然有并发执
S3：print（z）；
行的情况，如4条语句构成的 程序段：
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操作系统精髓与设计原理
操作系统精髓与设计原理在我们日常使用电脑、手机等电子设备时，操作系统是那个默默工作但又至关重要的幕后英雄。
它管理着设备的硬件资源，为我们运行的各种应用程序提供了一个稳定、高效的环境。
那么，操作系统的精髓究竟是什么？它的设计原理又包含哪些关键要素呢？要理解操作系统的精髓，首先得明白它的核心任务——资源管理。
操作系统就像是一个大管家，负责合理地分配和调度计算机的各种资源，包括处理器、内存、存储设备、输入输出设备等等。
想象一下，如果没有操作系统来协调这些资源，各个程序就会像一群没有指挥的士兵，争抢有限的资源，导致整个系统陷入混乱。
以处理器资源为例，操作系统通过进程调度算法，决定哪个程序在什么时候获得处理器的使用权。
这样可以确保每个程序都能得到公平的机会运行，同时避免某个程序长时间独占处理器而导致其他程序无法响应。
常见的进程调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
这些算法根据不同的需求和场景，权衡了公平性、响应时间和系统效率等因素。
内存管理也是操作系统的重要职责之一。
它要确保程序能够安全、高效地使用内存。
操作系统通过虚拟内存技术，让程序以为自己拥有了大片连续的内存空间，实际上是在物理内存和磁盘之间进行灵活的页面交换。
这样，即使物理内存有限，也能运行大型的程序。
同时，操作系统还负责内存的分配和回收，避免内存泄漏和碎片问题。
除了资源管理，操作系统还提供了一个抽象的接口，让用户和应用程序能够更方便地与硬件进行交互。
比如，我们不需要了解磁盘的具体读写机制，只需要通过操作系统提供的文件系统来进行文件的创建、读取和删除操作。
这种抽象化大大降低了使用计算机的难度，提高了开发效率。
在操作系统的设计原理中，并发和并行是两个关键概念。
并发是指多个程序在同一时间段内交替执行，而并行则是指多个程序在同一时刻同时执行。
操作系统通过进程和线程机制来实现并发和并行。
进程是程序的一次执行过程，而线程是进程中的执行单元。
通过合理地创建和管理进程和线程，操作系统能够充分利用多核处理器的优势，提高系统的性能。
操作系统精髓与设计原理第五版中文答案全
•2.1 情况（a）和情况（b）具有相同的答案。
•假设处理器的操作不能重叠，但I/O操作可以。
•1job：时间周期=NT•处理器利用率=50%；•2jobs：时间周期=NT•处理器利用率=100%；•4jobs：时间周期=（2N-1)NT•处理器利用率=100%•2.2 I/O限制程序只用相对较少的处理时间，因此，受到短期调度算法的偏爱。
然而，如果一个处理器限制程序在一段很长的时间内被处理器时间拒绝，那同样的这个短期调度算法则会允许处理机去处理过去一段时间一直没有使用处理机的程序，所以，并不是永远不受理处理器限制程序所需的处理器时间。
•2.3 关于分时系统，我们所关注的是周转时间。
•首选的是时间片，因为它在一个很短的时间给•所有的程序一个访问权限去使用处理器。
在批•处理系统，我们所关注的是吞吐量和更少量的上•下文转换，对于进程来说获得了更多的处理时•间。
因此，最小化上下文转换的处理是有优势•的。
•2.4 应用程序运用系统调用去调用操作系统所•提供的功能。
关键的是，系统调用导致转换到•进入内核模式的系统程序。
操作系统第三章习题解答•3.1 系统和用户进程的创建和删除：在系统中进程对于信息共享，加速计算，模块性和便利性都能并发执行。
并发的执行需要进程的创建和删除机制。
进程所需要的资源在进程被创建时获得或者在其运行的时候分配。
当进程结束时，操作系统需要收回任何可重用资源。
•进程的挂起和恢复：在进程调度中，当进程在等待某些资源时，操作系统需要把进程状态改变成等待或者就绪状态。
当进程所要求的资源可用时，操作系统需要把它的状态变为运行状态恢复它的执行。
•进程同步机制：协调进程分享数据。
并发访问使用共享数据可能导致数据不一致性，操作系统不得不为其提供一种进程同步机制用来确保协作进程有序的实行，从而保证数据的一致性。
•进程通信机制：在操作系统下执行的进程要么是独立的进程要么是协作的进程。
协作进程必须使用某些方法来实现进程间的通信。
操作系统_精髓与设计原理(第五版)答案.William Stallings
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NOTICE
This manual contains solutions to all of the review questions and homework problems in Operating Systems, Fifth Edition . If you spot an error in a solution or in the wording of a problem, I would greatly appreciate it if you would forward the information via email to me at ws@. An errata sheet for this manual, if needed, is available at ftp:///members/w/s/ws/S/ W.S.
