操作系统第4-5章作业2015讲解
操作系统第四章课件
§4.1 作业管理的功能一、作业管理的基本功能1、作业调度在多道程序设计系统中，系统可同时处理多个作业，这就产生了各个作业如何合理地共享有限的系统资源问题。
也就是说，系统要在多个作业中按一定的策略选取若干个作业，为它们分配必要的资源，让它们能够同时执行，这就是作业调度。
被作业调度所选中的作业，它们在执行中就可以共享系统资源。
作业调度选取一个作业的必要条件是：系统现有没末分配的资源可以满足该作业的资源要求。
作业调度是高级调度。
2、作业控制作业是在操作系统控制下执行的。
这种控制包括作业如何输入到系统中去，当作业被选中后如何去控制它的执行，在执行过程中如果出现故障又应如何处理，以及怎样控制计算结果的输出等。
作业控制是用户和操作系统的接口，有关作业控制方式，已在第3章讲过，此处不在再重复。
二、作业的状态及其转换一个作业从进入系统到退出系统一般要经历几个阶段，也就是说作业在系统中要处于几个不同的状态。
这些状态是：提交、后备、执行和完成。
1、提交状态一个作业在其处于用户手中经由输入设备进入输入井的过程，称为提交状态。
2、后备状态作业提交后，由操作员把用户提交的作业，放到卡片输入机或纸带输入机上，通过脱机办公设备或调用SPOOLing系统，将作业办公设备到磁盘上的某一盘区中，该盘区通常称为输入井。
当作业的全部信息都已进入输入井后，系统为该作业建立作业控制志，并把它插入到后备作业队列中，等待作业调度程序的调度。
一个作业处于随时等待作业调度程序调度的状态，称为后备状态。
3、执行状态一个处于后备状态的作业一旦被作业调度程序选中，且分配了必要的资源，再由作业调度程序为其建立相应的进程（如作业步进程）后，该作业就进入了执行状态。
4、完成状态当作业正常执行结束或异常终止时，作业完成状态。
此时，由作业高度程序对该作业进行后处理。
主要工作是撤消该作业的作业控制志，并收回该作业所占的系统资源，将作业的执行结果信息编入输出文件，并将有关输出文件缓冲输出到输出井中。
操作系统第五章课后习题讲解
图5.10
图5.11
第五章课后习题讲解
LOGO
这个状态是安全的。 解：这个状态是安全的。 因为C={3 C={3， }而Allocation={2， 因为C={3，7，2，3 }而Allocation={2，5，1， 2}则Available={1， 1}。 2}则Available={1，2，1，1}。 NEED 进程 P0 P1 P2 P3 P4 R0 1 2 3 3 0 R1 3 3 1 1 2 R2 1 1 2 0 1 R3 1 1 3 3 1
每个进程均只允许申请1 答：4个。每个进程均只允许申请1台，每个进程 Allocation均为 均为1 因为max max为 Available为 Allocation均为1，因为max为2，则Available为1。 此时，总共的Allocation Allocation为 所以，最多允许4 此时，总共的Allocation为4，所以，最多允许4 个进程参与竞争。 个进程参与竞争。
第五章课后习题讲解
LOGO
5.11 考虑图5.9所示的资源分配图，哪个进 程会发生死锁？
图5.9
P3、P4会发生死锁 因为P3 R3、P4、R4形成 会发生死锁。 P3、 答：P3、P4会发生死锁。因为P3、R3、P4、R4形成 环路。 环路。
第五章课后习题讲解
LOGO
5.13 假定一个系统具有四个系统类型，C={3，7， 2，3}，最大资源需求数表如图5.10所示。资源分 配器根据图5.11中的表来分配资源，这个状态安 全吗？为什么？
1 3 1 1 3 4 1 2 1 2 1 1 2 3 1 1 3 6 1 3 3 1 2 3 3 7 2 3 3 1 0 3 3 6 2 3 0 2 1 1 1 3 1 2
操作系统讲义第五章
操作系统讲义第五章在计算机的世界里，操作系统就像是一位幕后的大管家，默默地管理着各种资源，确保计算机能够高效、稳定地运行。
这一章，咱们就来深入探讨一下操作系统中的一些关键概念和技术。
首先，咱们来聊聊进程管理。
进程可以简单理解为正在运行的程序。
比如说，当您打开一个浏览器浏览网页时，就启动了一个浏览器进程。
操作系统要负责为这些进程分配资源，如 CPU 时间、内存空间等，还要协调它们之间的运行顺序，避免冲突和混乱。
进程有几种不同的状态，比如就绪态、运行态和阻塞态。
