高级操作系统 第八章-容错性
容错机制以及事务语义详解
容错机制以及事务语义详解错误容错机制是指系统检测故障并恢复正常状态的一种机制，也可以称为容错机制。
容错机制意味着系统能够容忍诸如硬件故障、软件故障等各种故障，并能在最短的时间内恢复正常的正常工作状态，从而确保数据安全性。
容错机制可以归结为以下四个基本原则：容错性，可恢复性，幂等性和事务隔离性。
容错性：容错性指的是系统在发生故障时，能够检测出故障原因，并采取适当的应对措施，从而确保系统的可用性。
可恢复性：系统可恢复意味着在发生故障后，系统可以完整地恢复到正常运行状态，以便确保数据安全性。
幂等性：幂等性指的是系统维护操作的结果不会随着次数的增加而发生变化，因此在多次操作是正确结果也不会发生变化，从而确保数据的完整性。
事务隔离性：事务隔离性是指在多个用户或Transactions共同访问同一数据库时，其中一个Transaction完成之前，另一个Transaction将不会被激活，确保了各个Transaction的数据完整性和独立性。
在此基础上，事务语义指的是用于指导事务处理行为的一种概念性框架，旨在确保完整性、原子性、隔离性和可持续性等事务属性。
完整性：完整性要求事务不会导致数据库状态的损坏，即不会导致数据更新中断或数据库状态可能子失败的情况发生。
原子性：原子性要求事务的所有操作要么都成功，要么都失败，即事务的所有操作应该是不可分割的，可以将整个事务称为一个整体，事务的任何变化都需要通过完成整个事务才能得到更新，因此，在整个事务执行过程中，这些操作必须是有序的，并且不受外界的影响。
隔离性：隔离性要求系统中的事务之间的干扰尽量小，即在一个事务未完成之前，另外一个事务的操作不能对它产生影响，以确保每个事务的操作都可以以某种方式正确完成。
可持续性：可持续性意味着即使系统发生故障，事务所做的更改仍然可以持续保持。
当故障发生时，系统会恢复状态并确定哪些更改在故障发生之前就已经完成了，可以恢复并继续执行。
通过容错机制和事务语义，可以确保系统在遇到故障时能够正确的处理，并确保数据完整可靠，从而使系统能够较好的运行。
计算机操作系统第八章课件剖析
2. 空闲链表法
(1)空闲盘块链。
(2) 空闲盘区链。
8.2.2 位示图法
1. 位示图 • 利用二进制的一位表示磁盘盘块使用情况。 0闲1分
2. 盘块的分配
(1) 顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其 值为“0”的二进制位(“0”表示空闲时)。 (2) 将所找到的一个或一组二进制位， 转换成 与之相应的盘块号。假定找到的其值为“0” 的二进制位，位于位示图的第i行、第j列， 则其相应的盘块号应按下式计算： b=n(i-1)+j 式中， n代表每行的位数。 (3) 修改位示图， 令map［i,j］=1。
8.5 数据一致性控制
• 8.5.1 事务
• 8.5.2 检查点 • 8.5.3 并发控制 • 8.5.4 重复数据一致性问题
8.5 数据一致性控制
本章小结
目录 file jeep 1 5 9 13 17 21 25 29 2 6 10 14 18 22 26 30 3 7 11 15 19 23 27 31 19 9 16 1 10 25 －1 －1 －1 块序 号 19
cou nt 0 4 8 12 16 20 24 28
2. 多级索引组织方式
Hale Waihona Puke … …d atad ata
…
d ata
d ata d ata
… …
d ata
• UNIX System V索引结点，共iaddr(0)iaddr(12)13个地址项。假如每个盘块的大小为 4 KB，盘块号占4字节。 • (1) 直接地址。 • 为了提高对文件的检索速度， 在索引结点中 可设置10个直接地址项， 即用iaddr(0)~iaddr(9) 来存放直接地址。 换言之，在这里的每项中所存 放的是该文件数据的盘块的盘块号。假如每个盘 块的大小为 4 KB，当文件不大于40 KB时，便可 直接从索引结点中读出该文件的全部盘块号。
计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)
计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)第四版计算机操作系统课后答案第一章1. 操作系统的定义操作系统是一种软件，它管理着计算机系统的硬件和软件资源，并为用户和应用程序提供接口，以方便他们的使用。
2. 操作系统的功能操作系统具有以下功能：- 进程管理：负责创建、执行和终止进程，并管理它们的资源分配。