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CHAPTER 1 COMPUTER SYSTEM OVERVIEW A NSWERS
TO
Q UESTIONS
1.1 A main memory, which stores both data and instructions: an arithmetic and logic unit (ALU) capable of operating on binary data; a control unit, which interprets the instructions in memory and causes them to be executed; and input and output (I/O) equipment operated by the control unit. 1.2 User-visible registers: Enable the machine- or assembly-language programmer to minimize main memory references by optimizing register use. For high-level languages, an optimizing compiler will attempt to make intelligent choices of which variables to assign to registers and which to main memory locations. Some highlevel languages, such as C, allow the programmer to suggest to the compiler which variables should be held in registers. Control and status registers: Used by the processor to control the operation of the processor and by privileged, operating system routines to control the execution of programs. 1.3 These actions fall into four categories: Processor-memory: Data may be transferred from processor to memory or from memory to processor. Processor-I/O: Data may be transferred to or from a peripheral device by transferring between the processor and an I/O module. Data processing: The processor may perform some arithmetic or logic operation on data. Control: An instruction may specify that the sequence of execution be altered. 1.4 An interrupt is a mechanism by which other modules (I/O, memory) may interrupt the normal sequencing of the processor. 1.5 Two approaches can be taken to dealing with multiple interrupts. The first is to disable interrupts while an interrupt is being processed. A second approach is to define priorities for interrupts and to allow an interrupt of higher priority to cause a lower-priority interrupt handler to be interrupted. 1.6 The three key characteristics of memory are cost, capacity, and access time. 1.7 Cache memory is a memory that is smaller and faster than main memory and that is interposed between the processor and main memory. The cache acts as a buffer for recently used memory locations. 1.8 Programmed I/O: The processor issues an I/O command, on behalf of a process, to an I/O module; that process then busy-waits for the operation to be completed before proceeding. Interrupt-driven I/O: The processor issues an I/O command on behalf of a process, continues to execute subsequent instructions, and is interrupted by the I/O module when the latter has completed its work. The subsequent instructions may be in the same process, if it is not necessary for that process to wait for the completion of the I/O. Otherwise, the process is suspended pending the interrupt and other work is performed. Direct memory access (DMA): A DMA -5-
操作系统-精髓与设计原理 WILLIAM STALLINGS 课后答案
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TABLE OF CONTENTS Chapter 1 Computer System Overview...............................................................4 Chapter 2 Operating System Overview...............................................................7 Chapter 3 Process Description and Control........................................................8 Chapter 5 Concurrency: Mutual Exclusion and Synchronization .................10 Chapter 6 Concurrency: Deadlock and Starvation ..........................................17 Chapter 7 Memory Management .......................................................................20 Chapter 8 Virtual Memory ..................................................................................22 Chapter 9 Uniprocessor Scheduling...................................................................28 Chapter 11 I/O Management and Disk Scheduling ........................................32 Chapter 12 File Management ..............................................................................34
《操作系统精髓与设计原理》习题第三章