就绪态就是进程已经准备好运行，只等 CPU 分配时间给它；运行态就是进程正在使用 CPU 执行指令；阻塞态则是进程因为等待某些资源而暂时无法运行，比如等待输入数据。
为了有效地管理进程，操作系统使用了各种调度算法。
比如先来先服务算法，谁先来就先给谁分配 CPU 时间；还有短作业优先算法，优先处理运行时间短的进程，以提高系统的整体效率。
接下来，咱们谈谈内存管理。
内存是计算机存储数据和程序的地方，就像一个大仓库。
操作系统要确保不同的程序能够合理地使用内存，避免相互干扰和冲突。
内存管理有分页和分段两种主要方式。
分页是将内存分成固定大小的页，程序也被分成同样大小的页，这样便于管理和分配。
分段则是根据程序的逻辑结构，将其分成不同的段，比如代码段、数据段等。
虚拟内存技术也是内存管理中的一个重要手段。
它允许程序使用比实际物理内存更大的内存空间，通过将暂时不用的数据存储在硬盘上，当需要时再调入内存，从而扩展了程序可用的内存范围。
再说说文件管理。
文件是计算机中存储信息的基本单位，操作系统要负责文件的创建、存储、检索和删除等操作。
文件系统就像是一个文件的仓库管理员，它规定了文件的组织方式和存储结构。
常见的文件系统有 FAT、NTFS 等。
文件在存储时，会被分配一个特定的存储空间，并通过目录结构进行管理，方便用户查找和访问。
文件的访问控制也是很重要的一环。
操作系统要确保只有授权的用户能够访问和修改特定的文件，以保护文件的安全性和完整性。
计算机操作系统第四章作业详细版讲课教案
计算机操作系统第四章作业详细版讲课教案计算机操作系统第四章作业详细版1.为什么要配置层次式存储器？在计算机执行时，几乎每一条指令都涉及对存储器的访问，因此要求对存储器的访问速度能跟得上处理机的运行速度。
或者说，存储器的速度必须非常快，能与处理机的速度相匹配，否则会明显的影响到处理机的运行。
此外还要求存储器具有非常大的容量，而且存储器的价格还应很便宜。
对于这样十分严格的三个条件，目前是无法同时满足的。
于是正在现代计算机系统中都无一例外的采用了多层结构的存储器系统。
2.可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？（1）绝对装入方式当计算机系统很小，且仅能运行单道程序时，完全有可能知道程序将驻留在内存的什么位置。
此时可以采用绝对装入方式。
用户程序编译后，将产生绝对地址的目标代码。
（2）可重定位装入方式绝对装入方式只能将目标模块装入到内存中事先指定的位置，这只适用于单道程序环境。
而在多道程序环境下，编译程序不可能预知经编译后所得到的目标模块应放在内存的何处。
因此，对于用户程序编译所形成的若干个目标模块，它们的起始地址通常都是从0开始的，程序中的其他地址也都是想对于起始地址计算的。
此时，不可能再采用绝对装入方式，而应采用可重定位装入方式，他可以根据内存的具体情况将装入模块装入到内存的适当位置。
（3）动态运行时的装入方式可重定位装入方式可将装入模块装入到内存中任何允许的位置，故可用于多道程序环境，但该方式并不允许程序运行时在内存中移动位置。
因为，程序在内存中的移动，意味着它的物理位置发生了变化，这时必须对程序和数据的地址（绝对地址）进行修改后方能运行。
然而，实际情况是，在运行过程中他在内存中的位置肯能经常要改变。
动态运行时的装入程序在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的逻辑地址转换为物理地址，而是把这种地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。
因此，装入内存后的所有地址都仍然是逻辑地址。
3.何谓静态链接？静态链接时需要解决两个什么问题？在程序运行之前，先将各目标模块及他们所需的库函数链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开，我们把这种事先进行链接的方式称为静态链接方式。
操作系统第4-5章作业2015讲解
第4-5章作业1、“整体对换从逻辑上也扩充了内存，因此也实现了虚拟存储器的功能”这种说法是否正确？请说明理由。
答：上述说明法是错误的。
整体对换将内存中暂时不用的某个程序及其数据换出至外存，腾出足够的内存空间以装入在外存中的、具备运行条件的进程所对应的程序和数据。
