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操作系統(tǒng)讀書工程報告范文
篇一：操作系統(tǒng)讀書工程報告
一、基本理論闡述
1.進程
定義：進程是一個具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動。它是操作系統(tǒng)動態(tài)執(zhí)行的基本單元，在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，進程既是基本的分配單元，也是基本的執(zhí)行單元。
基本介紹：多道程序在執(zhí)行時，需要共享系統(tǒng)資源，從而導(dǎo)致各程序在執(zhí)行過程中出現(xiàn)相互制約的關(guān)系，程序的執(zhí)行表現(xiàn)出間斷性的特征。這些特征都是在程序的執(zhí)行過程中發(fā)生的，是動態(tài)的過程，而傳統(tǒng)的程序本身是一組指令的集合，是一個靜態(tài)的概念，無法描述程序在內(nèi)存中的執(zhí)行情況，即我們無法從程序的字面上看出它何時執(zhí)行，何時停頓，也無法看出它與其它執(zhí)行程序的關(guān)系，因此，程序這個靜態(tài)概念已不能如實反映程序并發(fā)執(zhí)行過程的特征。為了深刻描述程序動態(tài)執(zhí)行過程的性質(zhì)，人們引入“進程（Process）”概念。
進程的概念：第一，進程是一個實體。每一個進程都有它自己的地址空間，一般情況下，包括文本區(qū)域（text region）、數(shù)據(jù)區(qū)域（data region）和堆棧（stack region）。文本區(qū)域存儲處理器執(zhí)行的代碼；數(shù)據(jù)區(qū)域存儲變量和進程執(zhí)行期間使用的動態(tài)分配的內(nèi)存；堆棧區(qū)域存儲著活動過程調(diào)用的指令和本地變量。第二，進程是一個“執(zhí)行中的程序”。程序是一個沒有生命的實體，只有處理器賦予程序生命時，它才能成為一個活動的實體，我們稱其為進程。
主要特征：
動態(tài)性：進程的實質(zhì)是程序在多道程序系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程，進程是動態(tài)產(chǎn)生，動態(tài)消亡的。
并發(fā)性：任何進程都可以同其他進程一起并發(fā)執(zhí)行
獨立性：進程是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨立單位；
異步性：由于進程間的相互制約，使進程具有執(zhí)行的間斷性，即進程按各自獨立的、不可預(yù)知的速度向前推進
結(jié)構(gòu)特征：進程由程序、數(shù)據(jù)和進程控制塊三部分組成。
狀態(tài)分類：
1）就緒狀態(tài)（Ready）：進程已獲得除處理器外的所需資源，等待分配處理器資源；只要分配了處理器進程就可執(zhí)行。就緒進程可以按多個優(yōu)先級來劃分隊列。例如，當(dāng)一個進程由于時間片用完而進入就緒狀態(tài)時，排入低優(yōu)先級隊列；當(dāng)進程由I/O操作完成而進入就緒狀態(tài)時，排入高優(yōu)先級隊列。
2）運行狀態(tài)(Running)：進程占用處理器資源；處于此狀態(tài)的進程的數(shù)目小于等于處理器的數(shù)目。在沒有其他進程可以執(zhí)行時(如所有進程都在阻塞狀態(tài))，通常會自動執(zhí)行系統(tǒng)的空閑進程。
3）阻塞狀態(tài)(Blocked)：由于進程等待某種條件（如I/O操作或進程同步），在條件滿足之前無法繼續(xù)執(zhí)行。該事件發(fā)生前即使把處理機分配給該進程，也無法運行。
進程控制的基本事件：
進程的創(chuàng)建
1.引起創(chuàng)建進程的事件
