操作系统之基础篇（二）

·作业管理之进程调度

进程的调度

• 进程调度概述
• 进程调度算法

多道程序设计

进程调度是指计算机通过决策决定那个就绪进程可以获得CPU使用权

多道程序设计

• 保留旧进程的运行信息，请出旧进程（收拾包袱）
• 选择新进程，准备运行环境并分配CPU（新进驻）

进程的调度

• 就绪队列的排队机制

• 选择运行进程的委派机制

• 新老进程的上下文切换机制

进程的调度

• 非抢占式的调度
• 抢占式的调度

非抢占式的调度

抢占式的调度

进程调度算法

• 先来先服务调度算法

• 短进程优先调度算法

• 高优先权优先调度算法

• 时间片轮转调度算法

先来先服务调度算法

短进程优先调度算法

• 调度程序优先选择就绪队列中估计运行时间最短的进程
• 短进程优先调度算法不利于长作业进程的执行

高优先权优先调度算法

• 进程附带优先权，调度程序优先选择权重高的进程
• 高优先权优先调度算法使得紧迫的任务可以优先处理

时间片轮转调度算法

• 按先来先服务的原则排列就绪进程

• 每次从队列头部取出待执行进程，分配一个时间片执行

• 是相对公平的调度算法，但不能保证及时响应用户。

作业管理之死锁

死锁是指两个或两个以上的进程在执行进程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

• 死锁的产生
• 死锁的处理

死锁的产生

• 竞争资源
• 进程调度顺序不当

竞争资源

• 共享资源数量不满足各个进程需求
• 各个进程之间发生资源进程导致死锁

进程调度顺序不当

死锁的必要条件

• 互斥条件

• 请求保持条件

• 不可剥夺条件

• 环路等待条件

互斥条件

• 进程对资源的使用是排他性的使用
• 某资源智能由一个进程使用，其他进程需要使用只能等待

请求保持条件

• 进程至少保持一个资源，又提出新的资源请求

• 新资源被占用，请求被阻塞

• 被阻塞的进程不释放自己保持的资源。

不可剥夺条件

• 进程获得的资源在未完成使用前不能被剥夺
• 获得的资源只能由进程本身释放

环路等待条件

死锁的处理

• 预防死锁的方法
• 银行家算法

预防死锁的方法

摈弃请求保持条件

• 系统规定进程运行之前，一次性申请所有需要的资源
• 进程在运行期间不会提出资源请求，从而摒弃请求保持条件。

摒弃不可剥夺条件

• 当一个进程请求新的资源得不到满足时，必须释放占有的资源
• 进程运行时占有的资源可以被释放，意味着可以被剥夺

摒弃环路等待条件

• 可用资源线性排序，申请必须按照需要递增申请
• 线性申请不再形成环路，从而摒弃了环路等待条件

银行家算法

• 是一个可操作的著名的避免死锁的算法
• 以银行借贷系统分配策略为基础的算法

银行家算法

• 客户申请的贷款是有限的，每次申请需声明最大资金量

• 银行家在能够满足贷款时，都应该给用户贷款

• 客户 在使用贷款后，能够及时归还贷款

存储管理之内存分配与回收

早期计算机编程并不需要过多的存储管理

随着计算机和程序越来越复杂，存储管理成为必要

• 确保计算机有足够的内存处理数据

• 确保程序可以从可用内存中获取一部分内存使用

• 确保程序可以归还使用后的内存以供其他程序使用

内存分配的过程

单一连续分配

这里如果为0代表没有使用

为1的话代表已经被使用

动态分区分配算法

• 首次适应算法（FF算法）

• 最佳适应算法（BF算法）

• 快速适应算法（QF算法）

内存回收的过程

内存回收的过程

存储管理之内存分配与回收

• 内存分配的过程
• 内存回收的过程

• 页式存储管理

• 段式存储管理

• 段页式存储管理

页式存储管理

• 将进程逻辑空间等分成若干大小的页面

• 相应的把物理内存空间分成与页面大小的物理块

• 以页面为单位把进程空间装进物理内存中分散的物理块

段式存储管理

• 将进程逻辑空间划分成若干段（非等分）

• 段的长度由连续逻辑的长度决定

• 主函数MAIN、子函数X、子函数Y等

段页存储和页式存储都离散地管理了进程的逻辑空间

• 页是物理单位，段是逻辑单位

• 分页是为了合理利用空间，分段是满足用户要求

• 页大小由硬件固定，段长度可动态变化

• 页表信息是一维的，段表信息是二维的。

段页式存储管理

• 分页可以有效提高内存利用率（虽然说存在页内碎片）

• 分段可以更好满足用户需求

• 两者结合，形成段页式存储管理

存储管理之虚拟内存

一个游戏十几G，物理内存只有4G，那这个游戏是怎么运行起来的？

• 虚拟内存概述

• 程序的局部性原理

• 虚拟内存的置换算法

虚拟内存概述

• 有些进程实际需要的内存很大，超过物理内存的容量

• 多道程序设计，使得每个进程可用物理内存更加稀缺

• 不可能无限增加物理内存，物理内存总有不够的时候

• 虚拟内存是操作系统内存管理的关键技术

• 使得多道程序运行和大程序运行成为现实

• 把程序使用内存划分，将部分暂时不适用的内存放置在辅存。

程序的局部性原理

局部性原理是指CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。

虚拟内存的置换算法

• 先进先出算法（FIFO）

• 最不经常使用算法(LFU)

• 最近最少使用算法（LRU）

• 替换策略发生在Cache-主存层次、主存-辅存层次

• Cache-主存层次的替换策略主要是为了解决速度问题

• 主存-辅存层次主要是为了解决容量问题

Linux的存储管理

• Buddy内存管理算法
• Linux交换空间

Buddy内存管理算法

• Buddy 算法是经典的内存管理算法

• 算法基于计算机处理二进制的优势具有极高的效率

• 算法主要是为了解决 内存外碎片 的问题

Linux交换空间

1.交换空间(Swap)是磁盘的一个分区

2.Linux物理内存满时，会把一些内存交换至Swap空间

3.Swap空间是初始化系统时配置的

查看系统Swap空间

• 冷启动内存依赖

• 系统睡眠依赖

• 大进程空间依赖