第6章 多处理器系统和处理器管理
计算机组成原理第六章课件白中英版
66MHz的Pentium，基本非流水线总线周期
64÷2×66×106 bps＝264 MB/S
66MHz的Pentium，2-1-1-1猝发读周期
32÷5×66×106 B/S＝422.4 MB/S
【例1】(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字 节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期， 总线时钟频率为33MHz，则总线带宽是多少?
STROBE*（选通）信号
•输出低有效，才能使打印机接收数据
ACK*（响应）信号
•打印机接收数据结束回送负脉冲响应信号
BUSY（忙状态）信号
•打印机忙于处理接收到的数据，不能接收新的数据
6.3.3 总线数据传送模式
读数据传送：数据由从设备到主设备 写数据传送：数据由主设备到从设备 猝发传送（数据块传送）
演示
每个数据位都需要单独一条传输线。二进制数 “0”或“1”在不同的线上同时进行传送
串行通信
串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号 线，一位一位顺序传送的方式
串行通信的优势：用于通信的线路少，因而在 远距离通信时可以极大地降低成本
通信协议（通信规程）：收发双方共同遵守
解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、 数据校验等问题
发送8位数据：59H＝01011001B，偶校验、两个停止位
6.3.1 总线的仲裁
主设备(Master)：控制总线完成数据传输 从设备(Slave)：被动实现数据交换 总线仲裁：决定当前控制总线的主设备
•集中仲裁：中央仲裁器负责 •分布仲裁：比较各个主设备仲裁号决定
某一时刻，只能有一个主设备控制总线， 其它设备此时可以作为从设备
六章CPU设计
下地址控制编码方式
一般情况下后继微指令旳地址有下列几种给出方式：顺序递增法：将µPC设置成可实现自动加1旳功能，每当完毕目前指令旳执行，就以µPC +1后旳值为地址在控制存储器中取下一条微指令。直接给出法：下一条微指令旳地址直接取自微指令中旳下地址字段。分支转移法：在包括分支转移旳微指令中常设置一种条件选择子区域，用于指出哪些鉴定条件被测试，与此同步转移地址被存储在下地址字段。当转移条件满足时，将下地址字段旳内容读入到µPC中，取下一条微指令，实现微程序转移。若转移条件不满足，微程序则顺序执行。微程序入口地址旳形成：每条机器指令所相应旳微程序旳入口地址（首地址），一般由指令旳操作码所决定。在机器加电后，第一条微指令旳地址一般是由专门旳逻辑电路生成，也能够采用由外部直接输入旳形式取得。
操作控制编码方式
在操作控制字段一般涉及一种或多种操作控制域，每个控制域可控制一种或一组控制信号旳生成，根据控制信号是直接生成于控制域还是译码生成控制信号旳不同可分为下列几种形式。直接控制法：操作控制字段旳每一位都与一种独立控制信号相相应。若目前微指令旳某一位ki=1，则与之相应ci控制信号有效，不然ci控制信号无效。分段编码控制法：在微程序级别，许多微操作是能够并行执行。一般采用将微指令旳操作控制字段提成k个相互独立旳控制域，每一种控制域存储一组微操作，每一种编码相应一种微操作，每一种微操作都能够与其他控制域所存储旳任意一种微操作并行执行，但在组内旳微操作之间是互斥旳，不允许在同一时间段内发生或有效。分段间接编码控制法：在微指令格式里，假如一种字段旳含义不只决定本字段编码，还兼由其他字段决定，则可采用分段间接编码控制法。此时一种字段兼有两层或两层以上旳含义。其他方式：在实际微指令中操作控制编码并不是只单独采用上述三种编码方式中旳一种，而是将上述三种混合使用，以确保能综合考虑指令旳字长、灵活性和执行微程序旳速度等方面旳要求。
第6章__设备管理习题
第5章设备管理（I/O系统）一、单项选择题1、缓冲技术中的缓冲池在（）中A．主存B．外存C．ROMD．寄存器2、引入缓冲的主要目的是（）。
