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1、1,第5章线程的概念,5.1线程的概念1.引入线程如果把进程所占有的资源与进程中的运行代码相分离，则在一个地址空间中就可以运行多个指令流，由此产生线程的概念。2.线程概念线程：指程序中的一个单一的顺序控制流。3.进程间和线程间的关系1）各个进程是在自己独有的地址空间内执行2）各线程有独立的寄存器和堆栈，但同一进程中的线程共享同一地址空间。3）进程作为资源的分配单位和保护单位，它为线程提供运行的资源并构成静态环境。4）线程是处理机调度的基本单位。,2,4.多线程的程序设计1）是单个程序中包含多个并发执行的线程的程序设计方法2）多线程计数的优越性,快速关联的切换系统额外开销小线程间通信很容易实现线

2、程个数比进程个数多得多用多线程技术和慢速设备交换，提高并行度多线程技术设计用户接口，对应多个用户要求应用于分布式系统中,3,5.2、线程状态,创建状态,newThread(),可运行状态,不可运行状态,start(),yield(),sleep(),resume(),死亡状态,stop(),run()exit,stop(),stop(),4,第6章文件管理,6.1概述1.什么是文件管理操作系统中负责管理和存取文件信息的软件机构叫文件系统，也称为文件管理。文件：逻辑上具有完整意义的信息集合称为文件,每个文件都有一个名字作为标识。文件名：是字符和数字组成的“字符数字串”，用来标识一个文件。,5,2

3、.按组成单位将文件分类1）流式文件：(UNIX、Windows、OS/2使用）构成流式文件的基本单位是字节，流式文件是具有符号名且在逻辑上意义完整的有穷字符流序列。顺序访问时，文件读/写指针一次步进一个字节。用户自己定义和维护文件的逻辑结构。2）记录式文件：文件的基本单位是记录，适合在信息管理领域使用。记录是一段有意义的信息集合。顺序访问时读/写指针每次步进一个记录长度。,6,3.UNIX系统中的文件1）目录文件：全部由目录组成2）普通文件：系统文件、用户文件、实用程序、库文件等。3）特别文件：所有输入/输出的文件看作特别文件，系统指定专用文件名。4.文件系统的目标1）从系统的角度：向用户提供

4、简便、统一的使用文件的界面。用户使用界面中的命令，按照文件的逻辑结构直观、透明地对文件实施操作。2）从用户的角度：使用方便。界面功能是否强大。安全可靠。文件免受破坏、盗用与泄密。便于共享。允许共享一些系统及用户文件。,7,5.文档与文件夹1）文档：是用户加工的对象，它可以是文件、数据、动画、声像、图标、程序、磁盘卷标等等。以文档为中心意味着用户只需要关心他们的文档，而不用关心这个文档就是是程序还是数据。这种方法来源于面向对象的概念。2）文件夹：文档的组合构成文件夹(folder)，它是一个逻辑上的容器，文件夹所能容纳的对象或项目包括独立文件、其他文件夹和快捷操作。现代操作系统设计的最终目标是实

5、现一个以文档为中心的用户界面模板来代替以应用程序为中心的做法,8,6.2文件的逻辑组织与存取方法文件是由用户创建的，它的逻辑组织是指文件中记录的安排情况。1.顺序安排记录的三种逻辑组成1）字符流序列：可理解成该文件是由一个单记录组成，该记录长度为n（n是字符流长度）。2）定长记录文件：由若干定长记录组成一个顺序文件。记录Ri的逻辑地址LA(Ri)il（l为记录长度）3）不定长记录文件：由若干不定长记录组成一个顺序文件。要确定记录Ri的逻辑地址，必须知道前面所有记录的长度，然后由他们的和确定Ri的逻辑地址。,9,2.索引组织用索引表的表目指出记录号与逻辑地址的对应关系。1）以记录号为索引的索引表

6、2）以关键字为索引的索引表3.存取方式根据文件的逻辑组织，可有以下的存取方法1）顺序存取法：顺序组织的文件适合采用，按记录的排列顺序来存取。2）随机存取法：适合于索引组织的文件。每次究竟存取哪个记录是不定的，可能是连续的，也可能是不连续的。3）按键存取：由适合于索引组织的文件。按照给定的键值存取对应的记录。,10,6.3文件的物理组织地址映射：对文件的读写首先要指定读写记录或字符的逻辑地址，然后由逻辑地址转换到物理地址，称为地址映射。物理组织：文件的记录在文件空间的安排情况称为物理组织。物理块：外存和主存之间一次传输的信息单位称为物理块。一般对磁盘等物理块大小乐意是512、1K或4K字节，磁带

