l 进程
l 并发：多个程序在一段时间内同时发生
l 进程是什么?与程序区别
进程就是用于描述、控制程序在内存中并发运行的一个东东
程序的一次执行
是一个程序与其数据一道通过处理机的执行所发生的活动
进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
¡ 动与静：
l 进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。
¡ 永久与暂时：
l 进程是暂时的，程序是永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。
¡ 结构：
l 进程的组成包括程序、数据和进程控制块（进程各种控制信息）。
¡ 进程与程序的对应关系：
l 都可1对n。通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。
l 进程的基本状态
(1)就绪状态(Ready)
进程获得除CPU之外的所有必需资源，一旦得到CPU控制权，可立即运行。
(2)运行状态(Running)
进程已获得所有运行必需的资源，正在处理机上执行。
(3)阻塞状态(Blocked)
正在执行的进程由于发生某事件（请求I/O、申请缓冲、时间片到）而暂时无法执行时，便放弃CPU后暂停
l 进程控制块PCB.
进程实体：代码段+数据段+PCB
Pcb存放进程的管理和控制信息的数据结构
进程控制块中的信息（pcb内）：
进程标识符信息
处理机状态信息
进程调度信息
进程控制信息
l 进程的创建、阻塞、终止过程
创建过程：
(1) 申请空白PCB
(2) 为新进程分配资源
主要是内存资源的处理
(3) 初始化进程控制块
标识符（包括父进程的）、程序计数器指向程序入口地址，就绪态、优先级等信息的填写。
(4) 将新进程插入就绪队列
阻塞过程：
（1）将PCB中的状态改为阻塞
（2）该PCB加入到阻塞队列中
（3）转进程调度，将处理机分配给另一进程
（4）进行进程切换，即根据两切换进程的PCB，保护与重新设置处理机状态
（阻塞原因了解：）
请求系统服务的满足情况
启动某种需等待（I/O）操作
合作需要的新数据尚未到达
执行某功能的进程暂时无新工作可做(如发送数据进程)
终止过程：
(1) 根据进程标示符，检索出该进程PCB，读其状态。
*IF 执行态，立即终止该进程，置调度标志为真，指示重新进行调度。
*IF 有子孙进程，亦应予以终止，以防成为不可控进程。
(2) 归还全部资源至其父进程或系统。
(3) 将该进程PCB从所在队列或链表中移出。
l 进程同步问题:源于进程的相互制约关系：资源共享，有序合作
l 同步的概念：并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。
l 控制同步的四大原则
空闲让进：资源使用最基本原则
忙则等待：保证互斥
有限等待：合适时被唤醒防止死等
让权等待：能主动释放CPU防止忙等
l 临界资源、临界区
一次仅允许一个进程使用的资源
每个进程中访问临界资源的那段代码叫临界区。
为了正确同步，对临界区的代码要增加控制
l 信号量机制
最初的信号量机制，两个原子操作对一个共享整型量进行操作。
信号量定义为一个整型量；
根据初始情况赋相应的值；
仅能通过两个原子操作来访问。
l 信号量操作原语wait、signal
P操作 wait(S):
While S<=0 do no-op;
S:=S-1;
V操作 signal(S):
S:=S+1;
互斥：在操作系统中，当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待，直到占用临界资源的进程退出临界区，我们称进程之间的这种相互制约关系为“互斥”。
同步：多个相互合作的进程，在一些关键点上可能需要互相等待或互相交换信息，这种相互制约关系称为进程同步关系。可理解为“有序”。
l 典型同步题目：
l 生产者-消费者 互斥-同步
一群生产者进程生产产品供给消费者进程消费，在两者之间设置具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程所生产的产品放入一个缓冲区中，消费者进程可从一个缓冲区中取走产品去消费。
生产者和消费者都以异步方式运行，但它们之间必须保持同步：没有产品不能取，没有空间不能放。也不能同时对一个空间进行取和放
type item=……;表示一个产品
Var n, integer;缓冲区大小
counter:0, 1, …, n; 缓冲区内产品计数的变量
var buffer: array[0, 1, …, n-1] of item;该数组代表具有n个缓冲区的缓冲池
in, out: 0, 1, …, n-1指示生产者和消费者放或取的下一个缓冲区位置指针，初值均为0。
in加1表示为in:=(in+1)mod n
out加1表示为out:=(out+1)mod n
当(in+1)mod n=out时表示缓冲池满
in=out表示缓冲池空
Producer:
repeat
…
生产 an item in nextp;
…
while counter= n
do no-op;
buffer[in]:=nextp;
in:=in+1 mod n;
counter:=counter+1;
until false;