A．改善CPU和I/O设备之间速度不匹配的情况B．节省内存C．提高CPU的利用率D．提高I/O设备的效率3、CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用（）A．并行技术B．通道技术C．缓冲技术D．虚存技术4、为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出，最好使用（）结构的缓冲技术A．缓冲池B．闭缓冲区环C．单缓冲区D．双缓冲区5、通过硬件和软件的功能扩充，把原来独立的设备改造成能为若干用户共享的设备，这种设备称为（）A．存储设备B．系统设备C．用户设备D．虚拟设备6、如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，这种数据交换方式是（）A．程序查询B．中断方式C．DMA方式D．无条件存取方式7、中断发生后，应保留（）A．缓冲区指针B．关键寄存器内容C．被中断的程序D．页表8、在中断处理中，输入/输出中断是指（）I．设备出错II。
数据传输结束A．IB．IIC．I和IID．都不是9、中断矢量是指（）A．中断处理程序入口地址B．中断矢量表起始地址C．中断处理程序入口地址在中断矢量表中的存放地址D．中断断点的地址10、如果有多个中断同时发生，系统将根据中断优先级响应优先级最高的中断请求。
若要调整中断事件的响应次序，可以利用（）A．中断向量B．中断嵌套C．中断响应D．中断屏蔽11、设备管理程序对设备的管理是借助一些数据结构来进行的，下面的（）不属于设备管理数据结构。
A．JCBB．DCTC．COCTD．CHCT12、大多数低速设备都属于（）设备A．独享B．共享C．虚拟D．SPOOLING13、（）用作连接大量的低速或中速I/O设备A．数组选择通道B．字节多路通道C．数组多路通道14、（）是直接存取的存储设备A．磁盘B．磁带C．打印机D．键盘显示终端15、以下叙述中正确的为（）A．在现代计算机中，只有I/O设备才是有效的中断源B．在中断处理过程中必须屏蔽中断C．同一用户所使用的I/O设备也可能并行工作D．SPOOLING是脱机I/O系统16、（）是操作系统中采用的以空间换取时间的技术。
第6章阵列处理机
第 6 章 并行处理机和相联处理机
第6章 阵列处理机
6.1 阵列处理机的原理
第 6 章 并行处理机和相联处理机
6.1.2 ILLIACⅣ的处理单元阵列结构 由于阵列处理机上的并行算法的研究是与结构紧密联系 在一起的，因此，下面先介绍一下ILLIACⅣ阵列机上处理单 元的互连结构。ILLIACⅣ是采用如图6-1所示的分布存储器构 形，其处理单元阵列结构如图6-3所示。其中，PUi 为处理部 件，包含64位的算术处理单元PEi、所带的局部存储器PEMi和
用到下面的累加和并行算法。即使如此，就K的并行来说，
速度的提高也不是8倍，而只是8/log28，接近于2.7倍。
第 6 章 并行处理机和相联处理机
3.累加和 这是一个将N个数的顺序相加转为并行相加的问题。为 得到各项累加的部分和与最后的总和，要用到处理单元中的 活跃标志位。只有处于活跃状态的处理单元才能执行相应的 操作。为叙述方便取N=8，即有8个数A(I)顺序累加，其中 0≤I≤7。 在SISD计算机上可以写成下列FORTRAN程序： C=0
PEM内，且在全部64个PEM中，让A、B和C的各分量地址
均对应取相同的地址α、α+1和α+2，如图6-4所示。这样， 实现矩阵加只需用下列三条ILLIACⅣ汇编指令：
第 6 章 并行处理机和相联处理机
LDA ADRN
Hale Waihona Puke ALPHA ;全部(α)由PEMi送PEi的累加器RGAi ALPHA+1 ;全部(α+1)与(RGAi)浮点加，结果送 RGAi
6.1中央处理器的结构与功能-计算机系统原理-刘均-清华大学出版社
6.1.2中央处理器的基本结构
在CPU内部，有寄存器组、运算器和控 制器等。
（1）寄存器组