2在多道程序環(huán)境中，只有（作為）進程（時）才能在系統(tǒng)中運行。因此，為使程序能運行，就必須為它創(chuàng)建進程。導(dǎo)致一個進程去創(chuàng)建另一個進程的典型事件，可以有以下四類：
1） 用戶登錄。
在分時系統(tǒng)中，用戶在終端鍵入登錄命令后，如果是合法用戶，系統(tǒng)將為該終端建立一個進程，并把它插入到就緒隊列中。
2） 作業(yè)調(diào)度。
在批處理系統(tǒng)中，當(dāng)作業(yè)調(diào)度程序按照一定的算法調(diào)度到某作業(yè)時，便將該作業(yè)裝入到內(nèi)存，為它分配必要的資源，并立即為它創(chuàng)建進程，再插入到就緒隊列中。
3） 提供服務(wù)。
當(dāng)運行中的用戶程序提出某種請求后，系統(tǒng)將專門創(chuàng)建一個進程來提供用戶所需要的服務(wù)，例如，用戶程序要求進行文件打印，操作系統(tǒng)將為它創(chuàng)建一個打印進程，這樣，不僅可以使打印進程與該用戶進程并發(fā)執(zhí)行，而且還便于計算出為完成打印任務(wù)所花費的時間。
4） 應(yīng)用請求。
在上述三種情況中，都是由系統(tǒng)內(nèi)核為它創(chuàng)建一個新進程，而這一類事件則是基于應(yīng)用進程的需求，由它創(chuàng)建一個新的進程，以便使新進程以并發(fā)的運行方式完成特定任務(wù)。
2.進程的創(chuàng)建過程
一旦操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了要求創(chuàng)建新進程的事件后，便調(diào)用進程創(chuàng)建原語Creat（）按下述步驟創(chuàng)建一個新進程。
1） 申請空白PCB。為新進程申請獲得唯一的數(shù)字標(biāo)識符，并從PCB集合中索取一個空白PCB。
2） 為新進程分配資源。為新進程的程序和數(shù)據(jù)以及用戶棧分配必要的內(nèi)存空間。顯然，此時操作系統(tǒng)必須知道新進程所需要的內(nèi)存大小。
3） 初始化進程控制塊。PCB的初始化包括：①初始化標(biāo)識信息。將系統(tǒng)分配的標(biāo)識符和父進程標(biāo)識符，填入新的PCB中；②初始化處理機狀態(tài)信息。使程序計數(shù)器指向程序的入口地址，使棧指針指向棧頂；③初始化處理機控制信息。將進程的狀態(tài)設(shè)置為就緒狀態(tài)或靜止就緒狀態(tài)，對于優(yōu)先級，通常是將它設(shè)置為最低優(yōu)先級，除非用戶以顯式的方式提出高優(yōu)先級要求。
4） 將新進程插入就緒隊列。如果進程就緒隊列能夠接納新進程，便將新進程插入到就緒隊列中。
進程終止
1.引起進程終止的事件
1）正常結(jié)束。
在任何計算機系統(tǒng)中，都應(yīng)該有一個表示進程已經(jīng)運行完成的指示。例如，在批處理系統(tǒng)中，通常在程序的最后安排一條Hold指令或終止的系統(tǒng)調(diào)用。當(dāng)程序運行到Hold指令時，將產(chǎn)生一個中斷，去通知OS本進程已經(jīng)完成。
2）異常結(jié)束。
在進程運行期間，由于出現(xiàn)某些錯誤和故障而迫使進程終止。這類異常事件很多，常見的有：越界錯誤，保護錯，非法指令，特權(quán)指令錯，運行超時，等待超時，算術(shù)運算錯，I/O故障。
3）外界干預(yù)。
外界干預(yù)并非指在本進程運行中出現(xiàn)了異常事件，而是指進程應(yīng)外界的請求而終止運行。這些干預(yù)有：操作員或操作系統(tǒng)干預(yù)，父進程請求，父進程終止。
2. 進程的終止過程
如果系統(tǒng)發(fā)生了上述要求終止進程的某事件后，OS便調(diào)用進程終止原語，按下述過程去終止指定的進程。
1）根據(jù)被終止進程的標(biāo)識符，從PCB集合中檢索出該進程的PCB，從中讀出該進程狀態(tài)。
