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  • 本教程主要引用伤脑筋版主系列文章,同时参考引用[英雄]教程等其他批处理教程,本文将这些文章合并在一起,并适当修改,修改整理也是学习过程,力求深刻而又简单易懂,主要目的是方便自己以后查阅。 本教程很长啊...
  • 当然我们的这个版本的主要内容是介绍批处理在入侵中一些实际运用,例如我们后面要提到的用批处理文件来给系统打补丁、批量植入后门程序等。下面就开始我们批处理学习之旅吧。 一、简单批处理内部命令简介 1.Echo ...
  • 批处理-记录总结(1)

    2018-10-23 08:40:40
    说明: 基于树莓派中的raspbian...本篇博客的主要目的是总结性质的如需完整批处理文件,请自行下载 文件头需写入说明 #!/bin/bash 执行apt-get install 中需要输入[Y/N]时,可以用如下样式 echo Y | ...

    说明:

    基于树莓派中的raspbian系统,做一些系统级别修改。主要功能就是修改本地的wifi配置,使之成为wifi热点,并和有线物理连接做NAT转发,让其他外设连接wifi后就可以上网了。
    本篇博客的主要目的是总结性质的如需完整批处理文件,请自行下载

    1. 文件头需写入说明
    #!/bin/bash
    
    1. 执行apt-get install 中需要输入[Y/N]时,可以用如下样式
    echo Y | sudo apt-get install *
    
    1. 使用echo来插入信息到文件
    echo "hello word!" >> yourfile
    
    1. 使用sed来操作文件中的内容信息相当厉害的命令
    #插入text到yourfile第n行
    sudo sed ni\text yourfile
    #替换修改yourfile中的ABC字符串为DEF时
    sudo sed s/ABC/DEF/g yourfile
    #删除yourfile中的第10行内容
    sudo sed 10d yourfile
    #删除yourfile中的第5-10行内容
    sudo sed 5,10 yourfile
    #删除yourfile中包含ABC字符串的行
    sudo sed /ABC/d yourfile
    #删除yourfile中包含ABC字符串的行以及之后的两行
    sudo sed /ABC/,+2d yourfile
    '''
    1.如上所有命名执行后均会输出结果,但不会修改源文件中的内容,如果需要改变源文件需要添加-i
    例如:sudo sed -i 5i\text yourfile
    对yourfile源文件做如下修改:第5行插入text内容
    2.插入或者查找的内容中包含特殊字符时例如/时,实际执行中可以用!或者@等符号来分割,
    另外给字符串加上双引号,单引导,或者大括号等都可以让命令正确执行。
    '''
    
    1. 另有一些其他常用命令再此记录下来
    #移动文件,file1覆盖file2,执行后file1删除
    sudo mv file1 file2
    #删除文件
    sudo rm file1
    

    此处记录为本次工作中遇到的记录总结,就酱!

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  • 自动化报告是一套可以解决许多行业领域涉及报告生成要求,该项目第一个目的是简化公司内部人工流程一个环节,主要目的是向实验室平面测试显示数据结果结合相应报告模板批量生成报告(.pdf)。 该项目...
  • 2分时操作系统的主要目的是()。 A计算机系统的交互性 B计算机系统的实时性 C计算机系统的可靠性 D提高软件的运行速度 3在分时操作系统中,()是衡量一个分时系统的一项重要指标。 A响应时间 B可靠性 C稳定性 D...

    第一讲作业
    1
    计算机的操作系统是一种_______。
    A系统软件
    B应用软件
    C字表处理软件
    D工具软件
    2分时操作系统的主要目的是()。
    A计算机系统的交互性
    B计算机系统的实时性
    C计算机系统的可靠性
    D提高软件的运行速度
    3在分时操作系统中,()是衡量一个分时系统的一项重要指标。
    A响应时间
    B可靠性
    C稳定性
    D兼容性
    4在批处理操作系统中,()是衡量批处理系统性能的一项重要指标。
    A响应时间
    B高可靠性
    C吞吐量
    D截止时间
    5批处理系统的主要缺点是
    ACPU的利用率不高
    B失去了交互性
    C不具备并行性
    D以上都不是
    1
    计算机系统由______和_______两部分组成,其中软件又分为_______和

    2
    操作系统的主要目标是:
    3
    操作系统的类型大致有以下几种:
    4
    推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是_______和
    _;推动分时系统形成和发展的主要动力是_____
    5
    允许多个用户在其终端上同时交互地使用计算机的OS称为_______,它通常采用____策略为用户服务;
    1.什么是脱机输入/输出方式和联机输入/输出方式?

    2
    什么是硬实时任务和软实时任务?试举例说明。

    第二次作业
    1程序并发执行时不具备的特征是()。
    A、间断性
    B、失去封闭性
    C、顺序性、
    D、不可再现性
    我的答案:C
    2下面关于并发性的讨论中,正确的论述是()。
    A、并发性是指若干事件在同一时刻发生
    B、并发性是指若干事件在不同时刻发生
    C、并发性是指若干事件在同一时间间隔内发生
    D、并发性是指若干事件在不同时间间隔内发生
    我的答案:C
    3现代操作系统的两个基本特征是()和资源共享。
    A、多道程序设计
    B、中断处理
    C、程序的并发执行
    D、实现分时与实时处理
    我的答案:C
    4计算机的操作系统是一种_______。
    A、系统软件
    B、应用软件
    C、字表处理软件
    D、工具软件
    我的答案:A
    5计算机操作系统的功能是_______ 。
    A、把源程序代码转换为目标代码
    B、实现计算机用户之间的相互交流
    C、控制、管理计算机系统的资源和程序的执行
    D、完成计算机硬件与软件之间的转换
    我的答案:C
    1
    操作系统的基本特性有:;其最基本的特性是______和______。
    2
    操作系统的主要功能有:_。
    3
    前主要实现资源共享的方式有_______和_______两种。
    4
    操作系统的主要特性有()、() 、() 和异步。
    5
    操作系统的主要功能是()、存储器管理、()、文件管理和用户接口管理。
    1.OS有哪几大特征?其最基本的特征是什么?

    2。
    OS的作用可表现在哪几个方面?

    第三次作业
    一.单选题(共7题,58.1分)
    1处理器执行的指令被分成两类,其中有一类称为特权指令,它只允许()使用。
    A、操作员
    B、联机用户
    C、操作系统
    D、目标程序
    正确答案: C 我的答案:C
    2在操作系统下,只能在系统态下运行的指令是()。
    A、读时钟指令
    B、置时钟指令
    C、取数指令
    D、寄存器清零指令
    正确答案: B 我的答案:D
    3操作系统向用户提供了3种界面,分别是命令界面、程序界面和()。
    A、用户
    B、资源
    C、图形
    D、系统调用
    正确答案: C 我的答案:C
    4下列选项中,操作S提供的给应用程序的接口是()。
    A、系统调用
    B、中断
    C、库函数
    D原语
    正确答案: A 我的答案:A
    5
    设在内存中有A1,A2二道程序,按照A1,A2的次序运行,其内部计算和I/O操作时间由下图给出: A1:计算30ms——I/O 40ms——计算20ms A2:计算60ms——I/O 60ms——计算30ms 调度程序的执行时间忽略不计,按多道程序运行方式完成这两道程序比按单道运行方式节省的时间是()。
    A、40ms
    B、60ms
    C、100ms
    D、120ms
    正确答案: B 我的答案:B
    按照两道来描述,A1以A描述,A2以B描述:
    计算: AAABBBBBBAA BBB
    I/O: AAAA BBBBBB
    为用户分配主存空间,保护主存中的程序和数据不被破坏,提高主存空间的利用率。
    A、处理器管理
    B、存储管理
    C、文件管理
    D、作业管理
    正确答案: B 我的答案:B
    7从用户的观点看,操作系统是( )。
    A、控制和管理计算机资源的软件
    B、合理组织计算机工作流程的软件
    C、用户和计算机硬件之间的接口
    D、计算机资源的管理者
    正确答案: C 我的答案:C
    1
    UNIX系统是_______操作系统;DOS系统是
    操作系统。
    正确答案:
    第一空:
    多用户多任务
    第二空:
    单用户单任务
    2
    操作系统与用户之间的接口分为_______和_______两大类;
    正确答案:
    第一空:
    用户接口
    第二空:
    程序接口
    3
    允许多个用户在其终端上同时交互地使用计算机的OS称为_______,它通常采用____策略为用户服务;
    正确答案:
    第一空:
    分时操作系统
    第二空:
    时间片轮转
    1试从交互性、及时性以及可靠性方面,将分时系统与实时系统进行比较。
    正确答案:(1)及时性:实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似,都是以人所能接受的等待时间来确定;而实时控制系统的及时性,是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的,一般为秒级到毫秒级,甚至有的要低于100微妙。(2)交互性:实时信息处理系统具有交互性,但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。(3)可靠性:分时系统也要求系统可靠,但相比之下,实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失,甚至是灾难性后果,所以在实时系统中,往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。