◦ 每一个CPU内部都会设置一些寄存器，用于 保存运算数据或运算结果。在图6.1所示的 计算机中，n个寄存器名称为R0~Rn-1。这些 寄存器需要有数据输入输出的控制信号。 数据输入寄存器的控制信号定义为Rnin，数 据输出寄存器的控制信号定义为Rnout。
6.1中央处理器的结构与功能
计算机系统中，中央处理器（Central Processing Unit，CPU）是计算机工作的指挥 和控制中心。中央处理器是由运算器和控制 器两大部分组成的。控制器的主要功能是从 内存取出指令，对指令进行译码，产生相应 的操作控制信号，控制计算机的各个部件协 调工作。运算器接受控制器的命令进行操作 ，完成所有的算术运算和逻辑运算。控制器 是整个系统的操控中心。在控制器的控制之 下，运算器、存储器和输入、输出设备等部 件构成一个有机的整体。
6.1.2中央处理器的基本结构
（2）运算器
运算器包括算术逻辑单元ALU和暂存器。ALU完成各 种算术运算和逻辑运算。暂存器用于暂存ALU运算的 数据和结果。在图6.1所示的计算机中，Y是ALU的输 入暂存器，存放一个需要ALU运算的数据。Z是ALU的 输出暂存器，存放ALU运算后的结果。暂存器Y有2个 控制信号，数据输入Y的控制信号定义为Yin，数据输 出Y的控制信号定义为Yout。暂存器Z有2个控制信号 ，数据输入Z的控制信号定义为Zin，数据输出Z的控 制信号定义为Zout。ALU有多种运算，控制信号比较 多，图6.1所示计算机中简化这些控制信号，其中+表 示ALU加法控制信号，-表示ALU减法控制信号，1->C0 表构
存储器地址寄存器MAR用来保存当前 CPU所访问的内存单元地址。由于CPU 和内存之间有速度差异，所以必须使用 地址寄存器来保存地址信息，直到内存 读写操作完成。存储器数据寄存器MDR 是CPU和主存及外部设备之间信息传送 的中转站。当通过数据总线向存储器或 外部设备存取数据时，数据暂时存放在 MDR中，因此也称为数据缓冲器。
操作系统第6章(设备管理习题与解答)
第6章设备管理习题与解答6.1 例题解析例6.2.1 何谓虚拟设备？请说明SPOOLing系统是如何实现虚拟设备的。
解本题的考核要点是虚拟设备的实现方法。
虚拟设备是指利用软件方法，比如SPOOLing系统，把独享设备分割为若干台逻辑上的独占的设备，使用户感受到系统有出若干独占设备在运行。
当然，系统中至少一台拥有物理设备，这是虚拟设备技术的基础。
SPOOLing系统又称“假脱机I/O系统”，其中心思想是，让共享的、高速的、大容量外存储器（比如，磁盘）来模拟若干台独占设备，使系统中的一台或少数几台独占设备变成多台可并行使用的虚拟设备。
SPOOLing系统主要管理外存上的输入井和输出井，以及内存中的输入缓冲区和输出缓冲区。
其管理进程主要有输入和输出进程，负责将输入数据装入到输入井，或者将输出井的数据送出。
它的特点是：提高了 I/O操作的速度；将独占设备改造为共享设备；实现了虚拟设备功能。
例 6.2.2 有关设备管理要领的下列叙述中，( )是不正确的。
A．通道是处理输入、输出的软件B．所有外围设备都由系统统一来管理C．来自通道的I/O中断事件由设备管理负责处理D．编制好的通道程序是存放在主存贮器中的E．由用户给出的设备编号是设备的绝对号解本题的考核要点是设备管理的基本概念。
(1) 通道是计算机上配置的一种专门用于输入输出的设备，是硬件的组成部分。
因此A是错误的。
(2) 目前常见I/O系统其外部设备的驱动和输入输出都由系统统一管理。
因此B是对的。
(3) 设备管理模块中的底层软件中配有专门处理设备中断的处理程序。
通道中断属于设备中断的一种。
因此C是对的。
(4) 通道设备自身只配有一个简单的处理装置（CPU），并不配有存储器，它所运行的通道程序全部来自内存。
因此D是对的。
(5) 系统在初启时为每台物理设备赋予一个绝对号，设备绝对号是相互独立的。
由用户给出的设备号只能是逻辑编号，由系统将逻辑号映射为绝对号。
因此E是错误的。
计算机组成原理第6章
第6章中央处理器
图 6－6 指令周期与 CPU 周期的包含关系
第6章中央处理器
6. 1. 4 指令执行流程 指令的执行是从取指周期开始的。取指周期主要完成从
