操作系统的并发

现代操作系统的中心问题是多道程序,多进程和分布式式进程,并发是这些问题的基础,同时也是操作系统设计的基础,当多个进程并发执行时,无论是在多处理机系统还是在单处理机系统中都会出现进程间协同的问题。

并发进程可通过多种方式相互作用,互相透明的进程要为使用资源展开竞争。这些资源包括处理机时间,I/O设备的访问权等。当共享某一对象时,进程就间接地觉察到对方的存在,例如共享一块内存或一个文件,进程也可直接认识对方并通过交换信息进行协同,在这些相互作用中的主要问题是互斥和死锁。

对于并发进程,互斥一个必要的条件,在任一时期,只能有一个进程可以访问某一给定的资源或执行某一给定的函数,互斥可用来解决一些冲突,例如竞争资源。也可用于进程同步以使他们能协同工作。例如生产者/消费者模型,一个进程向缓冲区添加数据,另一些进程则从缓冲区取走数据。

现在已有了不少解决互斥问题的算法,其中最著名的是Dekker算法,软件方法开销较大,错误较多,第二种方法是使用特殊的机器指令支持互斥,这种方法虽然减小了开支,但仍有不足,因为它用到了忙等待

另一种解决互斥的方法是在操作系统内部提供支持,两个最常用的技术是信号量好消息传递,信号量和消息传递能方便地实现互斥,而消息传递还可用于进程间通信。

死锁

死锁是由于进程间相互竞争系统资源或通信而引起的一种阻塞现象。如果操作系统不采取特别的措施这种阻塞将永远存在。例如可以杀死一个或多个进程或强迫他们撤回。死锁可能涉及到可重用资源和消耗性资源,消耗性资源在被进程占用时即消失,例如消息和I/O缓冲区的信息。可重用资源是不因使用而受到破坏的资源,例如I/O通道和存储器。

处理死锁的方法通常有3种:死锁预防,死锁 检测和死锁避免。死锁预防通过破坏产生死锁的是哪个必要条件而保证不会出现死锁。在操作系统随时满足资源请求时就要用到死锁检测。操邹系统检测到死锁并采取措施消除死锁。死锁避免是通过对资源请求是否有可能导致死锁的分析来消除死锁的可能性。

文件管理

一个文件管理系统是一组系统软件,通过文件的使用为用户和应用提供服务,包括文件存取,目录维护和存取控制。文件管理系统可以看成一个系统服务,它本身由操作系统提供服务,而不是操作系统的一部分。但是,任何系统中,至少有一部分文件管理功能有操作系统提供。

文件是记录的集合,访问记录的方法决定记录的逻辑结构,而且在某种程度上决定记录在磁盘上的物理组织。如果一个文件主要是整体处理,那么顺序文件结构是最简单,最合适的。若干既需要顺序访问,也需要对一个文件随机访问,则一个索引顺序文件可以提供很高的性能。如果对文件是随机访问,那么索引文件或堆文件是最合适的。

无论选用哪种文件结构,都需要一个目录服务,以让文件组织成分层形式。这个结构对用户跟踪文件是十分有用的,对于文件管理系统为用户提供访问控制或其他访问也是有用的。

文件记录,即使是定长的,通常也不和物理磁盘块的尺寸相同。相应的,需要一些分块策略,复杂度,性能,和空间的使用决定使用的分块策略。

任何文件管理方法的一个关键功能是管理磁盘空间。其中包括了分配磁盘块给文件的策略。文件的分配使用了许多种方法和数据结构。另外,还需要对磁盘上没有使用的磁盘进行管理。其中主要维护含有空闲新的磁盘分配表。

编码-隐匿在计算机软硬件背后的秘密


概论

计算机组成原理概论

习惯上所称的“电子计算机”是指现在广泛引用的电子数字计算机,它分为专用计算机和通用计算机两大类。专用和通用是根据计算机的效率,速度,价格,运行的经济性和适应性来划分的。通用计算机又分为巨型机,大型机,中型机,小型机,微型机,单片机六类,其结构复杂性,性能,价格依次递减。

计算机的生命力在于他的广泛应用,应用的范围几乎涉及人类社会的所有领域。归纳下来,在科学计算,自动控制,测量与测试,信息处理,教育卫生,家用电器,人工智能等领域中的应用成就最为突出。

计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的,它包括运算器,存储器,控制器,适配器,输入输出设备。传统上将运算器和控制器称为cpu,而将cpu和存储器称为主机。存储程序并按地址顺序执行,这是冯*诺依曼计算机的工作原理。也是计算机自动化工作的关键。

计算机的软件是计算机系统结构的重要组成部分,也是计算机不同于一般电子设备的本质所在。计算机软件一般分为系统程序和应用程序两大类。系统程序用来简化程序设计,简化使用方法。提高计算机的使用效率,发挥和扩大计算机的功能和用途,它包括:1. 各种服务型程序。2. 操作系统。 3. 语言类程序,4. 数据库管理系统。应用程序是针对某一应用课题领域开发的软件。

计算机系统是一个由硬件,软件组成的多级层次结构,它通常由微程序级,一般机器级,操作系统级,汇编语言级,高级语言级组成,每一级都能进行程序设计,且得到下面各级的支持。

计算器和运算器


计算机组成原理


进程


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