Consumer:
repeat
while counter= 0
do no-op;
nextc:=buffer[out];
out:=out+1 mod n;
counter:=counter-1;
…
消费产品item in nextc;
until false;
取、用类，计数控制+互斥
l 哲学家进餐 互斥
计数类、死锁相关
l 读者-写者
l 有条件的互斥 类似典型题目：单行路，同方向的不互斥；异向互斥
Writer :
repeat
wait(wmutex);
写入文件；
signal(wmutex);
until false;
l 信号量规律：
l 分析同步关系、设置信号量初值、PV操作顺序
1. P、V操作成对出现
2. 多个进程对互斥同步，PV操作成对出现的同进程中，初值为1
3. 多个进程的有序同步，PV操作成对出现在不同进程中，有V操作的进程可通过控制先于有P操作的进程执行。初值根据应用情况设置。
l 一阅览室最多容纳100人，读者进入和离开都要在登记表上登记，每次只允许一个人登记。如何编写进程间的同步关系。
l 资源：空数N，登记表S
l 信号量n=N，mutex=1
l 进程：读者进程
u wait（n）
u wait（mutex）
l 进入
u signal（mutex）
l 阅读后离开
u signal（n）
l 有一只铁笼子，每次只能放入一只动物，猎手向笼中放入老虎，农民向笼中放入猪，动物园等待取笼中的老虎，饭店等待取笼中的猪，试用信号量机制实现猎手、农民、动物园、饭店之间同步执行的程序。（解释其中的信号量含义，并给出合适的初值。）
l 设有一自助餐厅，可容纳10名顾客就餐，餐厅满时顾客需在门外排队等候；顾客若能进入则自取食物后到款台付款；收款员负责在收款台等待顾客付款，付款完毕顾客自行就餐后离开。分析该问题中的同步关系，试写出顾客进程和收款员进程信号量机制下的同步算法，注意写明信号量的初值和作用。
l 【分析】顾客存在争抢进店的竞争关系，设置一个资源信号量r，初值为10；
收款员与顾客间存在双向有序合作关系，收款员需等待顾客付款，顾客需等待收款员确认付款完毕，需设置两个同步信号量money，ok，初值均为0.
【算法伪代码如下】
semaphore r=10，money=0，ok=0；
l 顾客:
l void custom（）{
u while（true）{
l wait（r）;
u //资源信号量操作成对正确
l enter;
l take something;
l signal（money）;
l pay money;
l wait(ok);
l signal(r);
l leave;
u }}
l 售货员:
l void seller（）{
u while（true）{
n wait（money）;
u //同步信号操作配对正确
n accept money，give changes
n signal（ok）；
u //同步信号操作配对正确
u }}
l CPU调度
l 三级调度
高级调度：主要在早期批处理阶段，处理在外存上的作业
低级调度: 决定内存就绪队列中的哪个进程获得处理机，进行分配工作。是最基本的一种调度
中级调度：提高内存利用率和系统吞吐量。根据条件将一些进程调出或再调入内存
l 调度时机\抢占\算法计算
l 调度程序的运行时机：
程序正常完成
IO\PV阻塞
时间片到
新任务产生
调度算法
基本调度算法：
a) 先来先服务调度算法FCFS，不利于短作业
b) 短作业（进程）优先调度算法SJF/SPF，降低作业的平均等待时间，提高系统吞吐量。
c) 高优先权优先调度算法HPF，
d) 高响应比优先调度算法HRRN，
e) 基于时间片的轮转调度算法RR，
f) 多级反馈队列算法FB
* 实时调度
l 某系统的进程请求如右图，画出RR调度下的调度过程图。并计算平均周转时间。设时间片为2。
| 进程名 |
开始时刻 |
执行时间 |
| A |
0 |
3 |
| B |
2 |
3 |
| C |
3 |
4 |
| D |
4 |
7 |
l 死锁的相关概念与认识
1. 四个必要条件
u 互斥条件：进程对所分配到的资源进行排他性使用
u 请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，又提出新的资源请求，而新请求资源被其他进程占有只能造成自身进程阻塞，但对自己已获得的其他资源保持不放，必然影响其他进程。
u 不剥夺条件：进程已获得的资源未使用完之前不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
u 环路等待条件
2. 处理死锁的各种方法
① 预防死锁
v 设置限制条件，破坏四个必要条件的一个或几个，预防发生死锁。
v 较易实现。限制条件的严格也会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低。
② 避免死锁
v 不须事先限制，破坏四个必要条件，而是在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免发生死锁。
v 这种事先加以较弱限制的方法，实现上有一定难度，但可获较高的资源利用率及系统吞吐量，目前在较完善的系统中，常用此方法来避免发生死锁。
③ 检测死锁。