- 存储管理：管理计算机系统的内存资源，包括内存分配、虚拟内存和页面置换等。
- 文件系统管理：管理计算机系统中的文件和文件夹，包括文件的存储、读写和保护等。
- 设备管理：负责管理计算机系统中的各种设备，如打印机、键盘和鼠标等。
- 用户接口：提供用户与计算机系统进行交互的接口，如命令行界面和图形用户界面。
3. 操作系统的类型操作系统可以分为以下类型：- 批处理操作系统：按照一系列预先定义的指令集来运行任务。
- 分时操作系统：多个用户可以同时使用计算机系统。
- 实时操作系统：对任务的响应时间要求非常高，用于控制系统和嵌入式系统。
- 网络操作系统：支持多台计算机之间的通信和资源共享。
- 分布式操作系统：在多台计算机上分布式地管理和调度任务。
第二章1. 进程与线程的区别进程是计算机系统中正在运行的程序实例，而线程是进程内的一个执行单元。
进程拥有独立的地址空间和资源，而线程共享进程的地址空间和资源。
多个线程可以在同一进程内并发执行，从而提高系统的效率和资源利用率。
2. 进程的状态转换进程可以处于以下状态：- 创建状态：进程正在被创建。
- 就绪状态：进程准备好执行，等待分配CPU资源。
- 运行状态：进程占用CPU资源执行。
- 阻塞状态：进程等待某种事件发生。
- 终止状态：进程完成执行或被终止。
3. 进程调度算法操作系统使用进程调度算法来决定哪个进程应该被执行。
常见的调度算法有：- 先来先服务（FCFS）调度算法：按照进程到达的顺序进行调度。
- 最短作业优先（SJF）调度算法：选择运行时间最短的进程进行调度。
操作系统第8章PPT课件
System Model（系统模型） Deadlock Characterization（死锁特征） Methods for Handling Deadlocks（处理死锁的方法） Deadlock Prevention（预防死锁） Deadlock Avoidance（死锁避免） Deadlock Detection （死锁检测） Recovery from Deadlock（死锁恢复） Combined Approach to Deadlock Handling（综合处理方法）
car backs up (preempt resources and rollback). Several cars may have to be backed up if a
deadlock occurs. Starvation is possible.
System Model
Resource types R1, R2, . . ., Rm
completed its task.
CwbwreyiaasriioPcttiiu1unn,rlggcaPe1rpfortiwrsohcaaawetiarstiesis（tseihnos循eguslr环dufcoecb等rhytah待tPhar0eat）.st（iso:Pu有h0rteichs环ledewr）tbeahyiaetitPxninigss,tsafhoneardldasPebr0teyi{ssPPo2wu0,,ra…cPiet1i,,ntP…ghna–f,to1Priiss0a}heolfd
Deadlock
资源是有限的，对资源的需求可能是无限的 当占有了部分资源而渴求更多的资源的时候，可能会
引起deadlock（死锁） OS管理着、分配着计算机系统的资源，必须考虑死锁
计算机操作系统第八章
记录式文件，在逻辑上可看成是一组记录的 集合。每个记录由彼此相关的若干个数据项组成。 记录式文件中的逻辑记录可依次编号，其序号称 为逻辑记录号（简称记录号）。
UNIX多级混和索引结构
例如：一个盘块号用4个字节表示，盘块尺寸为 4KB，那么一个盘块可存放1K个盘块号。
一级索引能够支持的存储容量是 1K*4KB=4MB；
二级索引能够支持的存储容量是 1K*1K*4KB=4GB；
三级索引能够支持的存储容量是 1K*1K*1K*4KB=4TB。
8.3 文件存储空间管理
文件存储空间是系统与多个用户共享的。用户对 文件只要求按名存取，至于文件在外存上具体的存放位 置、存取如何实现，用户概不关心。这些方面都是由文 件存储管理模块来统一管理的。
系统将外存储空间分成若干大小相等的物理块， 以块为单位来交换信息。当一个新文件要写入时，需要 在外存空间找出一系列块号连续或不连续的空闲块以供 分配。
时间标记，文件名最长30个字符。
• Ext2。Linux最常用的文件管理系统。 • NFS。网络文件管理系统。 • Hpfs。OS/2上的操作系统。 • FAT。最早用于MS-DOS，后用于Windows系列及OS/2等
