操作系统基础知识(2)

6. 信号量操作

P操作：申请资源，S=S-1，若s>=0，则执行P操作的进程继续执行；若S<0，则置该进程为阻塞状态（因为无可用资源），并将其插入阻塞队列。

V操作：释放资源，S=S+1，若s>0，则执行V操作的进程继续执行；若s<=0，则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列（此时因为缺少资源被P操作阻塞的进程可以继续执行），然后执行V操作的进程继续。

经典问题：

生产者和消费者的问题 三个信号量：

互斥信号量S0（仓库独立使用权），同步信号量S1(仓库空闲个数)， 同步信号量S2（仓库商品个数）。

生产者流程：

生产个商品S

P(S0)

P(S1)

将商品放入仓库中

V(S2）

V(S0)

消费者流程：

P(S0)

P(S2)

取出一个商品

V(S1）

V(S0)

7. 死锁

当一个进程在等待永远不可能发生的事件时，就会产生死锁，若系统中有多个进程处 于死锁状态，就会造成系统死锁。

死锁产生的四个必要条件：

资源互斥

每个进程占有资源并等待其他资源

系统不能剥夺进程资源

进程资源图是一个环路。

死锁产生后，解决措施是打破四大条件，有下列方法：

死锁预防：采用某种策略限制并发进程对于资源的请求，破坏死锁产生的四个条件之 一，使系统任何时刻都不满足死锁的条件。

死锁避免：一般采用银行家算法来避免，银行家算法，就是提前计算出一条不会死锁 的资源分配方法，才分配资源，否则不分配资源，相当于借贷，考虑对方还得起才借 钱，提前考虑好以后，就可以避免死锁。

死锁检测：允许死锁产生，但系统定时运行一个检测死锁的程序，若检测到系统中发 生死锁，则设法加以解除。

死锁解除：即死锁发生后的解除方法，如强制剥夺资源，撤销进程等。

死锁计算问题：系统内有个进程，每个进程都需要R个资源，那么其发生死锁的最大 资源数为n*(R-1)。其不发生死锁的最小资源数为n(R-1)+1。

8. 存储管理

页式存储管理

将进程空间分为一个个页，假没每个页大小为4K,同样的将系统的物理空间也分为一个个4K 大小的物理块（页侦号），这样，每次将需要运行的逻辑页装入物理块中，运行完再装入其他需 要运行的页，就可以分批次运行完进程，而无需将整块逻辑空间全部装入物理内存中。

优点：利用率高、碎片小（只在最后一个页中有）、分配及管理简单。

缺点：增加了系统开销，可能产生抖动现象。

页面置换算法

有时候，进程空间分为100个页面，而系统内存只有10个物理块，无法全部满足分配，就需要 将马上要执行的页面先分配进去，而后根据算法进行淘汰，使100个页面能够按执行顺序调入 物理块中执行完。

缺页表示需要执行的页不在内存物理块中，需要从外部调入内存，会增加执行时间，因此， 缺页数越多，系统效率越低。

最优算法：OPT,理论上的算法，无法实现，是在进程执行完后进行的最佳效率计算，用来 让其他算法比较差距。原理是选择未来最长时问内不被访问的页面置换，这详可以保证未来 执行的都是马上要访问的。

先进先出算法：FO,先调入内存的页先被置换淘汰，会产生抖动现象，即分配的页数越多， 缺页率可能越多（即效率越低），缺页计算如下：

最近最少使用：LU,在最近的过去，进程执行过程中，过去最少使用的页面被置换淘汰，根 据局部性原理，这种方式效率高，且不会产生抖动现象。

快表

是一块小容量的相联存储器，由快速存储器组成，按内容访问，速度快，并且可以从硬件上 保证按内容并行查找，一般用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号。

快表是将页表存于Cache中；慢表示将页表存于内存上。

因此慢表需要访问两次内存才能取出页，而快表是访问一次Cache和一次内存，因此快。

段式存储管理

将进程空间分为一个个段，每段也有段号和段内地止，与页式存储不同的是，每段物理大小 不同，分段是根据逻辑整体分段的。

地址表示：（段号，段内偏移）：其中段内偏移不能超过该段号对应的段长，否则越界错误， 而此地址对应的真正内存地址应该是：

段号对应的基地止+段内偏移。

段页式存储管理

对进程空间先分段，后分页，具体原理图和优缺点如下：

优点：空间浪费小、存储共享容易、能动态连接。

缺点：由于管理软件的增加，复杂性和开销也增加，执行速度下降

优点：程序逻辑完整，修改 互不影响

缺点：内存利用率低，内存 碎片浪费大