    2OS有哪几大特征?其最基本的特征是什么?
    正确答案:
    并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征;最基本的特征是并发性。

    第四讲
    4
    试从动态性,并发性和独立性上比较进程和程序?
    正确答案:
    (1)动态性是进程最基本的特性,表现为由创建而产生,由调度而执行,因得不到资源而暂停执行,由撤销而消亡。进程有一定的生命期,而程序只是一组有序的指令集合,是静态实体。(2)并发性是进程的重要特征,同时也是OS 的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行,而程序是不能并发执行的。(3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位,也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序,不能作为独立单位参加运行。

    3在操作系统中为什么要引入进程概念?它会产生什么样的影响?
    正确答案:
    为了使程序在多道程序环境下能并发执行,并对并发执行的程序加以控制和描述,在操作系统中引入了进程概念。影响: 使程序的并发执行得以实行。

    2程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性?
    正确答案:
    程序并发执行时,多个程序共享系统中的各种资源,因而这些资源的状态由多个程序改变,致使程序运行失去了封闭性,也会导致其失去可再现性。

    什么程序并发执行会产生间断性特征?
    正确答案:
    程序在并发执行时,由于它们共享系统资源,为完成同一项任务需要相互合作,致使这些并发执行的进程之间,形成了相互制约关系,从而使得进程在执行期间出现间断性。

    5
    使命令的执行结果不在屏幕上显示,而是写到另一个文件中去,这种功能称为()。
    A、脱机输出
    B、管道
    C、联机输出
    D、输出重定向
    正确答案: D 我的答案:D
    4
    输入输出操作正常结束时,操作系统将请求该操作的进程的状态设置成()。
    A、等待状态
    B、运行状态
    C、就绪状态
    D、挂起状态
    正确答案: C 我的答案:C
    1
    并发进程失去封闭性是指()。
    A、多个相对独立的进程以各自的速度向前推进
    B、并发进程的执行结果与速度无关
    C、并发进程执行时,在不同时刻发生的错误
    D、并发进程共享变量,其执行结果与速度有关
    正确答案: D 我的答案:D
    2
    系统创建进程的数目主要受到()的限制。
    A、内存空间
    B、终端数目
    C、打开文件数
    D、缓冲区大小
    正确答案: C 我的答案:A
    3
    下列几种关于进程的叙述,()最不符合操作系统对进程的理解。
    A、进程是在多进程并行环境中的完整的程序
    B、进程可以由程序、数据和进程控制块描述
    C、线程是一种特殊的进程
    D、进程是程序在一个数据集合上运行的过程,是系统进行资源管理的一个独立单位。
    正确答案: A 我的答案:A

    第二章作业
    试写出相应的程序来描述下图所示的前驱图
    我的答:
    parbegin
    begin S1;signal(a);signal(b);end;
    begin wait(a);S2;signal©;siganl(d);end;
    begin wait(b);S3;signal©;signal(d);end;
    begin wait©;S4;signal(g);end;
    begin wait(d);S5;signal(g);end;
    begin wait(e);S6;siganl(h);end;
    begin wait(f);S6;signal(j);end;
    begin wait(g);wait(h);wait(i);wait(j);S8;end;
    parend
    end
    在这里插入图片描述
    2
    在生产消费者问题中,如果将两个wait 操作即wait(full)和wait(mutex)互换位置,或者将signal(mutex)与signal(full)互换位置,结果如何?
    如果将wait(full)和wait(mutex)互换位置,将可能导致死锁,如果将signal(mutex)与signal(full)互换位置,将无碍结果

    3
    试修改下面生产者-消费者问题解法中的错误:答: producer:beginrepeat…producer an item in nextp;wait(mutex);wait(full); buffer(in):=nextp;signal(mutex);until false;endconsumer:beginrepeatwait(mutex);wait(empty); nextc:=buffer(out);out:=out+1;signal(mutex);consumer item in nextc;until false;end
    我的答案:
    Producer:
    Begin
    Repeat
    Produce an item in nextp;
    wait(empty):
    wait(mutex);
    buffer(in):=nextp;
    in:=(in+1)mod n;
    signal(mutex);
    signal(full);
    until false;
    end
    consumer:
    begin
    repeat
    wait(full);
    wait(mutex);
    nextp:=buffer(out);
    out:=out+1;
    out:=(out+1)mod n;
    signal(mutex);
    signal(empty);
    consume the item in nextp;
    until false;
    end
    4
    什么是记录型信号量?试写出利用记录型信号量解决生产者一消费者问题的解法。
    我的答案:
    所谓记录型信号量就是信号量是一个结构体而非一个普通的变量。
    Var mutex,empty,full:semaphore:=1,n,0;
    buffer:array[0,…,n-1]of item;
    in,out:integer:=0,0;
    begin
    parbegin
    proceducer:begin
    repeat

    producer an item nextp;

    wait(empty);
    wait(mutex);
    buffer(in):=nextp;
    in:=(in+1)mod n;
    signal(mutex);
    signal(full);
    until false;
    end
    consumer:begin
    repeat
    wait(full);
    wait(mutex);
    nextc:=buffer(out);
    out:=(out+1)mod n;
    signal(mutex);
    signal(empty);
    consumer the item in nextc;
    until false;
    end
    parend
    end
    5
    什么是进程?它的基本特征是什么?
    我的答案:
    进程的最基本的特征是:动态性和独立性。
    一、什么是进程。
    进程,是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中,进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中,进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述,进程是程序的实体。
    二、进程的最基本特征。
    1、动态性
    动态性是进程最基本的特性,可表现为由创建而产生,由调度而执行,因得不到资源而暂停执行,以及由撤销而消亡,因而进程由一定的生命期;而程序只是一组有序指令的集合,是静态实体。
    2、并发性
    并发性是进程的另一个重要特征,同时也是OS的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它建立了进程的程序并发执行,而程序本身是不能并发执行的。
    6
    什么是临界资源和临界区?
    正确答案
    1.临界资源
    临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源。各进程采取互斥的方式,实现共享的资源称作临界资源。属于临界资源的硬件有,打印机,磁带机等;软件有消息队列,变量,数组,缓冲区等。诸进程间采取互斥方式,实现对这种资源的共享。
    2.临界区:
    每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区(criticalsection),每次只允许一个进程进入临界区,进入后,不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源还是软件临界资源,多个进程必须互斥的对它进行访问。多个进程涉及到同一个临界资源的的临界区称为相关临界区。使用临界区时,一般不允许其运行时间过长,只要运行在临界区的线程还没有离开,其他所有进入此临界区的线程都会被挂起而进入等待状态,并在一定程度上影响程序的运行性能。
    7同步机构应遵循哪些基本准则?为什么?
    正确答案:
    我的答案:
    a. 空闲让进.当无进程处于临界区时,表明临界资源处于空闲状态,允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区,以有效利用临界资源
    b. 忙则等待.当已有进程处于临界区时,表面临界资源正在被访问,因而其他试图进入临界区的进程必须等待,以保证对临界资源的互斥访问
    c. 有限等待.对要求访问临界资源的进程,应保证在有限时间内能进入自己的临界区,以免陷入“死等”状态
    d. 让权等待.当进程不能进入自己的临界区时,应立即释放处理机,以免进程陷入“忙等”状态