《操作系统精髓与设计原理》习题第三章第三章习题3.10.1关键术语阻塞态：进程在某些事件发⽣之前不能执⾏，等待这种事件发⽣的状态。
退出态：操作系统从可执⾏进程组中释放出的进程，⾃⾝停⽌了，或者因某种原因被取消。
内核态：某些指令只能在特权状态下执⾏，⽽这种特权状态称为内核态。
⼦进程：由⼀个进程创建的进程，该进程的终⽌受⽗进程的影响。
中断：由外部事件引发进程挂起，CPU转⽽去处理发起中断的事件，并处理结束后恢复进程的执⾏。
模式切换：CPU由⽤户态和核⼼态之间相互切换。
新建态：进程创建时仅仅创建了对应的进程控制块⽽没有在内存中创建相应的映像，此时进程的代码和数据在外存中进程切换：在某⼀时刻，⼀个正在运⾏的进程被中断，操作系统指定另外⼀个进程为运⾏态，并把控制权交给它。
包括为前⼀个进程保存进程控制块和上下⽂信息，并把它们替换成第⼆个进程的。
交换：内存将⼀个内存中⼀个区域的内容与辅助存贮器中⼀个区域的内容互相交换的过程。
程序状态字：包含状态代码、执⾏模式，以及其他反应进程状态的信息的单个寄存器或寄存器组。
陷阱：转向某个指定地址的⾮编程的条件转移，是由硬件⾃动激活的，跳转发⽣的位置会被记录下来。
进程控制块：操作系统中进程信息的描述，是⼀个数据结构，包含有进程标识信息、处理器状态信息、进程控制信息等。
进程映像：⼀个进程的所有组成部分，包括程序、数据、栈和进程控制块。
进程：进程是进程实体的运⾏过程，是系统资源分配和调度的基本单位。
3.10.2复习题3.1什么是指令跟踪（轨迹）？（What is an instruction trace?）An instruction trace for a program is the sequence of instructions that execute for that process.⼀个进程运⾏指令的序列称作指令轨迹。
3.2通常哪些事件会导致创建⼀个进程？（What common events lead to the creation of a process?New batch job;interactive logon;created by OS to provide a service;spawned by existing process.新的批处理作业；交互登陆（终端⽤户登陆到系统）；操作系统因为提供⼀项服务⽽创建；由现有的进程派⽣。
《操作系统精髓与设计原理·第五版》练习题及答案(DOC)
第1章计算机系统概述1.1、图1.3中的理想机器还有两条I/O指令：0011 = 从I/O中载入AC0111 = 把AC保存到I/O中在这种情况下，12位地址标识一个特殊的外部设备。
请给出以下程序的执行过程（按照图1.4的格式）：1.从设备5中载入AC。
2.加上存储器单元940的内容。
3.把AC保存到设备6中。
假设从设备5中取到的下一个值为3940单元中的值为2。
答案：存储器（16进制内容）：300：3005；301：5940；302：7006 步骤1：3005－>IR；步骤2：3－>AC步骤3：5940－>IR；步骤4：3＋2＝5－>AC步骤5：7006－>IR：步骤6：AC－>设备 61.2、本章中用6步来描述图1.4中的程序执行情况，请使用MAR和MBR扩充这个描述。
答案：1. a. PC中包含第一条指令的地址300，该指令的内容被送入MAR中。
b. 地址为300的指令的内容（值为十六进制数1940）被送入MBR，并且PC增1。
这两个步骤是并行完成的。
c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。
2. a. 指令寄存器IR中的地址部分（940）被送入MAR中。
b. 地址940中的值被送入MBR中。
c. MBR中的值被送入AC中。
3. a. PC中的值（301）被送入MAR中。
b. 地址为301的指令的内容（值为十六进制数5941）被送入MBR，并且PC增1。
c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。
4. a. 指令寄存器IR中的地址部分（941）被送入MAR中。
b. 地址941中的值被送入MBR中。
c. AC中以前的内容和地址为941的存储单元中的内容相加，结果保存到AC中。
5. a. PC中的值（302）被送入MAR中。
b. 地址为302的指令的内容（值为十六进制数2941）被送入MBR，并且PC增1。
c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。
6. a. 指令寄存器IR中的地址部分（941）被送入MAR中。
操作系统精髓与设计原理课后答案
操作系统精髓与设计原理课后答案第1章计算机系统概述1.1 列出并简要地定义计算机的四个主要组成部分。
主存储器，存储数据和程序；算术逻辑单元，能处理二进制数据；控制单元，解读存储器中的指令并且使他们得到执行；输入/输出设备，由控制单元管理。
1.2 定义处理器寄存器的两种主要类别。
用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。
对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。
一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。
控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。
1.3 一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？处理器－寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。
处理器－I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。
数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或逻辑操作。
控制：某些指令可以改变执行顺序。
1.4 什么是中断？中断：其他模块（I/O，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。
1.5 多中断的处理方式是什么？处理多中断有两种方法。
第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。
第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。
1.6 内存层次的各个元素间的特征是什么？存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。
1.7 什么是高速缓冲存储器？高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。
1.8 列出并简要地定义I/O操作的三种技术。
可编程I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令（用以执行这个指令）；在进一步的动作之前，处理器处于繁忙的等待中，直到该操作已经完成。
中断驱动I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令，并继续执行后续指令，直到后者完成，它将被I/O模块中断。
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Process Control Block
– Control and Status Registers
These are a variety of processor registers that are employed to control the operation of the processor. These include • Program counter: Contains the address of the next instruction to be fetched • Condition codes: Result of the most recent arithmetic or logical operation (e.g., sign, zero, carry, equal, overflow) • Status information: Includes interrupt enabled/disabled flags, execution mode
1、 Two-State Process Model
• Process may be in one of two states
– Running – Not-running
Not-Running Process in a Queue
Round-robin: each process in the queue is given a certain amount of time,in turn, to execute and then returned to the queue.