内存取出要执行的指令,并使指针指向下一条指令,即 PC=PC+ “ 1 ”,这里的“ 1 ”表示当前这条指令的实际字长。 取指完成后,对指令进行译码,再转入具体的指令执行过程。 指令在执行过程中如果采用间接寻址方式,还需要增加间址 周期,如图 6－5 所示。
第6章中央处理器
3. 时序控制 每一条指令在执行的过程中,必须在规定的时间给出各 部件所需操作控制的信号,才能保证指令功能的正确执行。 因此,时序控制就是定时地给出各种操作信号,使计算机系统 有条不紊地执行程序。 4. 数据加工 数据加工是指对数据进行算术运算、逻辑运算或其他处 理。
第6章中央处理器
第6章中央处理器
图 6－7 所示是一个采用总线结构将运算器、寄存器连 接起来的控制器内部数据通路。其各部件与内部总线 IBUS 和系统总线 ABUS 、 DBUS 的连接方式如图中所示,图中的 “ o ”为控制门,在相应控制信号(信号名称标在“o ”上)的控 制下打开,建立各部件之间的连接。GR 是通用寄存器组, X 和 Z 是两个暂存寄存器。
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
操作系统概念(第九版)答案
操作系统概念(第九版)答案简介《操作系统概念(第九版)答案》是一本针对《操作系统概念(第九版)》教材的答案集合。
本文档旨在提供读者对操作系统相关概念的理解和应用基础。
目录1.引论2.进程管理3.处理机调度4.进程同步5.死锁6.内存管理7.虚拟内存8.文件系统9.输入与输出10.磁盘存储管理11.安全性和保护12.分布式系统13.多媒体操作系统14.实时系统第一章引论本章的目标是介绍操作系统的概念和功能，包括定义了什么是操作系统、操作系统的历史和发展、操作系统的分类以及操作系统的基本组成部分。
问题1：操作系统是什么？答案：操作系统是一个管理计算机硬件和软件资源的软件系统。
它为用户提供一个在硬件和软件之间进行交互的接口，同时协调和控制计算机的各个组件，以实现有效和可靠的计算机操作。
问题2：操作系统的历史和发展？答案：操作系统的历史可以追溯到大约20世纪50年代，当时计算机的使用范围相对较小，操作系统也比较简单。
随着计算机技术的发展，操作系统逐渐变得复杂而且功能强大。
在20世纪60年代，随着多道程序设计的发展，操作系统开始支持同时运行多个程序。
这就导致了对资源的合理分配和进程调度的需求。
同时，操作系统的文件系统和输入输出功能也得到了改进和扩展。
在20世纪70年代，个人计算机的出现使得操作系统变得更加普及。
同时，分时操作系统和分布式操作系统的概念也开始出现。
到了20世纪80年代和90年代，图形用户界面(GUI)的引入和互联网的普及使得操作系统更加用户友好和功能丰富。
现在，操作系统已经成为计算机系统中不可或缺的一部分，为计算机用户提供各种功能和服务。
问题3：操作系统的分类有哪些？答案：操作系统可以根据不同的标准进行分类。
以下是国际上常用的操作系统分类方法：1.目标计算机系统：大型机操作系统、小型机操作系统、微型机操作系统、嵌入式系统操作系统。
2.处理方式：批处理系统、分时操作系统、实时操作系统。
3.用户数量：单用户操作系统、多用户操作系统。
第6章 中央处理器
教学内容安排•第一章绪论•第二章数码系统•第三章运算方法和运算器•第四章存储系统•第五章指令系统•第六章中央处理器•第七章输入输出设备•第八章输入输出系统第六章中央处理器•6.1CPU的组成及功能• 6.2指令的执行过程• 6.3微程序控制器• 6.4中断系统•*6.5流水结构教学重点和难点•cpu的功能和组成、指令的执行过程和中断系统第六章中央处理器 6.1 CPU的组成与功能•中央处理器（CPU）–是计算机的大脑，计算机的运算、控制都是由它来处理的。
它的发展非常迅速，其主要功能就是控制各部件的协调工作–CPU的四个主要功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
第六章中央处理器 6.1 CPU的组成与功能•CPU的组成–由两个主要部分组成：控制器和运算器。