    8
    在生产者-消费者问题中,如果缺少了signal(full)或signal(empty),对执行结果会有何影响?
    我的答案:
    如果缺少signal(full),那么表明从第一个生产者进程开始就没有改变信号量full 值,
    即使缓冲池产品已满,但full 值还是0,这样消费者进程执行wait(full)时认为缓冲池是空
    而取不到产品,消费者进程一直处于等待状态。
    如果缺少signal(empty),在生产者进程向n个缓冲区投满产品后消费者进程才开始从
    中取产品,这时empty=0,full=n,那么每当消费者进程取走一个产品empty 值并不改变,
    直到缓冲池取空了,empty 值也是0,即使目前缓冲池有n 个空缓冲区,生产者进程要想
    再往缓冲池中投放产品也会因为申请不到空缓冲区被阻塞。
    9
    桌上有一空盘,允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果,也可向盘中放桔子,儿子专等吃盘中的桔子,女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者使用,请用P,V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。
    正确答案:
    我的答案:
    分析设计四个信号量metux,empty、apple、orange;
    metux表示:爸爸、妈妈、儿子和女儿进程对盘子的互斥使用;
    empty表示:盘子是否为空;
    apple表示:是否可以取苹果;
    orange表示:是否可以取桔子。
    算法描述如下:
    semaphore empty=1,nutex=1,apple=0,orange=0; //为四个信号量赋初值
    void father(){
    do{
    wait(empty); //等待盘子为空
    wait(metux); //等待获取对盘子的操作
    爸爸向盘中放一个苹果;
    signal(mutex); //释放对盘子的操作
    signal(apple); //通知女儿可以来盘子中取苹果
    }while(TRUE);
    }
    void mather(){ //与父亲进程雷同
    do{
    wait(empty);
    wait(metux);
    妈妈向盘中放一个桔子;
    signal(mutex);
    signal(orange);
    }while(TRUE);
    }
    void son(){
    do{
    wait(orange); //判断盘子中是否有桔子
    wait(metux); //等待获取对盘子的操作
    儿子取出盘中的桔子;
    signal(mutex); //释放对盘子的操作
    signal(empty); //盘子空了,可以继续放水果了
    }while(TRUE);
    }
    void daugther(){ //与儿子进程雷同
    do{
    wait(apple);
    wait(metux);
    女儿取出盘中的苹果;
    signal(mutex);
    signal(empty);
    }while(TRUE);
    }
    void main() { //四个并发进程的同步执行
    cobegin
    father();mather();son();daugther();
    coend
    }
    批语

    10
    有一只铁笼子,每次只能放入一只动物。猎手向笼子里放入老虎,农民向笼子里放入猪;动物园等待取笼子里的老虎,饭店等待取笼子里的猪。现请用wait和signal操作写出能同步执行的程序。
    正确答案:
    我的答案:
    semaphore box = 1;// 记录笼子是否为空
    semaphore tiger = 0,pig = 0;// 作为老虎和猪的同步信号量
    void hunter()
    { while(true)
    { wait(box);
    // 放入老虎
    signal(tiger);
    }}
    void farmer()
    {while(true)
    {wait(box);
    // 放入猪
    signal(pig);
    }}
    void zoo()
    {while(true)
    {
    wait(tiger);
    // 取走老虎
    signal(box);
    }
    }
    void restaurant()
    {
    wile(true)
    {
    wait(pig);
    // 取走猪
    signal(box);
    }
    }

    11
    (思考题-选做)独木桥问题。某条河上只有一座独木桥,以便行人过桥,现在河的两边都有人要过桥,按照下面的规则过桥,为了保证过桥安全,请用P,V操作分别实现正确的管理。过桥的规则:同一方向的可连续过桥,某方向有人过桥时另一方向的人要等待。
    正确答案:
    我的答案:
    将独木桥的两个方向分别标记为A和B;并用整形变量countA和countB分别表示A、B方
    向上已在独木桥上的行人数,初值为0;再设置三个初值都1的互斥信号量:SA用来实
    现对countA的互斥访问,SB用来实现对countB的互斥访问,mutex用来实现两个方向的
    行人对独木桥的互斥使用。则具体描述如下:
    semaphore SA,SB,mutex;
    SA=1;
    SB=1;
    mutex=1;
    int countA=0;
    int countB=0;
    void Process_A()
    {wait(SA);
    if(countA0)
    {wait(mutex);
    countA+=1; }
    signal(SA);
    过独木桥;
    wait(SA);
    countA-=1;
    if(countA
    0)
    {signal(mutex);}
    signal(SA);}
    void Process_B()
    {
    waitSB);
    if(countB0)
    {wait(mutex);
    cuntB+=1;}
    signal(SB);
    过独木桥;
    wait(SB);
    countB-=1;
    if (countB
    0)
    {signal(mutex); }
    signal(SB);}

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  • 实现分时与实时处理 2批处理系统的主要缺点是 B A.CPU的利用率不高 B.失去了交互性? C.不具备并行性 D.以上都不是 3实时操作系统追求的目标是 C A.高吞吐率 B.充分利用内存 C. 快速响应 D. 减少系统开销 4系统调用...
  • 在架构设计的主要目的那篇博文中提到了,架构设计的主要目的是为了解决软件系统复杂度带来的问题。那么接下来的几篇博文将与大家一起讨论复杂度的6个来源,这篇文章将介绍复杂度的来源之一-高性能。 对性能孜孜不倦...

    前言

    在架构设计的主要目的那篇博文中提到了,架构设计的主要目的是为了解决软件系统复杂度带来的问题。那么接下来的几篇博文将与大家一起讨论复杂度的6个来源,这篇文章将介绍复杂度的来源之一-高性能。

    对性能孜孜不倦的追求是整个人类技术不断发展的根本动力。计算机,从电子管计算机到晶体管计算机再到集成电路计算机,运算性能从每秒几次提升到几亿次。单伴随性能原来越高相应的方法和系统复杂度也是越来越高。现代的计算机CPU集成了几亿颗晶体管,逻辑复杂度和制造复杂度相比最初的晶体管计算机,根本不可同日而语。

    软件系统也存在同样的现象。

    当然,技术发展带来了性能上的提升,不一定带来复杂度的提升。例如,硬件存储从纸带→磁带→磁盘→SSD,并没有显著带来系统复杂度的增加。就像汽车的发明无法取代火车,飞机的出现也并不能完全取代火车,所以我们在出行的时候,需要考虑选择汽车、火车还是飞机,这个选择的过程就比较复杂了,要考虑价格、时间、速度、舒适度等各种因素。

    软件系统中高性能带来的复杂度主要体现在两方面:

    • 一方面是单台计算机内部为了高性能带来的复杂度。
    • 一方面是多台计算机集群为了高性能带来的复杂度。

    单机复杂度

    计算机内部复杂度最关键的地方就是操作系统。计算机性能的发展本质上是由硬件发展驱动的,尤其是 CPU 的性能发展。著名的“摩尔定律”表明了 CPU 的处理能力每隔 18 个月就翻一番;而将硬件性能充分发挥出来的关键就是操作系统,所以操作系统本身其实也是跟随硬件的发展而发展的,操作系统是软件系统的运行环境,操作系统的复杂度直接决定了软件系统的复杂度。

    操作系统和性能最相关的就是进程和线程。所以操作系统从最初的单进程单线程的操作系统,慢慢发展到多进程多线程的操作系统。其中经过了批处理操作系统和分时操作系统。

    批处理操作系统

    简单来说就是先把要执行的指令预先写下来(写到纸带、磁带、磁盘等),形成一个指令清单,这个指令清单就是我们常说的“任务”,然后将任务交给计算机去执行,批处理操作系统负责读取“任务”中的指令清单并进行处理,计算机执行的过程中无须等待人工手工操作,这样性能就有了很大的提升。