2）若被終止進程正處于執(zhí)行狀態(tài)，應(yīng)立即終止該進程的執(zhí)行，并置調(diào)度標(biāo)志為真。用于指示該進程被終止后應(yīng)重新進行調(diào)度。
3）若該進程還有子孫進程，還應(yīng)將其所有子孫進程予以終止，以防他們成為不可控的進程。
4）將被終止的進程所擁有的全部資源，或者歸還給其父進程，或者歸還給系統(tǒng)。
5）將被終止進程（它的PCB）從所在隊列（或鏈表）中移出，等待其它程序來搜集信息。
進程的阻塞和喚醒
1.引起進程阻塞和喚醒的事件
1）請求系統(tǒng)服務(wù)。
當(dāng)正在執(zhí)行的進程請求操作系統(tǒng)提供服務(wù)時，由于某種原因，操作系統(tǒng)并不立即滿足該進程的要求時，該進程只能轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)來等待，一旦要求得到滿足后，進程被喚醒。
2）啟動某種操作。
當(dāng)進程啟動某種操作后，如果該進程必須在該操作完成之后才能繼續(xù)執(zhí)行，則必須先使該進程阻塞，以等待該操作完成，該操作完成后，將該進程喚醒。
3）新數(shù)據(jù)尚未到達。
對于相互合作的進程，如果其中一個進程需要先獲得另一（合作）進程提供的數(shù)據(jù)才能運行以對數(shù)據(jù)進行處理，則是要其所需數(shù)據(jù)尚未到達，該進程只有（等待）阻塞，等到數(shù)據(jù)到達后，該進程被喚醒。
4）無新工作可做。
系統(tǒng)往往設(shè)置一些具有某特定功能的系統(tǒng)進程，每當(dāng)這種進程完成任務(wù)后，便把自己阻塞起來以等待新任務(wù)到來，新任務(wù)到達后，該進程被喚醒。
2.進程阻塞過程
正在執(zhí)行的進程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)上述某事件后，由于無法繼續(xù)執(zhí)行，于是進程便通過調(diào)用阻塞原語block把自己阻塞。可見，進程的阻塞是進程自身的一種主動行為。進入block過程后，由于此時該進程還處于執(zhí)行狀態(tài)，所以應(yīng)先立即停止執(zhí)行，把進程控制塊中的現(xiàn)行狀態(tài)由執(zhí)行改為阻塞，并將PCB插入阻塞隊列。如果系統(tǒng)中設(shè)置了因不同事件而阻塞的多個阻塞隊列，則應(yīng)將本進程插入到具有相同事件的阻塞（等待）隊列。最后，轉(zhuǎn)調(diào)度程序進行重新調(diào)度，將處理機分配給另一就緒進程，并進行切換，亦即，保留被阻塞進程的處理機狀態(tài)（在PCB中），再按新進程的PCB中的處理機狀態(tài)設(shè)置CPU環(huán)境。
3. 進程喚醒過程
當(dāng)被阻塞的進程所期待的事件出現(xiàn)時，如I/O完成或者其所期待的數(shù)據(jù)已經(jīng)到達，則由有關(guān)進程（比如，用完并釋放了該I/O設(shè)備的進程）調(diào)用喚醒原語wakeup（），將等待該事件的進程喚醒。喚醒原語執(zhí)行的過程是：首先把被阻塞的進程從等待該事件的阻塞隊列中移出，將其PCB中的現(xiàn)行狀態(tài)由阻塞改為就緒，然后再將該PCB插入到就緒隊列中。
二、當(dāng)前理論或?qū)嵺`應(yīng)用現(xiàn)狀
1.線程、SMP 和微內(nèi)核
在許多操作系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的進程概念被分為兩部分：一部分負(fù)責(zé)管理資源所有權(quán)；另一部分負(fù)責(zé)指令流的執(zhí)行。一個單獨的進程可包含多個線程。使用多線程的組織方法對程序的結(jié)構(gòu)化和性能方面都有很大的幫助。SMP是一個擁有多處理器的計算機系統(tǒng)，其中的每一個處理器都可以執(zhí)行所有應(yīng)用程序和系統(tǒng)代碼。SMP的組織方法增強了系統(tǒng)的性能和可靠性。SMP通常和多線程機制一起使用，即使沒有多線程機制也能很大幅度的提高系統(tǒng)性能。微內(nèi)核是操作系統(tǒng)為了減少運行在內(nèi)核模式的代碼量的一種設(shè)計方式，并且分析了這種方法的優(yōu)點。