这两部分功能不同，配合工作。
–运算器的功能：执行所有的算术运算、执行所有的逻辑运算。
–控制器功能有：1、从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。
2、对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号。
3、指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。
第六章中央处理器 6.1 CPU的组成与功能•运算器部分–在控制器的控制下完成各种算术和逻辑运算。
第六章中央处理器 6.1 CPU的组成与功能•运算器组成–ALU（由全加器组成），输入：累加器、暂存器，输出：内部数据总线–寄存器：1、通用寄存器组2、标志寄存器3、专用寄存器第六章中央处理器 6.1 CPU的组成与功能•控制器部分–程序计数器PC：功能：完成指令控制、操作控制、时序控制第六章中央处理器 6.1 CPU的组成与功能•控制器组成–程序计数器PC：存放待执行指令在存储器中的地址。
任何程序执行前，应将程序的首地址置入PC中，通常，PC内容顺序加1；遇到转移指令，将转移的目标地址置入PC，即可实现程序转移。
–指令寄存器IR：存放从存储器中取出的待执行的指令。
–指令译码器ID：暂存在IR中的指令，其操作码部分经译码后才能识别当前要执行指令的性质，ID的功能也在于此。
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11
6.1 多处理器系统
• 6.1.5 主/从式处理器系统（非对称处理器系统） -系统中有主处理器； -主处理器运行操作系统，从处理器运行用户程序； -系统的调用通过跨机中断实现； -主处理器上有等待队列。
优点： ！简化了系统互斥问题（仅一个处理器可运行OS）； ！操作系统代码可以是不可重入的。 缺点：！主处理器负荷重； ！系统可靠性差（主处理器瓶颈）； ！从处理器的效率不高。
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 15
6.2 对称式多处理器系统（SMP）
• 2、调度：多个处理器的调度问题； 3、同步：多处理器上运行的进程由于共享资源及相互 协作而产生的同步问题； 4、存储管理：共享存储器而产生的一致性和互斥问题； 5、可靠性和容错：可检测到出错处理器， 并重新组织数据结构等。 重要的区别 在于系统资 源的管理
6.3 调度的层次和作业调度
• 6.3.2 作业状态 作业也有生命周期，作业提交给系统直到运行结束， 可能有如下状态及其状态转换：
作业调度 SPOOL 系统 运行
内存
执行
提交
后备 就绪 阻塞
完成
进程调度 交换调度 挂起 就绪
第6章 多处理器系统和处理器管理
挂起 阻塞
操作系统基础 20
6.3 调度的层次和作业调度
调用进程管理 程序建立进程
第6章 多处理器系统和处理器管理
6程调度的关系 进程调度从就绪队列中挑选一个进程占有处理机运行。 作业调度 进程调度 进程占有CPU
（建立进程）
选进程进入主存
（位于OS内核）
通过原语实现：
使其具有占有
CPU的可能
分配CPU的使用
2、共享存储器系统（紧密耦合系统） -多个处理器共享存储器； -处理器间的通信经由存储器进行。 -可划分为： ！主/从式多处理器结构； ！对称式多处理器系统。 （分类方法见pp117图6.6）
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 10
6.1 多处理器系统
第6章 多处理器系统和处理器管理
操作系统基础
6.3 调度的层次和作业调度
• 2）作业控制块JCB 由SPOOLING系统建立，记录作业相关信息的数据结
构。
1）标志了作业的存在 2）记录作业所有信息 3）作业调度进行调度的依据 JCB的结构：见：pp122图6.8 JCB的作用与 PCB的作用 基本相同！
第6章 多处理器系统和处理器管理
操作系统基础