    批处理程序大大提升了处理性能,但有一个很明显的缺点:计算机一次只能执行一个任务,如果某个任务需要从 I/O 设备(例如磁带)读取大量的数据,在 I/O 操作的过程中,CPU 其实是空闲的,而这个空闲时间本来是可以进行其他计算的。为了解决这一缺点,后来又出现了多进程多任务能够并行处理任务的操作系统。

    多进程虽然要求每个任务都有独立的内存空间,进程间互不相关,但从用户的角度来看,两个任务之间能够在运行过程中就进行通信,会让任务设计变得更加灵活高效。否则如果两个任务运行过程中不能通信,只能是 A 任务将结果写到存储,B 任务再从存储读取进行处理,不仅效率低,而且任务设计更加复杂。为了解决这个问题,进程间通信的各种方式被设计出来了,包括管道、消息队列、信号量、共享存储等。

    分时操作系统

    多进程让多任务能够并行处理任务,但本身还有缺点,单个进程内部只能串行处理,而实际上很多进程内部的子任务并不要求是严格按照时间顺序来执行的,也需要并行处理。
    例如,一个餐馆管理进程,排位、点菜、买单、服务员调度等子任务必须能够并行处理,否则就会出现某个客人买单时间比较长(比如说信用卡刷不出来),其他客人都不能点菜的情况。为了解决这个问题,人们又发明了线程,线程是进程内部的子任务,但这些子任务都共享同一份进程数据。为了保证数据的正确性,又发明了互斥锁机制。 有了多线程后,操作系统调度的最小单位就变成了线程,而进程变成了操作系统分配资源的最小单位。

    多进程多线程虽然让多任务并行处理的性能大大提升,但本质上还是分时系统,并不能做到时间上真正的并行。解决这个问题的方式显而易见,就是让多个 CPU 能够同时执行计算任务,从而实现真正意义上的多任务并行。目前这样的解决方案有 3 种:

    • SMP(Symmetric Multi-Processor,对称多处理器结构)
    • NUMA(Non-Uniform Memory Access,非一致存储访问结构)
    • MPP(Massive Parallel Processing,海量并行处理结构)。

    其中 SMP 是我们最常见的,目前流行的多核处理器就是 SMP 方案。

    小总结

    操作系统发展到现在,如果我们要完成一个高性能的软件系统,需要考虑如多进程、多线程、进程间通信、多线程并发等技术点,而且这些技术并不是最新的就是最好的,也不是非此即彼的选择。在做架构设计的时候,需要花费很大的精力来结合业务进行分析、判断、选择、组合,这个过程同样很复杂。举一个最简单的例子:Nginx 可以用多进程也可以用多线程,JBoss 采用的是多线程;Redis 采用的是单进程,Memcache 采用的是多线程,这些系统都实现了高性能,但内部实现差异却很大。

    集群的复杂度

    虽然计算机硬件的性能快速发展,但和业务的发展速度相比,还是小巫见大巫了,尤其是进入互联网时代后,业务的发展速度远远超过了硬件的发展速度。

    例如,支付宝和微信这种规模的业务系统,后台系统的机器数量都是万台级别的。

    通过大量机器来提升性能,并不仅仅是增加机器这么简单,让多台机器配合起来达到高性能的目的,是一个复杂的任务,我针对常见的几种方式简单分析一下。

    任务分配

    任务分配的意思是指每台机器都可以处理完整的业务任务,不同的任务分配到不同的机器上执行。

    我从最简单的一台服务器变两台服务器开始,来讲任务分配带来的复杂性,整体架构示意图如下。

    在这里插入图片描述

    从图中可以看到,1 台服务器演变为 2 台服务器后,架构上明显要复杂多了,主要体现在:

    • 需要增加一个任务分配器,这个分配器可能是硬件网络设备(例如,F5、交换机等),可能是软件网络设备(例如,LVS),也可能是负载均衡软件(例如,Nginx、HAProxy),还可能是自己开发的系统。选择合适的任务分配器也是一件复杂的事情,需要综合考虑性能、成本、可维护性、可用性等各方面的因素。
    • 任务分配器和真正的业务服务器之间有连接和交互(即图中任务分配器到业务服务器的连接线),需要选择合适的连接方式,并且对连接进行管理。例如,连接建立、连接检测、连接中断后如何处理等。
    • 任务分配器需要增加分配算法。例如,是采用轮询算法,还是按权重分配,又或者按照负载进行分配。如果按照服务器的负载进行分配,则业务服务器还要能够上报自己的状态给任务分配器。

    这一大段描述,即使你可能还看不懂,但也应该感受到其中的复杂度了,更何况还要真正去实践和实现。

    上面这个架构只是最简单地增加 1 台业务机器,我们假设单台业务服务器每秒能够处理 5000 次业务请求,那么这个架构理论上能够支撑 10000 次请求,实际上的性能一般按照 8 折计算,大约是 8000 次左右。

    如果我们的性能要求继续提高,假设要求每秒提升到 10 万次,上面这个架构会出现什么问题呢?是不是将业务服务器增加到 25 台就可以了呢?显然不是,因为随着性能的增加,任务分配器本身又会成为性能瓶颈,当业务请求达到每秒 10 万次的时候,单台任务分配器也不够用了,任务分配器本身也需要扩展为多台机器,这时的架构又会演变成这个样子。

    在这里插入图片描述

    这个架构比 2 台业务服务器的架构要复杂,主要体现在:

    • 任务分配器从 1 台变成了多台(对应图中的任务分配器 1 到任务分配器 M),这个变化带来的复杂度就是需要将不同的用户分配到不同的任务分配器上(即图中的虚线“用户分配”部分),常见的方法包括 DNS 轮询、智能 DNS、CDN(Content Delivery Network,内容分发网络)、GSLB 设备(Global Server Load Balance,全局负载均衡)等。
    • 任务分配器和业务服务器的连接从简单的“1 对多”(1 台任务分配器连接多台业务服务器)变成了“多对多”(多台任务分配器连接多台业务服务器)的网状结构。
    • 机器数量从 3 台扩展到 30 台(一般任务分配器数量比业务服务器要少,这里我们假设业务服务器为 25 台,任务分配器为 5 台),状态管理、故障处理复杂度也大大增加。

    上面这两个例子都是以业务处理为例,实际上“任务”涵盖的范围很广,可以指完整的业务处理,也可以单指某个具体的任务。例如,“存储”“运算”“缓存”等都可以作为一项任务,因此存储系统、运算系统、缓存系统都可以按照任务分配的方式来搭建架构。此外,“任务分配器”也并不一定只能是物理上存在的机器或者一个独立运行的程序,也可以是嵌入在其他程序中的算法,例如 Memcache 的集群架构。

    在这里插入图片描述

    任务分解

    通过任务分配的方式,我们能够突破单台机器处理性能的瓶颈,通过增加更多的机器来满足业务的性能需求,但如果业务本身也越来越复杂,单纯只通过任务分配的方式来扩展性能,收益会越来越低。例如,业务简单的时候 1 台机器扩展到 10 台机器,性能能够提升 8 倍(需要扣除机器群带来的部分性能损耗,因此无法达到理论上的 10 倍那么高),但如果业务越来越复杂,1 台机器扩展到 10 台,性能可能只能提升 5 倍。造成这种现象的主要原因是业务越来越复杂,单台机器处理的性能会越来越低。为了能够继续提升性能,我们需要采取第二种方式:任务分解。

    继续以上面“任务分配”中的架构为例,“业务服务器”如果越来越复杂,我们可以将其拆分为更多的组成部分,我以微信的后台架构为例。

    在这里插入图片描述

    通过上面的架构示意图可以看出,微信后台架构从逻辑上将各个子业务进行了拆分,包括:接入、注册登录、消息、LBS、摇一摇、漂流瓶、其他业务(聊天、视频、朋友圈等)。

    通过这种任务分解的方式,能够把原来大一统但复杂的业务系统,拆分成小而简单但需要多个系统配合的业务系统。从业务的角度来看,任务分解既不会减少功能,也不会减少代码量(事实上代码量可能还会增加,因为从代码内部调用改为通过服务器之间的接口调用),那为何通过任务分解就能够提升性能呢?

