【计算机操作系统】第三篇:进程通信,线程与进程的区别和联系,作业调度算法;死锁产生条件;连续分配存储管理方式;分页存储管理;快表时什么?局部性;

目录

 

进程通信:四种高级通信:

线程与进程:

进程基本属性:

线程的基本属性:

作业调度算法:

先来先服务调度算法（FCFS）:

短作业优先调度算法(SPF): 

最高响应比优先算法(HRN)：

基于优先数调度算法(HPF)：

   基本公式:

死锁产生的必要条件:

产生死锁的原因主要是：

产生死锁的四个必要条件：

解除死锁的方法有：

程序的三种装入方式:

程序的链接:

连续分配存储管理:

一、单一连续分配

二、固定分区分配

三、动态分区分配

分页存储管理:

页面:

页面大小:

快表:

分段:

操作系统有一个虚拟内存映射表。

局部性

 

---

进程通信:四种高级通信:

管道通信,共享内存,消息队列,信号

进程间通信主要有以下几种方式：  

管道(pipe)：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。有名管道(named pipe)：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信;消息队列(message queue)：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。信号量(semophore)：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。信号(sinal)：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。共享内存(shared memory)：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。套接字(socket) ： 套接口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器的进程通信;

线程与进程:

进程基本属性:

进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立的单位;进程是一个可拥有资源的独立单位;每个进程都有唯一的PCB;进程是系统运行程序的基本单位;每一个进程都有自己独立的一块空间 一组系统资源;每一个进程的内部数据和状态都是完全独立的;进程至少包含一个线程 这个线程叫做主线程

线程的基本属性:

 

CPU调度和分派的基本单位;进程中执行运算的最小单位，可完成一个独立的顺序控制流程;真正在CPU上运行的是线程;一个线程可以创建一个线程也可以删除一个线程 -- 线程调度;多个线程完成不同工作就是多线程 抢占资源;

作业调度算法:

先来先服务调度算法（FCFS）:

就是按照各个作业进入系统的自然次序来调度作业。这种调度算法的优点是实现简单，公平。其缺点是没有考虑到系统中各种资源的综合使用情况，往往使短作业的用户不满意，因为短作业等待处理的时间可能比实际运行时间长得多。

短作业优先调度算法(SPF): 

就是优先调度并处理短作业，所谓短是指作业的运行时间短。而在作业未投入运行时，并不能知道它实际的运行时间的长短，因此需要用户在提交作业时同时提交作业运行时间的估计值。 

最高响应比优先算法(HRN)：

响应比=1+作业等待时间/作业处理时间。FCFS可能造成短作业用户不满，SPF可能使得长作业用户不满，于是提出HRN，选择响应比最高的作业运行。响应比=1+作业等待时间/作业处理时间。

基于优先数调度算法(HPF)：

每一个作业规定一个表示该作业优先级别的整数，当需要将新的作业由输入井调入内存处理时，优先选择优先数最高的作业。

   基本公式:

响应比＝（等待时间＋运行时间）/运行时间      (响应比=1+   等待时间/运行时间。)周转时间=作业完成时间-作业提交时间平均周转时间 = 所有进程周转时间 / 进程数带权周转时间=周转时间/运行时间平均带权周转时间=带权周转时间/进程数

死锁产生的必要条件:

产生死锁的原因主要是：

（1） 因为系统资源不足。 （2） 进程运行推进的顺序不合适。 （3） 资源分配不当等。 如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则 就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。

产生死锁的四个必要条件：

 

（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。 （2） 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。 （3） 不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。 （4） 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。 这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之 一不满足，就不会发生死锁。

解除死锁的方法有：

资源剥夺撤销进程进程回退

 

程序的三种装入方式:

绝对装入方式:可重定位装入方式:动态运行时装入方式:

程序的链接:

静态链接方式:装入时动态链接:运行时动态链接:

连续分配存储管理:

一、单一连续分配

最简单的一种存储管理方式，只能用于单用户、单任务的操作系统中。 优点：易于管理。 缺点：对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，很少使用的程序部分也占用内存。

二、固定分区分配

把内存分为一些大小相等或不等的分区(partition)，每个应用进程占用一个分区。操作系统占用其中一个分区。支持多个程序并发执行，适用于多道程序系统和分时系统。最早的多道程序存储管理方式。 缺点：内碎片（一个分区内的剩余空间）造成浪费；划分为几个分区，便只允许几道作业并发，分区总数固定，限制并发执行的程序数目。