22
6.3 调度的层次和作业调度
6.8 第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 23
6.3 调度的层次和作业调度
• 2、作业调度及其功能 作业调度：按照某种调度算法从后备队列中挑选作业
进入主存运行。
1）调度原则
1）对所有作业公平合理
2）设备有较高的利用率 3）能运行尽可能多的作业 4）有较快的响应时间
操作系统基础 29
6.4 单处理器系统的处理器调度
• 例如：（进程调度的时机） 1）正在执行的进程执行结束 2）正在执行的进程自己阻塞自己 3）正在执行的进程进行了wait、signal操作： 如：Wait操作，由于资源不足而阻塞自己 Signal操作，唤醒了优先级高的进程 4）正在执行的进程提出了资源要求 5）分时系统中时间片到时 6）执行完系统调用后，重新调度（有的系统采用） 7）就绪队列中新增高于正在执行进程优先级的进程
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 12
6.2 对称式多处理器系统（SMP）
• 6.2.1 对称式多处理器系统的基本概念 特点： 1、系统中有多个处理器，所有的处理器地位平等；
-每个处理器都可以运行操作系统和内核程序处理中断、 调度进程等； -每个处理器都可以控制I/O设备和系统中其他设备。
第6章 多处理器系统和处理器管理
操作系统基础
17
6.3 调度的层次和作业调度
• 1、长期调度（高级调度、作业调度） 1）自外存选择作业进入内存 2）分配I/O资源 注意高级调度同中 级调度的区别！ 3）建立进程 4）作业执行结束后回收系统资源 2、中期调度（中级调度、交换调度） 1）决定那些进程可以参与竞争CPU 2）内外存负荷的平衡：挂起就绪<──>活动就绪 挂起阻塞<──>活动阻塞 （外存） （内存） 交换调度涉及到内存，所以也可以归为内存管理部分。
操作系统基础
31
6.4 单处理器系统的处理器调度
• 3、均衡处理系统和用户的要求
一对矛盾 系统要求：提高利用率
用户要求：及时响应（作业独占）
4、优先运行优先级高的进程（优先级调度方法） 5、优先级调度方法中的“可抢占”和“不可抢占”策略 不可抢占：除自己的原因外不可被其他进程抢占CPU 可抢占：允许其他进程抢占CPU
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 16
6.3 调度的层次和作业调度
6.3.1 调度的层次
此图说明了 交换调度 一个作业自建立 中级调度 到 中期调度 输出结果 的历程 调入 占有CPU
作业1 作业2 ……
输入 外存 作业调度 宏观调度 高级调度 长期调度
内存
执行
输出
作业n
进程调度 微观调度 低级调度 短期调度
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 3
6.1 多处理器系统
• 如：编译程序利用隐性并行性的技术方法： 1）循环分配 循环体内的语句可能并行。 2）树高降低 利用算术运算用的各种定律降低树高增加并行性。 3）“不等待”规则 加快程序执行的措施（非并行性算法），将将来可 能用到的运算提前执行。
2、系统中所有的处理器共享存储器，没有私有的主存 储器。 （见pp119图6.7）
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 13
6.2 对称式多处理器系统（SMP）
第6章 多处理器系统和处理器管理
操作系统基础
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6.2 对称式多处理器系统（SMP）
• 6.2.2 多处理器操作系统 与单机操作系统没有原则上的不同，更多的是技 术层次上的差别。多处理器操作系统仍然是实现资源 管理。 最大的差别在于处理器管理（包括处理器调度） 主要涉及： 1、多个进程或线程并发执行（同单机系统不同）； -多个进程可能同时运行内核代码，要求代码可重入； -数据库需很好的保护，如：死锁，互斥，挨饿问题。