    主要有几方面的因素:

    • 简单的系统更加容易做到高性能

    系统的功能越简单,影响性能的点就越少,就更加容易进行有针对性的优化。而系统很复杂的情况下,首先是比较难以找到关键性能点,因为需要考虑和验证的点太多;其次是即使花费很大力气找到了,修改起来也不容易,因为可能将 A 关键性能点提升了,但却无意中将 B 点的性能降低了,整个系统的性能不但没有提升,还有可能会下降。

    • 可以针对单个任务进行扩展

    当各个逻辑任务分解到独立的子系统后,整个系统的性能瓶颈更加容易发现,而且发现后只需要针对有瓶颈的子系统进行性能优化或者提升,不需要改动整个系统,风险会小很多。以微信的后台架构为例,如果用户数增长太快,注册登录子系统性能出现瓶颈的时候,只需要优化登录注册子系统的性能(可以是代码优化,也可以简单粗暴地加机器),消息逻辑、LBS 逻辑等其他子系统完全不需要改动。

    既然将一个大一统的系统分解为多个子系统能够提升性能,那是不是划分得越细越好呢?例如,上面的微信后台目前是 7 个逻辑子系统,如果我们把这 7 个逻辑子系统再细分,划分为 100 个逻辑子系统,性能是不是会更高呢?

    其实不然,这样做性能不仅不会提升,反而还会下降,最主要的原因是如果系统拆分得太细,为了完成某个业务,系统间的调用次数会呈指数级别上升,而系统间的调用通道目前都是通过网络传输的方式,性能远比系统内的函数调用要低得多。我以一个简单的图示来说明。
    在这里插入图片描述

    从图中可以看到,当系统拆分 2 个子系统的时候,用户访问需要 1 次系统间的请求和 1 次响应;当系统拆分为 4 个子系统的时候,系统间的请求次数从 1 次增长到 3 次;假如继续拆分下去为 100 个子系统,为了完成某次用户访问,系统间的请求次数变成了 99 次。

    为了描述简单,我抽象出来一个最简单的模型:假设这些系统采用 IP 网络连接,理想情况下一次请求和响应在网络上耗费为 1ms,业务处理本身耗时为 50ms。我们也假设系统拆分对单个业务请求性能没有影响,那么系统拆分为 2 个子系统的时候,处理一次用户访问耗时为 51ms;而系统拆分为 100 个子系统的时候,处理一次用户访问耗时竟然达到了 149ms。

    小总结

    虽然系统拆分可能在某种程度上能提升业务处理性能,但提升性能也是有限的,不可能系统不拆分的时候业务处理耗时为 50ms,系统拆分后业务处理耗时只要 1ms,因为最终决定业务处理性能的还是业务逻辑本身,业务逻辑本身没有发生大的变化下,理论上的性能是有一个上限的,系统拆分能够让性能逼近这个极限,但无法突破这个极限。因此,任务分解带来的性能收益是有一个度的,并不是任务分解越细越好,而对于架构设计来说,如何把握这个粒度就非常关键了。

    总结

    这篇文章给大家介绍了软件系统中高性能带来的复杂度主要体现的两个方面:

    • 单台计算机内部为了高性能带来的复杂度与。
    • 多台计算机集群为了高性能带来的复杂度。

    希望能够对各位看到这篇博文的同学有帮助。

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  • 1.操作系统的基本功能包括 ...3.在分时和批处理系统结合的操作系统中引入了“前台”和“后台”作业的概念,其目的是 。 4.分时操作系统的主要特征有三个,即 、 和 。 5.实时操作系统与分时操作系统的主要区别是 。
  • 文件系统的主要目的是实现对文件的按名存取 通道控制设备控制器,设备在设备控制器控制下工作 操作系统的基本类型是实时系统、分时系统和批处理系统 PMT 页表(页面变换表) DCT设备控制表 虚拟存储器的叙述正确的是...

    不管系统中是否有线程,进程都是拥有资源的独立单位
    管程技术是用来解决进程同步的
    对进程的管理和控制使用的是原语
    并发执行的特征:间断性、失去封闭性、不可再现性
    在单处理机系统实现并发后,各进程在某一时间段并行运行,CPU与外部设备之间并行工作
    文件系统的主要目的是实现对文件的按名存取
    通道控制设备控制器,设备在设备控制器控制下工作
    操作系统的基本类型是实时系统、分时系统和批处理系统
    PMT 页表(页面变换表) DCT设备控制表
    虚拟存储器的叙述正确的是:要求程序运行前不必全部装入内存且在运行过程中不必一直驻留在内存
    虚拟存储器采用了以“时间”换“空间”的技术
    在可变分区存储管理中,最优适应分配算法要求对空闲区表项按尺寸从小到大进行排列
    并发是指若干个事件在同一时间段内发生, 并行是指若干个事件在同一时刻发生。
    进程的基本特征有动态性、并发性 、独立性、异步性及结构特征

    第一章 概述

    操作系统的概念:

    操作系统(英语:operating system,缩写作 OS)是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序,同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。

    基本类型:

    1、批处理操作系统(Batch Processing Operation System);

    2、分时操作系统(Time Sharing Operating System);

    3、实时操作系统(Real Time Operating System);

    4、个人操作系统(Personal Operating System);

    5、网络操作系统(NOS, Network Operating System);

    6、分布式操作系统(Distributed Operating System)。

    基本特征:并发(并行性和并发性)、共享 (互斥共享/同时访问方式) 、

    虚拟(时分复用/空分复用)、异步(进程的执行顺序和执行时间的不确定性)

    基本功能:

    处理机管理功能(作业管理):主要解决内存中多道并发执行的“进程”如何占用CPU,如何运行的问题。

    存储器管理功能:内存分配,内存保护,地址映射,内存扩充

    设备管理功能:缓冲管理,设备分配,设备处理

    文件管理功能:存储空间的管理,目录管理,文件的读写管理和保护

    用户接口:命令接口,程序接口,图形接口

    管态和目态:

    大多数计算机系统将CPU执行状态分为管态和目态。管态又称为特权状态、系统态或核心态。通常,操作系统在管态下运行。目态又叫做常态或用户态,用户程序只能在目态下运行,如果用户程序在目态下执行特权指令,硬件将发生中断,由操作系统获得控制,特权指令执行被禁止,这样可以防止用户程序有意或无意的破坏系统。从目态转换为管态的唯一途径是中断。

    操作系统的目标:方便性、有效性、自动扩充性和开放性。

    操作系统的作用:
    1)作为用户与计算机硬件系统之间的接口(达成了方便性的目标)
    2)作为计算机系统资源的管理者(达成了有效性的目标)
    3)用作扩充机器

    结构设计方法:
    1)无结构OS
    2)模块化OS结构
    3)分层式OS结构 以上属于传统OS结构
    4)微内核OS结构
    1)客户/服务器技术
    2)面向对象技术
    3)微内核

    第一章练习

    1.从用户、资源管理、资源抽象三个角度看,操作系统的作用分别是什么。
    OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口;
    OS作为计算机系统资源的管理者;
    OS实现了对计算机资源的抽象
    2.操作系统是什么软件?位于哪一层之上?
    OS是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充。OS是现代计算机系统中最基本最重要的系统软件。
    3.从资源管理的角度看,操作系统的4大主要功能。
    处理机管理,存储器管理,设备管理,文件管理
    4.理解操作系统的主要特性:并发、共享、虚拟和异步。其中操作系统最基本的两个特征是什么?
    并发和共享是操作系统最基本的两个特征
    5.理解操作系统的基本类型:批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。
    批处理操作系统的优点:资源利用率高,系统吞吐量大。
    批处理操作系统的缺点:平均周转时间长,无交互能力。分时操作系统的2个关键问题:及时接收,及时处理
    分时操作系统的特征:多路性、独立性、及时性、交互性
    实时操作系统:实时操作系统的特征比分时多一个可靠性。
    7.多道程序设计是指什么?
    多道程序设计是指内存中存放多个进程来执行调度任务,内存中多个进程共享计算机资源。
    8.操作系统作为用户与计算机硬件系之间的接口,用户可通过三种方式使用计算机,这些方式是指什么。
    命令方式、系统调用方式、图标-窗口方式