2.并發(fā)：互斥和同步
相交進程之間的關(guān)系主要有兩種：同步與互斥。所謂互斥是指散步在不同進程之間的若干程序片斷，當(dāng)某個進程運行其中一個程序片段時，其它進程就不能運行它們之中的任一程序片段，只能等到該進程運行完這個程序片段后才可以運行。
篇二：操作系統(tǒng)讀書工程報告
一、 基本理論闡述
在操作系統(tǒng)中調(diào)度實質(zhì)上是一種資源的分配，因而調(diào)度算法是指：根據(jù)系統(tǒng)的資源分配策略所規(guī)定的資源分配算法。對于不同的操作系統(tǒng)和系統(tǒng)目標(biāo)，通常采用不同的調(diào)度算法，例如，在批處理系統(tǒng)中，為了照顧為數(shù)眾多的短作業(yè)，應(yīng)采用短作業(yè)優(yōu)先的調(diào)度算法；又如在分時系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)具有合理的相應(yīng)時間，應(yīng)采用輪轉(zhuǎn)法進行調(diào)度。目前存在的多種調(diào)度算法中，有的使用于作業(yè)調(diào)度，也有的適用于進程調(diào)度；但也有些算法既可適用于作業(yè)調(diào)度又適用于進程調(diào)度。
1.先來先服務(wù)(FCFS)
先來先服務(wù)（FCFS, First Come First Serve）是最簡單的調(diào)度算法，按先后順序進行調(diào)度。
1.1 FCFS算法
按照作業(yè)提交或進程變?yōu)榫途w狀態(tài)的先后次序，分派CPU； 當(dāng)前作業(yè)或進程占用CPU，直到執(zhí)行完或阻塞，才出讓CPU（非搶占方式）。 在作業(yè)或進程喚醒后（如I/O完成），并不立即恢復(fù)執(zhí)行，通常等到當(dāng)前作業(yè)或進程出讓CPU。最簡單的算法。
1.2 FCFS的特點
比較有利于長作業(yè)，而不利于短作業(yè)。 有利于CPU繁忙的作業(yè)，而不利于I/O繁忙的作業(yè)。
2.短作業(yè)優(yōu)先
短作業(yè)優(yōu)先（SJF, Shortest Job First）又稱為“短進程優(yōu)先”SPN(Shortest Process Next)；這是對FCFS算法的改進，其目標(biāo)是減少平均周轉(zhuǎn)時間。
對預(yù)計執(zhí)行時間短的作業(yè)（進程）優(yōu)先分派處理機。通常后來的短作業(yè)不搶先正在執(zhí)行的作業(yè)。
2.1 SJF的特點
(1) 優(yōu)點：
比FCFS改善平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間，縮短作業(yè)的等待時間；
提高系統(tǒng)的吞吐量；
(2) 缺點：
對長作業(yè)非常不利，可能長時間得不到執(zhí)行； 未能依據(jù)作業(yè)的緊迫程度來劃分執(zhí)行的優(yōu)先級；
難以準(zhǔn)確估計作業(yè)（進程）的執(zhí)行時間，從而影響調(diào)度性能。
2.2 SJF的變型
“最短剩余時間優(yōu)先”SRT(Shortest Remaining Time)（允許比當(dāng)前進程剩余時間更短的進程來搶占）
“最高響應(yīng)比優(yōu)先”HRRN(Highest Response Ratio Next)（響應(yīng)比R = (等待時間 + 要求執(zhí)行時間) / 要求執(zhí)行時間，是FCFS和SJF的折衷）
3優(yōu)先級法