操作系统，经过操作系统的不断改进，FAT又发展为 FAT16、FAT32等。
• NTFS。Windows及Windows2000上的文件管理系统，
UNIX混合索引存储结构
• UNIX操作系统对文件索引表做了精心的设计， 采用了多级混和索引结构
计算机操作系统第八章
统 FAT16、FAT32等。
系
操 • NTFS。Windows及Windows2000上的文件管理系统， 统
作 安全性和可靠性比较好。
系
二十一世纪计算机本科教育
操 作
8.2 文件的逻辑结构和物理结构
系 统 操 作
文件的逻辑结构——是指呈现在用户面前的文
件结构，是文件逻辑上的组织形式。
文件的物理结构——是指文件在存储介质上的
二十一世纪计算机本科教育
• UNIX操作系统对文件索引表做了精心的设计， 采用了多级混和索引结构
• 它将直接寻址、一级索引、二级索引和三级 索引融为一体，规定每个文件的索引结点使 用13个地址登记项。
• 其中，前10个登记项直接指出存放文件信息
的盘块号，属直接寻址。第11个登记项指向 操
一级索引块，内含若干一级索引存储块。第 作
l 位示图。系统划出若干字节，为每个文件存储设备
操 作
建立一张位示图，位示图中的一个位（bit）对应文件 系
存储空间的一个物理块。若该位为“1”，表示对应块 统
被占用，若该位为“0”，表示对应物理块空闲。
二十一世纪计算机本科教育
操
作 l 根据位示图进行盘块分配时，系统处理过程为：
系 （1）顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为“0”
操 明显的。其特点有：
作
系 统统
l 既适合顺序存取，也方便随机存取。
操 l 索引结构容易实现记录的增、删和插入。
作 系 统
l 缺点是由于索引表的建立而增加了存储 操
空间的开销。
作 系
操
统
作
系
二十一世纪计算机本科教育
操 作
二级索引存储结构
容错性测试报告验证软件对错误和异常情况的容错和恢复能力
容错性测试报告验证软件对错误和异常情况的容错和恢复能力随着软件开发的不断进步，对于软件的稳定性和可靠性要求也越来越高。
容错性测试是评估软件在面对错误和异常情况时的表现，并验证其容错和恢复的能力。
本报告旨在详细分析和总结验证软件在容错和恢复方面的功能和性能。
经过针对性的测试和评估，我们对软件的容错和恢复能力做如下报告。
1. 引言容错性测试是通过创建适当的模拟环境和场景，验证软件在面对各种异常和错误情况下的表现。
容错性测试的目的是发现软件是否能够正确地处理错误输入、异常状态和其他不可预期情况，并能够从错误中恢复或最小化其影响。
2. 测试环境为了准确模拟真实使用情况下的错误和异常情况，我们搭建了一个包括多种操作系统和硬件设备的测试环境。
在这个环境中，我们使用了各种测试工具和脚本，以模拟用户的不同操作和输入。
3. 容错测试案例我们创建了一系列的容错测试案例，包括但不限于以下情况：- 错误输入：测试软件对于非法输入、格式错误等情况的处理能力。
- 异常状态：测试软件在面临系统故障、资源耗尽等异常状态下的表现。
- 非预期操作：测试软件对于用户的非预期操作和用户行为违规的响应。
- 并发访问：测试软件在多个用户同时访问时的稳定性和资源管理能力。
4. 测试结果和分析在容错测试中，我们评估了软件在每个测试案例下的表现，并记录了相关数据和测试日志。
根据测试结果，我们得出以下结论：- 对于错误输入，软件能够正确地检测和拒绝非法输入，并给出相应的错误提示，保护系统的安全性和稳定性。
- 对于异常状态，软件能够及时发现并处理系统故障，并通过备份和恢复机制来恢复系统正常运行。
- 对于非预期操作，软件能够在用户行为违规时及时做出响应，并保持系统的稳定性和安全性。
- 对于并发访问，软件能够合理分配资源，并保持系统的响应速度和稳定性。
5. 结论和建议根据我们的测试结果，在容错和恢复能力方面，软件表现出色，并能够有效地处理错误和异常情况。
操作系统_第八章
1. 文件系统的概念
C. 文件的分类 按文件的组织 ① 普通文件：组织格式为系统中规定的最一般格式的文件，例如字符流组成的文件。 ② 目录文件：由文件的目录信息构成的特殊文件，用于检索普通文件的。 ③ 特殊文件：输入输出设备，与设备管理程序紧密相连。
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1. 文件系统的概念
C. 文件的分类 按信息的流向： 输入文件、输出文件和输入输出文件。 按保护级别： 只读文件、读写文件、可执行文件和不保护文件。