进程调度投入运行，选择新的进程占有处理机）。
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 28
6.4 单处理器系统的处理器调度
• 处理器调度决定处理器时间的分派 -决定那个进程（线程）在处理器上运行 -由专门的程序实现调度，称为调度程序 • 调度的时机 -什么时刻调度程序运行 ！时钟中断 ！I/O中断 ！访管中断 ！信号（信号量操作） -调度程序运行将引发进程状态的改变
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 4
6.1 多处理器系统
第6章 多处理器系统和处理器管理
操作系统基础
5
6.1 多处理器系统
• 6.1.3 多处理器系统的硬件组织 技术关键是处理器、输入输出处理器和存储部件的 联结方式。 1、总线式结构 各部件通过总线相连，构成分时总线或公共总线系统。
操作系统基础
7
6.1 多处理器系统
• 2、交叉式开关结构（见pp117图6.4） 通过纵横开关把横向的处理器和纵向的存储器相连接。 -连接硬件复杂； -必须解决访问冲突问题。
3、多端口存储器结构（见pp117图6.5） 通过存储器模块的端口（读、写端口）实现存储器与 处理器的连接。 -存储器配有（多个）读写端口； -相同端口连接在一起； -端口带有端口控制逻辑；
• 6.3.3 作业的调度 实现作业由后备状态向完成状态的转换。 1、后备作业队列和作业控制块
1）后备作业队列
输入到磁盘内的作业按作业的类型分成多个后备作
业队列。
作业的类型可分为：CPU型：大量的时间使用CPU计算 I/O型：有较多的I/O操作 例如：按作业到达的顺序；按作业的优先级别等。
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 21
权，如建立，撤消
控制权交给进 程调度 调度进程的 就绪队列
第6章 多处理器系统和处理器管理
操作系统基础
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6.3 调度的层次和作业调度
• 补充2、进程调度的功能 1）记录系统内所有进程的执行情况，通过PCB实现 2）选择占有处理机的进程 选择策略： 静态优先级调度算法
轮转法
多级反馈轮转法等
3）控制进程间状态的转换（间接的，如有进程阻塞后，
第6章 多处理器系统和处理器管理
操作系统基础
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6.4 单处理器系统的处理器调度
• 6.4.2 调度算法 按一定的原则调度作业或进程投入运行的方法（作业或 进程调度） 一、衡量调度算法的指标 1）平均周转时间 作业i从提出时刻tis到完成时刻tic的经历时间。即： 作业周转时间：Ti＝tic－tis 进程周转时间：Ti＝tic－tis
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 30
6.4 单处理器系统的处理器调度
• 6.4.1选择调度算法时应考虑的问题 1、设计目标： 例如： 批处理系统：效率问题
实时系统：实时性问题
分时系统：及时响应性问题
综合性 能要求 决定算 法选择
2、资源利用率：最大限度的发挥资源的作用
第6章 多处理器系统和处理器管理
管理方便：比多计算机系统容易管理； 灵活性：可灵活的通过加、减处理器改变系统的性能。
第6章 多处理器系统和处理器管理 操作系统基础 2
6.1 多处理器系统
• 6.1.2 多处理器系统并行性的提高 如何实现多处理器系统的并行处理。 人工寻找 1、程序设计 程序设计人员找出程序中可并行处理的部分， 用并行程序设计语言表达。 问题：-工作量大，费时； -难以发现并行部分，因而失去并行性； -错把不能并行的部分并行，易于出错； -程序设计难度大。 自动检测，难度较大 2、并行性的自动检测 由操作系统、编译系统和硬件自动的分析程序 中的隐性并行性。