7、是4096字节。设计文件的物理组织时要考虑的问题：,文件的大小、记录是否定长、访问频繁度和存取方法外存的物理特性。如物理块的大小、块长能否调整,11,6.3.1成组与分解1.成组：若干个逻辑记录合并成组写入一个物理块的操作叫记录的成组逻辑记录的长度恰好是物理块长的整数因子：物理块包含整数个逻辑记录。记录的物理块号该记录的逻辑地址/物理块长逻辑记录的长度不是物理块长的整数因子：承受浪费调整物理块长允许逻辑记录跨物理块,12,记录跨块时如何求记录Ri所在的相对物理块号及块内相对首址和有效字节长度的算法：,Ri逻辑地址LA(Ri)=iLRL（逻辑记录长度）Ri的相对物理块号RBN(LA(Ri)/PB

8、L)的整数倍PBL是每块的长度。求Ri所在物理块中的相对首址PBO=LA(Ri)modPBL确定记录Ri在该物理块中的有效字节长度，并判断是否跨块。没跨则返回，否则转下一步。计算剩余在另一物理块的字符串首址。2.分解：当一个物理块读进输入缓冲区后，把逻辑记录从块中分离出来的操作称为记录的分解,13,3.成组与分解的优缺点：优点：,节省了启动通道的次数，节省传输总耗时对读，第一次读要启动通道将包含该记录的整个物理块读进来，之后的连续记录的读都只是读主存中的缓冲区。对写，开始的几个记录的写都是写主存中的缓冲区。缓冲区满才会正真启动通道对外存进行写入。缺点：,需要软件进行成组和分解的额外操作需要能容

9、纳最大块长的输入/输出缓冲区,14,6.3.2文件的几种物理组织1.连续组织连续文件1)多个物理块分配到依次连续的外存空间中：,文件首块指针,相对块0,相对块1,相对块n,2)地址变换：由逻辑地址求得相对物理块号绝对物理块号文件首块块号+相对物理块号求出逻辑记录在绝对物理块内的相对地址逻辑记录在外存中的物理地址绝对物理首址块内相对地址3)优缺点：优点：结构简单缺点：a.最后一个物理块平均浪费半块b.文件物理块的总数必须事先确定，不能动态添加。,15,2.连接组织串联文件把文件的若干物理块用链表结构组织起来优缺点优点：不必预先限定文件的长度，适合增、删和插入操作。缺点：查找操作的时间开销大。,3

10、.索引组织索引文件为每个文件建立一张索引表，每个表目指出逻辑记录号与物理快号的对应关系。索引表本身也作为文件存放在外存，它是在建立文件的时候由文件管理机构自动建立的。,16,4.散列组织Hash文件定义一个Hash函数，自变量是逻辑记录中的关键字，函数值是外存地址。这样就建立起了文件记录到外存地址的对应关系。优点存取耗时短。适合于访问随意性大的场合。3）需要解决的问题地址冲突：不同的关键字得出相同的外存地址。解决办法是溢出处理技术，主要技术有：顺序探查法、二次散列法、拉链法、独立溢出区法成组困难：散列后的地址离散性很大。,17,6.4文件存储空间的管理保存文件的外部存储设备，他们被分成物理块，

11、全部物理块组成文件存储空间。文件存储空间的管理就是块空间的管理。1.空闲块表和空闲块链空闲块表适合连续文件，空闲块链适合各种物理组织的文件。,块100,块200,块1000,Nil,空闲块表,空闲块链,18,2.位示图反映整个文件存储空间的分配情况的数据结构。,0表示空闲1表示已经分配,0,3.空闲块成组链接法（UNIX中采用）每100个空闲块划归一组，将各组中的盘块号存放在其前组的第一个空闲块中，第一组的空闲盘块号放入系统专用超级块中。分配与回收的问题,19,6.5文件目录管理文件目录是实现“按名存取”的关键，建立了文件名与该文件在外存空间中的物理地址之间的对应关系。1.目录项一个文件包括文

12、件名、文件体和文件属性文件名和文件属性构成文件目录项（Windows中称为文件控制块FCB，UNIX中称为i结点）。常用的文件名长度DOS采用“83”命名UNIX用14个字符的文件名Windows9x/2000/xp采用长文件名长文件名最多可包含255个字符，不包括尾部、，、；都可以使用内部空白字符作为文件名组成部分,20,2.树型目录组织1）一个目录文件由多个目录项组成，而每个目录项由文件名与i结点号组成，文件属性保存在i结点数据结构中，i结点相当于指向文件属性存放区域的指针。2）将文件属性从目录项分离的好处为文件的共享提供了方便减少“按名存取”引起的I/O传输3）目录树的搜索从根开始的搜索

13、得到的是绝对路径名从当前目录开始的搜索得到的是相对路径名4）目录树的操作创建，列目录，删除，等,21,6.6文件表管理1.打开文件操作执行按名查找i结点的过程，把所找到的i结点读入主存使之成为活跃的i结点。在用户进程的PCB中与活动i结点间建立起一条通道，今后可以使用这个通道来使用i结点，而减少I/O。该通道上有用户打开文件表、系统打开文件表和活动i结点3种数据结构。2.系统打开文件表整个系统一张，汇总各个用户打开文件的情况，包括共享计数、读/写指针位移值，读/写标记，指向活动i结点的指针。3.用户打开文件表每个用户一张，汇总该用户各进程打开文件的个数，每个表项记录一个打开的文件，该表的表项个