Pentium II EFLAGS Register
Process Control Block
– Stack Pointers
• Each process has one or more last-in-first-out (LIFO) system stacks associated with it. A stack is used to store parameters and calling addresses for procedure and system calls. The stack pointer points to the top of the stack.
2、Process Image
• Process Image:
– – – – Program Data System/User Stack PCB
3、Process Control Block
• Contains the process elements • Created and manage by the operating system • Allows support for multiple processes Includes: • Process Indentification • Processor State Information • Process Control Information
Using Two Queues
3、Five-State Process Model
• • • • Running Ready Blocked New: data and program are not in memory,but PCB is created in memory. • Exit
• Process identification
– Identifiers
Numeric identifiers that may be stored with the process control block include • Identifier of this process • Identifier of the process that created this process (parent process) • User identifier
Outline
3.1 What is a process? 3.2 Process status 3.3 Process description 3.4 Process Control 3.5 Unix SVR4 Process Management
3.3 Process Description
1、Control structure of OS 、
Operating System Control Structures
• To manage the process and resources,OS must have the formation about the current status of each process and resource • Tables are constructed for each entity the operating system manages
Process Description and Control
Chapter 3
Outline
3.1 What is a process? 3.2 Process status 3.3 Process description 3.4 Process Control 3.5 Unix SVR4 Process Management
Process Control Block
• Processor State Information
– User-Visible Registers
• A user-visible register is one that may be referenced by means of the machine language that the processor executes. Typically, there are from 8 to 32 of these registers, although some RISC implementations have over 100.
进程概念和程序概念最大的不同之处
• 程序是静态的，无生命；进程是动态的，有生命周期。没有 程序是静态的，无生命；进程是动态的，有生命周期。 建立进程的程序不能作为一个独立单位得到操作系统的认可 。 • 程序可以脱离机器长期保存，即使不执行的程序也是存在的 程序可以脱离机器长期保存， 而进程是执行着的程序，当程序执行完毕， 。而进程是执行着的程序，当程序执行完毕，进程也就不存 在了。进程的生命是暂时的。 在了。进程的生命是暂时的。 • 程序不具有并发特征，不占用CPU、存储器及输入 输出设 程序不具有并发特征，不占用 、存储器及输入/输出设 备等系统资源，因此不会受到其他程序的制约和影响。 备等系统资源，因此不会受到其他程序的制约和影响。进程 具有并发性，在并发执行时，由于需要使用CPU、存储器、 具有并发性，在并发执行时，由于需要使用 、存储器、 输入/输出设备等系统资源 输出设备等系统资源， 输入 输出设备等系统资源，因此受到其他进程的制约和影 响。 • 一个程序可以对应多个进程，但一个进程只能对应一个程序 一个程序可以对应多个进程， 。进程和程序的关系犹如演出和剧本的关系
Outline
3.1 What is a process? 3.2 Process status 3.3 Process description 3.4 Process Control 3.5 Unix SVR4 Process Management
3.2 Process States
• • • • Two-State Process Model Three-State Process Model Five-Sate Process Model Seven-Sate Process Model
– Blocked, suspend – Ready, suspend
Reasons for Process Suspension
One Suspend State
Two Suspend States
Characteristics of suspended process
• Not immediately available for execution • May or may not be waiting on an event. If it is,blocked condition is independent of the suspend condition. • Be placed in a suspended state by an agent to prevent its execution. • Agent explicitly order to remove from suspended state.
3.1 Process
• Also called a task,or activity • A program in execution • An instance of a program running on a computer • The entity that can be assigned to and executed on a processor • A unit of activity characterized by a single sequential thread of execution, a current state, and an associated set of system resources
2、Three-State Process Model
• Not-running
– ready to execute – Blocked： waiting for I/O
ห้องสมุดไป่ตู้
• Dispatcher cannot just select the process that has been in the queue the longest because it may be blocked