三、动态分区分配

1、分区的大小不固定：在装入程序时根据进程实际需要，动态分配内存空间，即——需要多少划分多少。 2、空闲分区表项：从1项到n项：内存会从初始的一个大分区不断被划分、回收从而形成内存中的多个分区。 3、优点：并发进程数没有固定数的限制，不产生内碎片。缺点：有外碎片（分区间无法利用的空间） 4、分区分配算法

①首次适应算法FF(first-fit)

空闲分区排序：以地址递增的次序链接。 检索：分配内存时，从链首开始顺序查找直至找到一个大小能满足要求的空闲分区； 分配：从该分区中划出一块作业要求大小的内存空间分配给请求者，余下的空闲分区大小改变仍留在空闲链中。 若从头到尾检索不到满足要求的分区则分配失败 优点：优先利用内存低址部分，保留了高地址部分的大空闲区； 缺点：但低址部分不断划分，会产生较多小碎片；而且每次查找从低址部分开始，会逐渐增加查找开销。

②循环首次适应算法

空闲分区排序：按地址 检索：从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直到找到一个能满足要求的空闲分区。为实现算法，需要设置一个起始查寻指针并采用循环查找方式 分配：分出需要的大小优点：空闲分区分布均匀，减少查找开销缺点：缺乏大的空闲分区

③最佳适应算法

总是把能满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业，避免“大材小用”。空闲分区排序：所有空闲分区按容量从小到大排序成空闲分区表或链。 检索：从表或链的头开始，找到的第一个满足的就分配 分配：分出需要的大小 缺点：每次找到最合适大小的分区割下的空闲区也总是最小，会产生许多难以利用的小空闲区（外碎片）

④最差适应算法/最坏匹配法

基本不留下小空闲分区，但会出现缺乏较大的空闲分区的情况。

⑤快速适应算法

根据进程常用空间大小进行划分，相同大小的串成一个链，需管理多个各种不同大小的分区的链表。进程需要时，从最接近大小需求的链中摘一个分区。 能快速找到合适分区，但链表信息会很多；实际上是空间换时间。

分页存储管理:

页面:

分页存储管理将进程的逻辑地址空间分成若干页,并为每页编号;内存物理地址分成若干块,同意编号;进程分配内存时,以块为单位,若干个页分别转入不相邻你的物理块中;进程最后一页会形成"页内碎片";

页面大小:

页面大小为2的幂,通常为1KB~8KB;

地址结构:

页表:

地址变换结构:

快表:

快表是一个高速、具有并行查询能力的联想存储器，用于存放正运行的进程的当前页号和块号，或者段号和段起始地址。加入快表后,在地址转换时，首先在快表中查找，若找到就直接进行地址转换；未找到，则在主存页表继续查找，并把查到的页号和块号放入联想存储器中。快表的命中率很高，有效地提高了地址转换的速度。

分段:

是指将程序所需要的内存空间大小的虚拟空间，通过映射机制映射到某个物理地址空间(映射的操作由硬件完成)。分段映射机制解决了之前操作系统存在的两个问题：(1)地址空间没有隔离。(2)程序运行的地址不确定。分页方法中，程序所需要的空间会一并在内存中分配，因此空间要么被整体换入，要么被整体换出；不存在由于内存不足而引起的重新申请更多的内存空间的问题。不过分段方法存在一个严重的问题：内存的使用效率低。分段的内存映射单位是整个程序；如果内存不足，被换入换出到磁盘的空间都是整个程序的所需空间，这会造成大量的磁盘访问操作，并且严重降低了运行速度。

操作系统有一个虚拟内存映射表。

里面包含了每个进程的虚拟内存地址映射到物理内存的地址。操作系统按照页（page）对内存进行管理，一般情况下，一页=4096bytes，当我们需要malloc1000个字节的时候，操作系统就给它分配一页，也就是4096个字节。当你在需要分配500个字节的时候，刚才的一页还剩下3096个字节从中在分配出500个字节。但是当你还需要分配3000个字节的时候此时一页已经不够了操作系统就会在给你分配一页;

局部性

时间局部性(temporal locality)时间局部性指的是：如果程序中某条指令被执行,则不久后该指令可能会被再次执行;如果某数据被访问,不久后会被再次访问;。空间局部性(spatial locality)一旦程序访问了某存储单元,不久之后,附近的存储单元也会被访问;