    9.操作系统的三个基本类型是:

    批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。

    10.批处理操作系统的主要缺点是:缺少交互性

    11.允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为(); 分时操作系统

    允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为(); 批处理操作系统

    计算机系统能及时处理过程、控制数据并做出响应的操作系统称为(): 实时操作系统

    12.现代操作系统的两个最基本的特征是: 并发和共享。

    13.从用户的观点出发,操作系统是() 用户与计算机之间的接口。

    14.实时系统应具有两个基本特征: 及时性和高可靠性。

    15.操作系统的特征是: 并发性、共享性、虚拟性和异步性

    16.操作系统的五大管理功能是:

    处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理

    第二章 进程管理

    问:

    1、多道程序设计技术;

    2、进程的概念、特征、基本状态及与程序的区别和联系;

    3、PCB的概念、前趋图、进程图;

    4、原语的概念及进程控制原语的种类;

    5、进程的同步与互斥的概念、临界资源与临界区的概念;

    6、信号量及其应用;

    系统中有三个进程GET、PRO和PUT,共用两个缓冲区BUF1和BUF2。

    假设BUF1中最多可放11个信息,现已放入了两个信息;BUF2最多可放5个信息,目前为空。

    GET进程负责不断地将输入信息送入BUF1中,PRO进程负责从BUF1中取出信息进行处理,

    并将处理结果送到BUF2中,PUT进程负责从BUF2中读取结果并输出。

    试写出正确实现GET、PRO、PUT的同步与互斥的算法

    (要求:(1)用类C语言描述,条理清楚,注释恰当;(2)信号量原语统一使用wait和signal)。

    7、线程的概念及种类、引入线程的目的;

    答:

    1.多道程序设计技术

    所谓多道程序设计指的是允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法。也就是说,计算机内存中可以同时存放多道(两个以上相互独立的)程序,它们都处于开始和结束之间。从宏观上看是并行的,多道程序都处于运行中,并且都没有运行结束;从微观上看是串行的,各道程序轮流使用CPU,交替执行。引入多道程序设计技术的根本目的是为了提高CPU的利用率,充分发挥计算机系统部件的并行性,现代计算机系统都采用了多道程序设计技术。

    2.进程的概念、特征、基本状态及与程序的区别和联系;

    进程的概念: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。

    特征:

    ①结构性特征,进程的根本——PCB

    ②动态性

    l进程实质上是进程实体的一次有生命期的执行过程。程序只是静态的一组有序指令。

    l进程最基本特征

    ③并发性

    l多个进程实体同存于内存中,在一段时间内同时运行。

    l有PCB的程序才能并发。

    ④独立性

    ⑤异步性

    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

    进程与程序的区别和联系:

    ¡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。

    3.PCB的概念、前趋图、进程图;

    PCB:存放进程的管理和控制信息的数据结构

    前趋图:描述进程执行前后关系的图(有向无循环图)

    进程图:虽然这里提到了,但并没有找到相关的概念,难道是进程流程图?

    4、原语的概念及进程控制原语的种类;

    原语是由若干指令构成的原子操作过程,作为整体实现功能,不可被打断。

    进程控制原语的种类

    (1)创建原语(2)撤销原语(3)挂起原语(4)激活原语(5)阻塞原语(6)唤醒原语

    第二章练习

    1.理解进程的定义, 进程的3个组成部分。
    进程的定义: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。
    进程的组成部分:程序段、相关的数据段和PCB控制块
    2.理解进程的三种基本状态转换及用图表示。
    就绪 阻塞 执行
    3.进程控制块PCB中的4个方面的信息,进程与PCB之间的对应关系。
    进程控制块的组成:进程标识符,处理机状态,进程调度信息,进程控制信息。
    进程与PCB是一一对应的关系。当系统建立一个新进程时,就为它建立一个PCB。进程结束时又收回它的PCB,进程也随之消亡。系统是通过PCB感知进程存在的。PCB是进程存在于系统中的唯一标志。
    4.进程控制一般是由什么来实现的?什么是原语?
    进程控制一般由OS内核中的原语来实现。
    原语就是由若干条指令组成的,用户完成一定功能的一个过程。它是一个不可分割的基本单位。原语在执行的过程中不可以被中断。
    5.在多道程序设计系统中,并发进程之间可能存在的2种制约关系(也就是,并发进程之间可能存在的2种关系,并区分):进程互斥和进程同步
    间接相互制约关系:因为对临界资源共享的互斥访问而引起的
    直接相互制约关系:为了完成某任务而建立的两个或者多个进程之间的制约关系
    6.线程与进程的区别。
    进程作为调度和分派的基本单位,线程是能够独立运行的基本单位
    线程使OS具有更好地并发性
    进程可以拥有资源,并作为系统中拥有资源的一个基本单位。线程本身并不拥有系统资源,而是仅有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。
    不同线程之间的独立性比不同进程之间的独立性低的多。
    线程创建或撤销的开销小于进程的创建和撤销的开销。
    在多处理系统中,多线程进程可以将一个进程中的多个线程分配到多个处理机上,并行执行。
    7.并发进程的特征(与顺序程序设计相比):(选择题)
    间断性、失去封闭性、不可再现性
    8.临界区(P50)、临界资源的定义(P14填空题、选择题、简答题)
    临界区:访问临界资源的那段代码。
    临界资源:一段时间内只允许一个进程访问的资源。(每个进程应采取互斥访问的方式,实现对这种资源的共享)
    9.同步机制应遵循基本准则(或临界区调度原则)(P50填空题、简答题)
    空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待
    10.信号量:
    (1)一种是用于实现进程互斥的信号量,初值一般为1;当为0时表示什么含义。
    = 1表示只允许一个进程访问临界资源
    = 0 表示一个进程已进入临界区
    (2)另一种是用于解决进程同步的信号量,初值表示资源的数量。 有两种题型:
    【题型1】有3个进程共享同一程序段,而每次最多允许两个进程进入该程序段,若用P、V操作作同步机制,则记录型信号量S的取值范围为(-1 0 1 2)。
    【题型2】若记录型信号量S的初值为2,当前值为-1,则表示有( 1)等待进程。
    信号量为负时,表示资源分配完毕,信号量的绝对值表示已阻塞进程的数目
    11.利用信号量实现前驱关系、
    进程向后继进程分配信号量,后继进程等待接收前驱进程的信号量

    12.了解管程的作用,即用来做什么的
    管程的作用:确保每次仅有一个进程进入管程,执行这组过程,使用共享资源,达到对共享资源所有访问的统一管理。

    13.理解进程的并发执行。

    14.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。

    15.程序并发执行与顺序执行相比产生了一些新特征,分别是:

    间断性、失去封闭性、不可再现性

    16.进程的基本特征是:

    ●动态性、并发性、独立性、异步性、结构性

    17.进程的基本状态有:

    ●执行、就绪、阻塞

    18.()是进程存在的唯一标志。

    19.管理系统所有PCB时,系统的几个关键指针有:执行指针、就绪指针、阻塞指针、空闲指针

    20.当进程执行的时间片用完时,进程从:• 执行状态变为就绪状态。

    21.分配到必要资源并获得处理机时的进程状态是:• 执行状态

    22.进程从结构上讲,包括• 程序段、数据段、进程控制块。

    23.在一个单处理机中,若有4个用户进程且假定当前时刻有一个进程处于执行状态,则处于就绪状态的进程最多有:

    • 3个,最少有0个。

    第三章 处理机调度与死锁

    问:

    1、调度的层次与作用;

    2、常用调度算法及计算;

    3、死锁的概念、产生的原因及必要条件;