虚拟存储器是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统，是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统，它的实现必须建立在离散分配的基础上。
虽然整体对换和虚拟存储器均能从逻辑上扩充内存空间，但整体对换不具备离散性。
实际上，在具有整体对换功能的系统中，进程的大小仍受到实际内存容量的限制。
2、什么叫静态重定位，什么叫动态重定位，它们分别与何种装入方式相对应？答：把作业装入内存中随即进行地址变换的方式称为静态重定位，在作业执行期间，当访问到指令或数据时才进行地址变换的方式称为动态重定位。
它们分别和可重定位、动态运行时装入方式相对应。
3、虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？答：虚拟存储器具有离散性、多次性、对换性和虚拟性的特征。
其中最本质的特征是离散性，在此基础上又形成了多次性和对换性，所表现出来的最重要的特征是虚拟性。
4、某系统采用页式存储管理策略，拥有逻辑空间32页，每页为2KB，拥有物理空间1MB。
1）写出逻辑地址的格式。
2）若不考虑访问权限等，进程的页表有多少项？每项至少有多少位？3）如果物理空间减少一半，页表结构应相应作怎样的改变？答：1）该系统拥有逻辑空间32页，故逻辑地址中页号必须用5位来描述，而每页为2KB，因此，页内地址必须用11位来描述。
这样，可得到它的逻辑地址格式如下：2）每个进程最多有32个页面，因此，进程的页表项最多为32项；若不考虑访问权限等，则页表项中只需给出页所对应的物理块号。
1MB的物理空间可分成29个内存块，故每个页表项至少有9位。
3）如果物理空间减少一半，则页表中项表项数仍不变，但每项的长度可减少1位。
2024版《操作系统第五章》ppt课件
云计算、大数据等新技术对操作系统影响
要点一
云计算对操作系统的影响
要点二
大数据对操作系统的影响
云计算是一种基于互联网的计算方式，它将计算资源和服务 以虚拟化的形式提供给用户。云计算对操作系统提出了新的 要求，如支持虚拟化技术、提供弹性资源调度、保障数据安 全性等。
大数据是一种基于海量数据的存储和处理技术，它要求操作 系统能够提供高效的数据存储、管理和处理能力。为了适应 大数据的需求，操作系统需要采用一系列优化技术，如分布 式文件系统、内存数据库等，提高数据处理效率和可靠性。 同时，还需要加强对数据安全和隐私的保护。
要点二内 地址两部分组成。
要点三
内存分配
在为进程分配内存时，以块为单位将进 程中的若干个页分别装入到多个可以不 相邻接的物理块中。
分段存储管理方式
基本原理
地址结构
分段存储管理方式是按照用户进程中的 自然段划分逻辑空间。例如，用户进程 由主程序、两个子程序、符号表、栈和 一组数据组成，于是可以把这个用户进 程划分为5个段，每一段的起始地址由 用户给出。
进程通信
指进程之间的信息交换。进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此 各进程拥有的内存地址空间相互独立。为了保证安全，一个进程不能直接访问另一 个进程的地址空间。但是进程之间的信息交换又是必须实现的。
03
CATALOGUE
内存管理
内存基本概念及原理
01
内存定义
内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机
中断技术原理及应用
01
中断技术应用
02
实现多道程序并发执行。
03
实现实时处理。
计算机操作系统教程 第4章
处理机调度可以分为4级：
(1) 作业调度：高级调度。 其主要任务是按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行 选择，给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源，并建 立相应的进程，以使该作业的进程获得竞争处理机的权利。另外， 当该作业执行完毕时，还负责回收系统资源。 (2) 交换调度：又称中级调度。 其主要任务是按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中的就 绪状态或就绪等待状态的进程调入内存，或把处于内存就绪状态或 内存等待状态的进程交换到外存交换区。交换调度主要涉及到内存 管理与扩充。 (3) 进程调度：又称微观调度或低级调度。 其主要任务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的进程 占用处理机。在确定了占用处理机的进程后，系统必须进行进程上 下文切换以建立与占用处理机进程相适应的执行环境。 (4) 线程调度