3
1. 文件系统的概念
A. 文件系统的引入 操作系统对计算机的管理： ✓硬件资源管理：CPU、存储器和设备的管理； ✓软件资源管理：系统程序、工具软件、库函数和用户程序与数据。
编辑程序、编译程序与链接程序等。
4
1. 文件系统的概念
A. 文件系统的引入 目的：如何对软件资源（程序和数据）进行透明地快速存取？ 透明：对文件的操作与文件的物理结构和存取介质无关。 对文件的操作只需要给定的一个代表程序和数据的名称->文件名
✓ 适用性强，适用于所有文件。 ✓ 记录的排列顺序与记录的内容无关，有利于记录的追加和变更。 ✓ 对关键字搜索时，需要遍历全体文件，搜索性能差。
17
2. 逻辑结构和存取方法
A. 逻辑结构 ② 多重结构 把记录按关键字和记录名排列成行列式的结构。 特点： 同一个关键字可以同时属于不同的记录。 对关键字搜索速度快。
31
3. 物理结构和存储设备
A. 文件的物理结构 ✓文件的物理结构是指文件在存储设备上的存放方法。 ✓文件信息的逻辑地址到物理地址的变换是有文件的物理结构决定的。 ✓文件的存储设备通常划分为大小相等的若干物理块。 常用的文件物理结构包括：连续文件、串联文件和索引文件。
操作系统第8章
1. 调度方式
Linux采用“有条件的可剥夺”调度方式。对于普通进程， 当其时间片用完时，调度程序挑选出下一个处于task_running状 态的进程作为当前进程（自愿调度）。对于实时进程，若其优先 级足够高，则会从当前的运行进程中抢占CPU成为新的当前进程 （强制调度）。发生强制调度时，若进程在用户空间中运行，就 会被直接剥夺CPU；若进程在内核空间中运行，即使迫切需要其 放弃CPU，也仍要等到它从系统空间返回之前才被剥夺CPU。
2020年5月22日星期五
该通信机制所用到的数据结构描述如下： static struct msqid_ds msgque［］;/*每个消息队列占一个msqid_ds结构*/
2020年5月22日星期五
2）调度策略的特点
依据优先级weight来选择可
抢占式调度。
运行进程。
Vision 01
Vision 04
特点
Vision 02
用优先级的设定，区分两
进程的分类和调度策略。
类进程，实现多级调度。 Vision 03
2020年5月22日星期五
8.1.3 Linux进程间的通信-消息队列
第8章 操作系统实例二：Linux
2020年5月22日星期五
8.1 Linux 的进程管理 8.2 Linux 的存储管理 8.3 Linux 的文件管理 8.4 Linux 的设备管理
2020年5月22日星期五
熟练掌握：
Linux进程的组成，Linux的进程调度，Linux的虚拟 存储空间，内存分配和页面淘汰策略，Linux文件系统 的构成，EXT2对磁盘的组织，Linux设备管理概述， Linux对字符设备的管理，Linux对块设备的管理。
操作系统第八章
(at least partially ) for executing 程序和数据必须装 载到内存才能执行
The computer must keep several processes in memory To improve the utilization of CPU, 提高CPU利用率 To improve the speed of its response to users 提高响
User programs go through several steps before
being run.
How about programs’ address (instruction, data)? 指令的执行需要这些信息 Addresses may be represented in different ways
Input queue – collection of processes on the disk that are
waiting to be brought into memory to run the program. Normal procedure 一般过程 Selecting 选定 Loading 装载 Executing 执行 Releasing 释放
Operating System Concepts
8.8
School of Software, Hunan University, Li WW
8.1 Background 背景
内存管理的基本知识和机制 Memory is central to the operation of a modern