    4、处理死锁的基本方法;

    5、银行家算法及计算;

    6、化简资源分配图,并说明有无进程处于死锁状态

    答:

    第三章练习

    1.了解处理器调度的3种调度是什么及其调度对象分别是什么。了解进程调度的任务。
    3种调度——高级调度:长程调度或作业调度
    中级调度:进程调度或短程调度
    低级调度:内存调度
    进程调度的任务——保存处理机的现场信息
    按某种算法选取进程
    把处理器分配给进程
    2.周转时间的计算(采用先来先服务调度算法和最短作业优先调度算法时的平均周转时间)
    题型:设有三道作业,它们的提交时间和运行时间如下表:

    求:试给出下面两种调度算法下,作业的执行顺序、平均周转时间和平均带权周转时间。
    (1)先来先服务FCFS调度算法

    作业的执行顺序: 1 2 3
    平均周转时间:T = (2 + 2.9 +3) / 3 = 2.63
    平均带权周转时间:T = (1 + 2.9 + 12) / 3 = 5.3
    (2)短作业优先SJF调度算法

    作业的执行顺序:1 3 2
    平均周转时间:T = (2 + 2.25 + 3.15) / 3 = 2.46
    平均带权周转时间:T = (1 + 9 + 3.15) / 3 = 4.38

    3.了解基本的作业调度和低级调度算法:先来先服务算法FCFS、最短作业优先算法SJF、响应比最高者优先算法HRRF和优先级调度算法。
    高响应比优先算法:优先权 = (等待时间 + 要求服务时间) / 要求服务时间
    高响应比优先算法既考虑了作业的等待时间,又考虑作业运行时间
    优先级调度算法(既可用于作业调度又可用作进程调度):从后备队列中选择若干个优先级最高的作业装入内存。

    4.死锁的定义及其产生死锁的原因和必要条件
    死锁:一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其它进程才能引发的事件,那么该组进程是死锁的
    产生死锁的四个必要条件是:互斥条件、请求和保持条件、不可抢占条件、循环等待条件。
    5.银行家算法
    6.求系统中各种资源的总数
    已经分配出去的资源 + 系统当前可用的资源 = 系统中各种资源的总数
    7.某时刻各进程对各资源的需求数目即Need矩阵。
    Need[i, j] = Max[i, j] – Allocation[i, j]
    8.在某时刻系统是否是安全的(找安全序列)
    安全性算法中,work表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目,执行安全算法开始时,work = available

    步骤:利用安全性算法对xx时刻的资源分配情况进行分析
    建立表格:work(第一个已知,其他都是上一行的work+allocation)、need(已知)、allocation(已知)、work+allocation、finish(true or false)
    在xx时刻存在着一个安全序列{xx,xx,xx,xx},故系统是安全的
    9.如果此时某进程发出资源请求向量Request( ),是否能实施资源分配?为什么?
    (1)request1 < need1
    (2)request1 < available
    (3)系统先假定可以为p1分配资源,并修改available allocation1 和 need1向量
    (4)再利用安全性算法检查此时系统是否安全
    (5)由所进行的安全性检查得知,可以找到一个安全序列{x,x,x,x}。因此系统是安全的

    第四章 存储管理

    问:

    1、存储管理的目的、功能;

    2、重定位的概念及方法;

    3、内碎片、外碎片;

    4、常用分区分配算法及对应的空闲区排列方式;

    5、基本分页(分段)的概念、页(段)表的作用、地址变换过程及物理地址计算;

    6、分页与分段的区别、各自的优缺点;

    答:

    第四章练习

    1.存储管理是对内存的什么区域进行管理?
    用户区
    2.了解逻辑地址与物理地址的概念,重定位的概念
    逻辑地址(Logical Address) 是指由程序产生的与段相关的偏移地址部分
    物理地址(Physical Address) 是指出现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号,是地址变换的最终结果。
    重定位就是把程序的逻辑地址空间变换成内存中的实际物理地址空间的过程,也就是说在装入时对目标程序中指令和数据的修改过程。
    3.理解常用动态(可变)分区分配算法:
    (1)首次(最先)适应算法、(2)最佳适应算法、(3)最坏适应算法。它们的空闲区表项是按什么规则排列(空闲链表)。
    首次适应算法即每次都从头遍历找到第一个符合的分区,最佳适应的是每次都找到那个和它大小相差的最小的那个分区,最坏适应算法,是每次都找最大的那个分区。

    4.动态(可变)分区分配方案中,某一作业完成后,系统收回其主存空间,了解回收空闲区的4种情况的回收规则,空闲分区表的变化。

    5.分页存储管理的原理
    题型:分页式存储管理系统,内存的大小为64KB,被分成16块,块号为0、1、2、…、15。设某进程有3页,其页号为0、1、2,被分别装入内存的2、4、7,问:

    1. 内存地址应使用多少位来表示?进程每一页的长度为多少B?逻辑地址中的页内地址应该用多少位? 逻辑地址应该用多少位?
      2.写出该进程每一页在内存的起始地址。
      3.逻辑地址5276、或者0A12H(十六进制)对应的物理地址是多少?
      内存地址:64k = 2^6 * 2^10 = 2^16用16位表示
      进程每一页的长度为64KB / 16 = 4KB;逻辑地址中的页内地址应该用12位表示;逻辑地址应该用14位表示;【因为页号用2位表示,2+12=14位】
      0页2 * 4KB, 1页4 * 4KB, 2页7 * 4KB
      页号为 5276 / 4k = 5276 / 4096 = 1 , 页内地址为 5276 % 4096 = 1180 物理地址 = 4* 4KB + 1180 ;
      0A12h的十进制为2578 。页号: 2578 / 4k = 2578 / 4096 = 0, 页内地址为 2578 % 4096 = 2578 ,物理地址为:2 * 4KB + 2578

    6.分段存储管理系统中物理地址的计算
    题型:某段表的内容如下:
    段号 段首址 段长度
    0 120K 40K
    1 760K 30K
    2 480K 20K
    3 370K 20K
    一逻辑地址为(2,154B),它对应的物理地址为多少?
    可能越界:一种是段长和另一种是段号的越界
    480K+154B

    第五章 虚拟存储器

    1、虚拟存储器的基本概念、理论依据、基本特征及关键技术;

    2、熟知请求分页基本思想;

    3、页面置换算法、缺页率计算、LRU算法的硬件实现方法、抖动、Belady异常、缺页中断;

    在页式虚拟存储管理的计算机系统中,运行一个共有7页的作业,且作业在主存中分配到3块主存空间,作业执行时访问页的顺序为1, 2, 3, 4, 2, 1, 5, 6, 2, 1, 3, 7, 6, 3, 2, 1, 2, 3, 6。假设3个物理块初始为空,所有页面都采用请调式LRU替换算法,要求图示出内存页面变化情况,并计算缺页率。

    4、快表的作用、内存访问时间的计算;

    第五章练习

    1.虚拟存储器的定义,基于什么原理提出的
    虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。
    虚拟存储器是基于离散分配的原理提出的。
    2.什么是程序执行时的时间局限性和空间局限性?
    时间局限性:如果程序中的指令被执行,则不久以后该指令可能再次执行;如果某数据被访问过,则不久以后该数据可能再次被访问。
    空间局限性:一旦程序访问了某个存储单元,在不久之后,其附近的存储空间也将被访问,即程序在一段时间内所访问的地址可能集中在一定的范围之内,其典型情况便是程序的顺序执行。
    3.常见的页面置换算法:最佳页面置换算法OPT、先进先出页面置换算法FIFO、最近最少使用页面置换算法LRU。
    题型:假定某请求页式虚拟系统中,某进程的页面访问为:0,0,3,1,1,4,0,5,6,6,2,4,6,7,7,0,0,6,7,2,进程实际页面数为3,则按先进先出FIFO置换算法和最近最久未使用LRU置换算法,求缺页中断次数和缺页率。
    (1)FIFO