(2) 选择占有处理机的进程 进程调度的主要功能是按照一定的策略选择一 个处于就绪状态的进程，使其获得处理机执行。根 据不同的系统设计目的，有各种各样的选择策略， 例如系统开销较少的静态优先数调度法，适合于分 时系统的轮转法和多级反馈轮转法等。这些选择策 略决定了调度算法的性能。
(3) 进行进程上下文切换 一个进程的上下文（context）包括进程的状 态、有关变量和数据结构的值、硬件寄存器的值和 PCB以及有关程序等。一个进程的执行是在进程的 上下文中执行。当正在执行的进程由于某种原因要 让出处理机时，系统要做进程上下文切换，以使另 一个进程得以执行。当进行上下文切换时，系统要 首先检查是否允许做上下文切换（。然后，系统要 保留有关被切换进程的足够信息，以便以后切换回 该进程时，顺利恢复该进程的执行。在系统保留了 CPU现场之后，调度程序选择一个新的处于就绪状 态的进程，并装配该进程的上下文，使CPU的控制 权转换到被选中进程中。
操作系统-4-5章作业答案
4.2试述作业调度的主要功能。
（1）记录系统中各作业的状况，包括执行阶段的有关情况。
（2）从后备队列中挑选出一部分作业投入执行。
（3）为被选中作业做好执行前的准备工作。
（4）在作业执行结束时做善后处理工作。
4.4进程调度的功能有哪些？（1）记录系统中所有进程的执行情况。
（2）选择占有处理机的进程。
（3）进行进程上下文切换。
4.5进程调度的时机有哪几种？（1）当前进程自己调用sleep,wait等进入休眠状态。
（2）当前进程从系统调用进程执行结束后返回用户态时，它的优先级已经低于其它就绪状态进程，或调度标志被置位。
（3）当前进程在完成中断和陷阱处理后返回用户态时，它的优先级已经低于其它就绪状态进程或调度标志被置换。
（4）时间片被用完，而且当前进程的优先级低于其他就绪进程。
（5）当亲进程调用exit自我终止时。
计算在单道程序下，采用先来先服务调度算法和最短作业优先调度算法时的平均周转时间和平均带权周转时间，并指出它们的调度顺序。
（注：周转时间：从作业提交算起，直到执行完毕这段时间带权周转时间：作业的周转时间T与系统为其提供服务的服务时间之比）最短作业优先调度算法：平均周转时间（时间单位：分）：（120+138-50+168-40+228-20）/ 4=136平均带权周转时间（时间单位：分）：（120/120+（120+18-50）/18+（120+18+30-40）/30+ （120+18+30+60）/60）=19.73调度顺序：1--4--3--2先来先服务调度算法：平均周转时间（时间单位：分）：（120+180-20+210-40+228-50）/ 4=157平均带权周转时间（时间单位：分）：（120/120+160/60+170/30+178/18）=19.2调度顺序：1--2--3--45.9什么是页式管理？静态页式管理可以实现虚存吗？页式管理：就是把各进程的虚拟空间划分为若干长度相等的页面，把指令按页面大小划分后存放，在内存中执行或只在内存中存放那些经常被执行或即将被执行的页面，而那些不被经常执行以，及在近期内不可能被执行的页面则存放于外存中，按一定规则调入的一种内存管理方式。
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第4-5章作业
1、“整体对换从逻辑上也扩充了内存，因此也实现了虚拟存储器的功能”这种说法是否正确？请说明理由。
答：上述说明法是错误的。
整体对换将内存中暂时不用的某个程序及其数据换出至外存，腾出足够的内存空间以装入在外存中的、具备运行条件的进程所对应的程序和数据。
虚拟存储器是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统，是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统，它的实现必须建立在离散分配的基础上。
虽然整体对换和虚拟存储器均能从逻辑上扩充内存空间，但整体对换不具备离散性。