v 允许系统运行过程中发生死锁，但通过系统检测机构可及时的检测出，能精确确定与死锁有关的进程和资源；然后采取适当的措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。
④ 解除死锁。
v 与死锁检测配套的一种措施。
v 常用的实施方法：撤销或挂起一些进程，以便回收一些资源并将他们分配给已阻塞进程，使之转为就绪以继续运行。
v 死锁的检测与解除措施，有可能使系统获得较好的资源利用率和吞吐量（死锁几率不一定很高），但在实现上难度也最大。
l 避免死锁的银行家算法（相对预防死锁，是一种软限制。）
下面出现P1请求资源的操作，具体请求向量为Request1(1,0,2)，利用银行家算法进行检查该操作是否是安全可行的：
1）两个基本判断
Request1(1,0,2)<=Need1(1,2,2)
Request1(1,0,2)<=Available1(3,3,2)
2）先假设为P1分配资源，并修改Available,Allocation1和Need1向量。
向量Available
最大需求、已获得的、还需要的
最大需求矩阵Max
已分配矩阵Allocation
还需求的矩阵Need
1. 安全状态
2. 算法、计算
a) 系统中有m个进程,出现死锁时死锁进程的个数k: 2≤k≤m
b) 某类资源m个，n个进程都需要此种资源a个，如何不死锁：n*(a-1)+1≤m
l 存储器管理
l 连续分配
1. 单一连续、固定分区
2. 动态分区分配
3. 可重定位动态分区（有紧凑功能）
l 离散分配
1. 分页，地址转换过程，计算
内存划分成多个小单元，每个单元K大小，称（物理）块。作业也按K单位大小划分成片，称为页面。
① 物理划分块的大小 = 逻辑划分的页的大小
②
内存位数=页面大小（位数）+页表项（块号位数）
大小：内存=页面大小x页面个数
2. 分段
虚拟
概念：虚拟、局部性
先进先出置换算法（FIFO）Belady现象（出现分配的页面数增多，缺页率反而提高的异常现象）的原因：FIFO算法的置换特征与进程访问内存的动态特征矛盾，即被置换的页面并不是进程不会访问的
1. 置换调度算法：最近最久未使用(LRU)置换算法, 最近未使用算法CLOCK：
2. 缺页次数（掉入次数）
u 缺页率=缺页次数/总的页面数
l 例
l 分页系统，主存容量64K，页面大小1K。
l 一个4K大的作业，0-3页分别分配到物理块2、4、6、7中。
1. 该作业的逻辑地址格式如何？
2. 十进制的逻辑地址1023（B）转换为物理地址
3. 画出地址变换过程。
答：
即页号与页内地址位数大小
该作业的4个页面编号需要2位；每页1K大小，即1K条指令编号需10位
l 逻辑地址1023
1023/1K=0 余 1023
0页对应物理块2，所以物理地址是
2 * 1K + 1023 = 2048+1023=3071
l 例
l 虚拟内存管理中的LRU页面置换算法
l 设页面走向如下，分配给该作业3个内存块，画出置换过程图，并计算缺页率。
4 5 8 1 3 4 4 6 5 1 2 7 6 1 3
文件管理
l 文件的结构
l 逻辑结构：
u 有结构文件：顺序，链接，索引
l 物理结构： 已分配空间的记录
u 连续、链接、索引、混合索引分配方式
l FAT表计算，索引文件大小的计算，UNIX下的混合索引
l 空闲空间管理
l 表、盘区\盘块链、成组链接、位示图
l 目录、共享
l 例：FAT与索引的计算
l FAT表的计算
1. 物理空间容量/盘块大小 = FAT表项个数
2. 个数决定位数,决定每项大小
3. 个数*每项大小
l 索引结点
1. 盘块大小/盘块号大小 = 可记录的盘块个数
2. 单索引下，一个索引结点能记录N个盘块，则文件最大长度为：N*盘块大小
l 例：混合索引分配方式的计算
l FCB有13个地址项，0-9为直接地址，10为一次间接地址，11为二次间接地址，12为三次间接地址。若盘块大小为512B，盘块号需3B记录，每个盘块最多存放170个盘块地址。
l 该文件系统文件最大允许多长？
u 10+170+170*170+170*170*170 = 4942080块
u = 4942080*512B = 2471040 KB
l 将文件字节偏移量15000转换为物理块号和块内偏移。
u 15000/512 = 29 余152。10=<29<=10+170.
u 所以文件使用的第29块盘块号，记录在FCB中的10项，即一次间接地址的索引盘块中。从10项记录的地址找到索引表，第19项即是要找的物理块。
l 若FCB已存在内存，其他信息均在外存，访问该文件某位置的内容，最少/最多需要几次访问磁盘？
最少需访问磁盘的情况是直接寻址，直接读FCB中记录的地址，访问磁盘1次即可
最多需访问磁盘的情况是三次间接寻址的过程，需读三次间接索引块中的内容，然后读它里面记录的二次接索引块中的内容，再一次的，最后才能获得文件信息的实际地址。姑，最多情况需4次访问磁盘。
l 外存空间的管理
空闲空间的三种分配方式：连续、链接、索引
空闲空间的管理
1. 空闲表/链、位示土图、成组链接
2. 成组链接
l 例：某系统采用成组链接法管理磁盘空闲空间，目前状态如下图，问：
l 还有多少空闲盘块？
l 若从当前状态下，系统分配3个盘块给某文件后，又删除另一文件，回收了第700，711，703，788，701这5个盘块。则磁盘空间的状态图中的链接情况又如何？
l 空闲盘块成组链接示意图