    缺页中断次数:13;缺页率:产生中断的次数 / 总访问次数 = 13 / 20 = 0.65

    (1)LRU

    缺页中断次数:12;缺页率:12 / 20 = 0.6
    (3)OPT
    选择在最长(未来)时间内不再被访问的页面。
    缺页次数和缺页率计算如上

    第六章 设备管理

    问:

    1、设备管理的任务、功能及目标;

    2、I/O设备的分类,设备、控制器及通道的关系;

    3、通道的基本概念及分类;

    4、I/O控制方式及推动发展的因素、各自适用的场合;

    5、缓冲区的概念、分类及引入目的;单缓冲、双缓冲计算处理数据的时间;

    某文件占10个磁盘块,现要把该文件磁盘块逐个读入主存缓冲区,并送用户区进行分析。假设一个缓冲区与一个磁盘块大小相同,把一个磁盘块读入缓冲区的时间为100μs,将缓冲区的数据传送到用户区的时间是50μs,CPU对一块数据进行分析的时间为50μs。试计算在单缓冲区和双缓冲区结构下,读入并分析该文件的时间分别是多少,并画图说明计算过程。

    6、I/O软件的层次、各层主要功能、设备独立性的概念;

    7、SPOOLING技术的概念、作用及SPOOLING系统的组成;

    SPOOLing技术是一类典型的虚拟设备技术,通常是用独占设备来模拟共享设备。(F)

    8、磁盘访问过程及访问时间的确定、磁盘调度算法及其计算;扇区的优化;

    若磁头的当前位置为100 柱面,磁头正向磁道号减小方向移动。现有一磁盘读写请求队列,柱面号依次为:190 , 10 , 160 , 80 , 90 , 125 , 30 , 20 , 29 , 140 , 25 。若采用电梯调度算法,试计算移臂经过的柱面数和平均寻道长度。

    第六章练习

    1.有哪些I/O控制方式,工作方式
    答:采用轮询的可编程I/O方式;采用中断的可编程I/O方式;直接存储器访问方式;I/O通道方式
    2.系统的设备分配程序进行独占设备分配的步骤是什么?
    答: 分配设备、分配控制器、分配通道
    3.通道又称I/O处理机,用于完成什么之间的信息传输。
    答:CPU和设备控制器
    4.通道、设备控制器和设备(三者联接位置,即控制关系)
    通道控制设备控制器,设备在设备控制器控制下工作
    5. 通道的定义、三种通道类型及其特点(连接的设备类型)
    通道的定义:一个独立于CPU的专门的I/O控制的处理机,控制设备与内存直接进行信息交换。
    通道类型有:字节多路通道,按字节多路交叉方式工作的通道;
    数组选择通道,可以连接多台高速设备,通道的利用率很低;
    数组多路通道,将数组选择通道传输速率高和字节多路通道分时并行操作的优点结合。
    6.了解常用的缓冲技术的作用(选择题)及类型。
    缓冲技术的作用:缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾;
    减少对CPU的中断频率,放宽对CPU中断响应时间的限制;
    解决数据粒度不匹配的问题;
    提高CPU和I/O设备之间的并行性。
    缓冲技术的类型有:单缓冲、双缓冲、环形缓冲和缓冲池。
    7.Spooling系统的作用、组成(填空题、简答题)P207
    Spooling系统技术的作用:缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾
    SPO·OLing系统是对脱机I/O工作方式的模拟,SPOOLing系统是由:
    (1).磁盘中的(输入井)和(输出井),是对脱机输入输出中的磁盘进行模拟;
    (2).内存中的(输入缓冲区)和(输出缓冲区),用来缓和CPU与磁盘之间的速度的矛盾;
    (3).(输入进程)和(输出进程)所构成,是对脱机输入输出中的外围控制机进行模拟。
    (4).(井管理程序),用于控制作业与磁盘井之间信息的交换。
    8.I/O系统管理的对象是什么?按照各层次及其功能,I/O软件的4层是什么?
    I/O系统管理的对象:I/O设备和相应的设备控制器
    四个层次:用户层I/O软件、设备独立性软件、设备驱动程序、中断处理程序
    9.设备独立性是指什么?在有设备独立性系统中,逻辑设备表的作用是什么?(选择题)设备独立性:应用程序中的所有设备,不局限于使用某个具体的物理设备。
    逻辑设备表的作用:实现从逻辑设备名称到物理设备名称的转换。
    10.掌握当前磁盘调度算法(1)先来先服务(2)最短寻道时间优先(3)电梯算法。
    【题型】假定一磁盘有200个柱面,编号为0—199,在完成了磁道125处的请求后,当前正在磁道143处为一个请求服务。若请求队列的先后顺序为
    86,147,91,177,94,150,102,175,130
    试分别采用FCFS(先来先服务)、SSTF(最短寻道时间优先)、SCAN(扫描)算法完成上述请求,写出磁头移动的顺序,并计算存取臂移动总量(单位为磁道数)。

    第七章 文件管理

    问:

    1、文件系统的组成、功能;

    2、打开、关闭操作的目的;

    3、文件逻辑结构;

    4、文件的目录结构、索引节点及文件控制块的作用;
    (1) 如何加快目录检索?
    (2)目录项分解法:即把FCB分成两部分,符号目录项:文件名,文件号,基本目录项:除文件名外的所有字段
    5、了解文件的共享和保护措施。

    第七章练习

    1.文件系统的主要目的、概念
    文件系统的主要目的是实现对文件的按名存取
    文件系统最基本的目标是 (按名存取),它主要是通过(目录管理)功能实现的,文件系统所追求的最重要目标是 (提高对文件的存取速度)。
    按逻辑结构可把文件分为:记录式文件、流式文件
    2.文件目录的作用
    作用:实现文件名到物理地址的转换。

    第八章 磁盘存储器的管理

    问:

    1、文件的物理结构;

    2、FAT表的作用、FAT表大小的计算;

    (1) 假设盘块大小为512B,硬盘的大小为100MB,如果采用显式链接管理方式,对应的FAT为多少字节?
    100MB/512B=200K个块;
    需要18个二进制位来描述块号;
    按照FAT表的组织结构,每个表项需要扩充成20位即2.5个字节;
    所以FAT表的大小=2.5B*200K=500KB。

    3、混合索引分配方式的结构及相关计算

    (1)某磁盘文件系统,采用混合索引分配方式,13个地址项记录在FCB中,第0-9个地址项为直接地址,第10个地址项为一次间接地址,第11个地址项为二次间接地址,第12个地址项为三次间接地址。如果每个盘块的大小为512字节,盘块号需要用3个字节来描述,问:

    1)该文件系统允许文件的最大长度是多少?

    2)若要读取字节地址为5000B处的文件数据,试计算得到其映射到的物理地址(磁盘块号及偏移量),请写明计算过程。

    4、文件空闲区的管理方法(空闲表、空闲链、位示图与成组链接法);

    (1)假设一个磁盘组有 100 个柱面,编号为 0-99,每个柱面有 32 个磁道,编号为 0-31,每个磁道有16 个扇区,编号为0-15。现采用位示图方法管理磁盘空间,磁盘块与扇区大小相等,令磁盘块号按柱面顺序和磁道顺序编排(从0编起)。请回答下列问题:(5分)

    1)若采用32 位的字组成位示图,共需要多少个字?

    2)第40 字的第18 位对应于哪个柱面、哪个读写磁头和哪个扇区?

    1)(16×32×100)/32=1600,需要1600 个字。

    2)块号是1298:40×32+18=1298

    柱面号是2:[1298/(16×32)]=2

    磁头号是17:[(1298 mod (16×32))/16]=17

    扇区号是2:(1298 mod (16×32))mod 16=2

    (1)某UNIX操作系统的空闲盘块号栈内容为:空闲块数为3,依次登记的空闲块号为77、89、60,问此时若一个文件A需要5个盘块,系统进行分配后又有个文件B被删除,它占用的盘块块号为100、101、109、500,分析分配和回收过程,说明上述操作过后空闲盘块号栈里的空闲块个数及内容如何?

    5、了解提高磁盘I/O速度的途径。

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