優(yōu)先級算法（Priority Sched uling）是多級隊列算法的改進，平衡各進程對響應(yīng)時間的要求。適用于作業(yè)調(diào)度和進程調(diào)度，可分成搶先式和非搶先式。 3.1靜態(tài)優(yōu)先級
作業(yè)調(diào)度中的靜態(tài)優(yōu)先級大多按以下原則確定：
由用戶自己根據(jù)作業(yè)的緊急程度輸入一個適當(dāng)?shù)膬?yōu)先級。 由系統(tǒng)或操作員根據(jù)作業(yè)類型指定優(yōu)先級。 系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)要求資源情況確定優(yōu)先級。 進程的靜態(tài)優(yōu)先級的確定原則： 按進程的類型給予不同的優(yōu)先級。
將作業(yè)的情態(tài)優(yōu)先級作為它所屬進程的優(yōu)先級。
3.2動態(tài)優(yōu)先級
進程的動態(tài)優(yōu)先級一般根據(jù)以下原則確定： 根據(jù)進程占用有CPU時間的長短來決定。 根據(jù)就緒進程等待CPU的時間長短來決定。
4高響應(yīng)比優(yōu)先
最高響應(yīng)比優(yōu)先法(HRN，Highest Response_ratio Next)是對FCFS方式和SJF方式的一種綜合平衡。FCFS方式只考慮每個作業(yè)的等待時間而未考慮執(zhí)行時間的長短，而SJF方式只考慮執(zhí)行時間而未考慮等待時間的長短。因此，這兩種調(diào)度算法在某些極端情況下會帶來某些不便。HRN調(diào)度策略同時考慮每個作業(yè)的等待時間長短和估計需要的執(zhí)行時間長短，從中選出響應(yīng)比最高的作業(yè)投入執(zhí)行。
響應(yīng)比R定義如下： R =(W+T)/T = 1+W/T
其中T為該作業(yè)估計需要的執(zhí)行時間，W為作業(yè)在后備狀態(tài)隊列中的等待時間。每當(dāng)要進行作業(yè)調(diào)度時，系統(tǒng)計算每個作業(yè)的響應(yīng)比，選擇其中R最大者投入執(zhí)行。這樣，即使是長作業(yè)，隨著它等待時間的增加，W / T也就隨著增加，也就有機會獲得調(diào)度執(zhí)行。這種算法是介于FCFS和SJF之間的一種折中算法。由于長作業(yè)也有機會投入運行，在同一時間內(nèi)處理的作業(yè)數(shù)顯然要少于SJF法，從而采用HRN方式時其吞吐量將小于采用SJF 法時的吞吐量。另外，由于每次調(diào)度前要計算響應(yīng)比，系統(tǒng)開銷也要相應(yīng)增加。
5時間片輪轉(zhuǎn)
輪轉(zhuǎn)法(Round Robin)是讓每個進程在就緒隊列中的等待時間與享受服務(wù)的時間成正比例。
將系統(tǒng)中所有的就緒進程按照FCFS原則，排成一個隊列。每次調(diào)度時將CPU分派給隊首進程，讓其執(zhí)行一個時間片。時間片的長度從幾個ms到幾百ms。在一個時間片結(jié)束時，發(fā)生時鐘中斷。調(diào)度程序據(jù)此暫停當(dāng)前進程的執(zhí)行，將其送到就緒隊列的末尾，并通過上下文切換執(zhí)行當(dāng)前的隊首進程。進程可以未使用完一個時間片，就出讓CPU（如阻塞）。
長度的確定
時間片長度變化的影響：過長－>退化為FCFS算法，進程在一個時間片內(nèi)都執(zhí)行完，響應(yīng)時間長。過短－>用戶的一次請求需要多個時間片才能處理完，上下文切換次數(shù)增加，響應(yīng)時間長。對響應(yīng)時間的要求：T(響應(yīng)時間)=N(進程數(shù)目)*q(時間片)。
就緒進程的數(shù)目：數(shù)目越多，時間片越小
系統(tǒng)的處理能力：應(yīng)當(dāng)使用戶輸入通常在一個時間片內(nèi)能處理完，否則使響應(yīng)時間，平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間延長。
6多級反饋隊列
6.1 多級反饋隊列的原理：