实际上，在具有整体对换功能的系统中，进程的大小仍受到实际内存容量的限制。
2、什么叫静态重定位，什么叫动态重定位，它们分别与何种装入方式相对应？
答：把作业装入内存中随即进行地址变换的方式称为静态重定位，在作业执行期间，当访问到指令或数据时才进行地址变换的方式称为动态重定位。
它们分别和可重定位、动态运行时装入方式相对应。
3、虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？
答：虚拟存储器具有离散性、多次性、对换性和虚拟性的特征。
其中最本质的特征是离散性，在此基础上又形成了多次性和对换性，所表现出来的最重要的特征是虚拟性。
4、某系统采用页式存储管理策略，拥有逻辑空间32页，每页为2KB，拥有物理空间1MB。
1）写出逻辑地址的格式。
2）若不考虑访问权限等，进程的页表有多少项？每项至少有多少位？
3）如果物理空间减少一半，页表结构应相应作怎样的改变？
答：1）该系统拥有逻辑空间32页，故逻辑地址中页号必须用5位来描述，而每页为2KB，因此，页内地址必须用11位来描述。
这样，可得到它的逻辑地址格式如下：
2）每个进程最多有32个页面，因此，进程的页表项最多为32项；若不考虑访问权限等，则页表项中只需给出页所对应的物理块号。
1MB的物理空间可分成29个内存块，故每个页表项至少有9位。
3）如果物理空间减少一半，则页表中项表项数仍不变，但每项的长度可减少1位。
5、对于下表所示的段表，请将逻辑地址（0，137）、（1，4000）、（2，3600）、（5，230）转
换成物理地址。
段表
答：[0,137]：50KB+137=51337；
[1，4000]：段内地址越界；
[2，3600]：70KB+3600=75280；
[5，230]：段号越界。
6、在请求分页系统中，页表应包括哪些数据项？每项的作用是什么？
答：请求分页的页表项如下：页号、物理块号、状态位P、访问字段A、修改位M、外存地址。
●状态位P：指示该页是否已调入内存；
●访问字段A：记录本页在一段时间内被访问的次数，或记录本页最近已有多长时间
未被访问，供选择换出页面时参考；
●修改位M：该页在调入内存后是否被修改过，供置换页面时参考；
●外存起址：指出该页在外存上的地址，供调入该页时参考。
7、在一个请求分页系统中，假如一个作业的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、
1、5，目前它还没有任何页装入内存，当分配给该作业的物理块数目M分别为3和4时，
请分别计算采用OPT、LRU和FIFO页面淘汰算法时，访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。
（选做括号内的内容：根据本题的结果，请查找资料，说明什么是Belady现象，在哪种置换算法中会产生Belady现象，为什么？）
答：1）使用OPT算法时，访问过程中发生缺页的情况为：当M=3时，缺页次数为7，缺页率为7/12；当M=4时，缺页次数为6，缺页率为6/12。
可见，增加分配给作业的内存块数，可减少缺页次数，从而降低缺页率。
访问过程中的缺页情况（M=3，OPT算法）
2）使用LRU算法时，访问过程中发生缺页的情况为：当M=3时，缺页次数为10，缺页率为10/12；当M=4时，缺页次数为8，缺页率为8/12。
可见，增加分配给作业的内存块数，可减少缺页次数，从而降低缺页率。
3）使用FIFO算法时，访问过程中发生缺页的情况为：当M=3时，缺页次数为9，缺页率为9/12；当M=4时，缺页次数为10，缺页率为10/12。
可见，增加分配给作业的内存块数，反而增加了缺页次数，提高了缺页率，这种现象被称做Belady现象。
8、现有一请求调页系统，页表保存在寄存器中。
若一个被替换的页未被修改过，则处理一
个缺页中断需要8ms；若被替换的页已被修改过，则处理一个缺页中断需要20ms。
内存存取时间为1us，访问页表的时间可忽略不计。
假定70%被替换的页被修改过，为保证有效存取时间不超过2us，可接受的最大缺页率是什么？
答：如果用p表示缺页率，则有效访问时间不超过2us可表示为
（1-p）×1us+p×(0.7×20ms+0.3×8ms+1us)≦2us，
因此可计算出：p≦1/16400≈0.00006，
即可接受的最大缺页率为0.00006。