1、設(shè)有N個隊列（Q1,Q2....QN），其中各個隊列對于處理機的優(yōu)先級是不一樣的，也就是說位于各個隊列中的作業(yè)(進程)的優(yōu)先級也是不一樣的。一般來說，優(yōu)先級Priority(Q1) > Priority(Q2) > ... > Priority(QN)。怎么講，位于Q1中的任何一個作業(yè)(進程)都要比Q2中的任何一個作業(yè)(進程)相對于CPU的優(yōu)先級要高（也就是說，Q1中的作業(yè)一定要比Q2中的作業(yè)先被處理機調(diào)度），依次類推其它的隊列。
2、對于某個特定的隊列來說，里面是遵循時間片輪轉(zhuǎn)法。也就是說，位于隊列Q2中有N個作業(yè)，它們的運行時間是通過Q2這個隊列所設(shè)定的時間片來確定的（為了便于理解，我們也可以認(rèn)為特定隊列中的作業(yè)的優(yōu)先級是按照FCFS來調(diào)度的）。
3、各個隊列的時間片是一樣的嗎？不一樣，這就是該算法設(shè)計的精妙之處。各個隊列的時間片是隨著優(yōu)先級的增加而減少的，也就是說，優(yōu)先級越高的隊列中它的時間片就越短。同時，為了便于那些超大作業(yè)的完成，最后一個隊列QN(優(yōu)先級最低的隊列)的時間片一般很大(不需要考慮這個問題)。 6.2多級反饋隊列調(diào)度算法描述：
1、進程在進入待調(diào)度的隊列等待時，首先進入優(yōu)先級最高的Q1等待。
2、首先調(diào)度優(yōu)先級高的隊列中的進程。若高優(yōu)先級中隊列中已沒有調(diào)度的進程，則調(diào)度次優(yōu)先級隊列中的進程。例如：Q1,Q2,Q3三個隊列，只有在Q1中沒有進程等待時才去調(diào)度Q2，同理，只有Q1,Q2都為空時才會去調(diào)度Q3。
3、對于同一個隊列中的各個進程，按照時間片輪轉(zhuǎn)法調(diào)度。比如Q1隊列的時間片為N，那么Q1中的作業(yè)在經(jīng)歷了N個時間片后若還沒有完成，則進入Q2隊列等待，若Q2的時間片用完后作業(yè)還不能完成，一直進入下一級隊列，直至完成。
4、在低優(yōu)先級的隊列中的進程在運行時，又有新到達的作業(yè)，那么在運行完這個時間片后，CPU馬上分配給新到達的作業(yè)（搶占式）。
二、 當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀
linux內(nèi)核的三種調(diào)度方法：
1，SCHED_OTHER 分時調(diào)度策略，
2，SCHED_FIFO實時調(diào)度策略，先到先服務(wù)3，SCHED_RR實時調(diào)度策略，時間片輪轉(zhuǎn)
實時進程將得到優(yōu)先調(diào)用，實時進程根據(jù)實時優(yōu)先級決定調(diào)度權(quán)值，分時進程則通過nice和counter值決定權(quán)值，nice越小，counter越大，被調(diào)度的概率越大，也就是曾經(jīng)使用了cpu最少的進程將會得到優(yōu)先調(diào)度。
SHCED_RR和SCHED_FIFO的不同：
當(dāng)采用SHCED_RR策略的進程的時間片用完，系統(tǒng)將重新分配時間片，并置于就緒隊列尾。放在隊列尾保證了所有具有相同優(yōu)先級的RR任務(wù)的調(diào)度公平。
SCHED_FIFO一旦占用cpu則一直運行。一直運行直到有更高優(yōu)先級任務(wù)到達或自己放棄。
如果有相同優(yōu)先級的實時進程（根據(jù)優(yōu)先級計算的調(diào)度權(quán)值是一樣的）已經(jīng)準(zhǔn)備好，F(xiàn)IFO時必須等待該進程主動放棄后才可以運行這個優(yōu)先級相同的任務(wù)。而RR可以讓每個任務(wù)都執(zhí)行一段時間。
相同點：
RR和FIFO都只用于實時任務(wù)。
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