14、数决定用户同时能打开的文件个数。,22,4.进程打开文件表记载进程打开文件的情况。5.open过程,用namei找指名文件，取回i结点号,在系统打开文件表中申请空表项fp，将i结点号放入fp.f_inode中,申请用户打开文件表表项fd，把fp填入fd,返回fd给用户,23,6.7文件的基本操作1.创建文件获得目录项，外存i结点项、外存空间等资源2.打开文件建立文件与用户的通路3.使用文件包括对文件内容的增、删、改、读等4.关闭文件释放文件与用户的通路5.删除文件释放外存空间、目录项和i结点,24,6.8文件的共享与安全1.文件的共享1）两种共享互斥共享与同时性共享2）文件共享方法公用目录链接

15、授权2.文件控制文件主为自己的文件设置控制信息，以便限制共享用户的权限常用方法：,存取控制矩阵存取控制表分权至目录,25,3.文件的保密1）文件口令2）文件加密4.文件转储为了在系统遭到破坏的时候，能尽快的恢复和把损失减少到最小，文件备份是很关键的。将文件从硬盘复制到备份介质上的操作叫转储。常用方法：,全量转储增量转储全映象转储全磁盘转储全数据分区转储,26,第7章设备管理,7.1基本功能1.与进程管理的接口：为进程提供使用设备的接口2.设备分配3.并行操作设备与设备，设备与CPU，通道与通道，通道与CPU之间并行操作。4.I/O控制实际的I/O操作,27,7.2直接输入/输出由用户程序直接控

16、制CPU和外围设备之间的数据传递。其外设通过设备控制器、总线与CPU和主存相连接。1.直接输入/输出硬软体系硬件体系结构,总线,控制寄存器状态寄存器数据寄存器,设备控制器,主存,CPU,设备i,28,有关指令4个：,29,2.存储映射技术将设备控制器的3个寄存器定义在主存的3个单元上，直接输入/输出程序与设备控制器之间的数据往来，变成直接与3个主存单元之间的数据往来。3.直接I/O的缺点1）某外围设备I/O时，CPU全部时间都花在该设备上，CPU利用率降低。2）各外围设备之间不能并行工作3）由于程序直接控制I/O靠的是测试设备状态，则硬件故障会导致测试不到状态而出现死等。,30,7.3间接输入

17、/输出1.把CPU从I/O中解脱出来，让设备控制器担当数据的传输任务，为此设备控制器增加2个寄存器：地址寄存器与长度寄存器。地址寄存器：指明被传输数据的主存地址长度寄存器：指明被传输数据的总字节个数2.指令,31,举例：LoadR0“write”LoadR13000LoadR21024SIOLP0R0R1R2；CPU并行做别的事情,32,7.4中断控制下的输入/输出外围设备通过向CPU发中断信号的方式让CPU了解I/O过程中发生的事件，中断机制的引入为主机和外围设备的并行工作创造了条件。1.设备状态及其变换,闲置,就绪,忙,失败,加电,断电,SIO,中断,中断,修复,中断,33,2.数据结构设

18、备控制块DCB：记录设备的特性和状态，其中的设备地址是由设备控制器与总线的连接位置决定的，称为物理地址。输入输出块IOB：完整的描述一个特定I/O操作，以及与该I/O操作相联系的进程控制块。其中进程活动标志指出在I/O操作期间是否解除进程的阻塞状态。IOB中的状态字段是与进程相联系的主存地址。中断向量表：中断向量保存在主存的固定地址段内。中断向量表的每个表目保存中断服务程序入口地址信息。被中断的处理机状态字地址信息和中断事件码或设备标识码信息。,34,3.输入/输出过程的实现算法包括5个模块：系统调用中断处理程序；I/O操作的数据结构初始化与I/O设备的启动程序；I/O中断处理程序；设备中断处

19、理程序；等待I/O完成模块。,35,4.IOB队列调度FIFO先来先服务：最简单的调度方式，但他不可能提供最好的平均服务。SSTF最短寻找时间优先：选择下一个服务对象时，总是优先考虑离磁头当前位置最近的那个请求。缺点是某些请求长时间得不到服务。scan（扫描）：也称为电梯算法。磁头在磁盘的直径方向上不断来回扫描，在其前进方向直到所有I/O请求都得到服务后，才掉头沿相反方向扫描。比SSTF方法更公平。C-scan循环扫描：磁头正向移动时进行读写扫描，反向移动不作任何读写操作。N-scan新扫描算法：结合FIFO和SCAN算法，在SCAN基础上，在移动方向上新到的请求将在下一个周期得到服务。,36

20、,7.5通道环境下的I/O1.通道的概念通道是一个专管I/O的硬件机构。逻辑上可以把通道看成是对DMA设备控制器功能的扩充。,在DMA方式中，数据的传送方向、存放数据的主存始址、传送数据块的长度等都有CPU控制。DMA设备控制器只起辅助作用。通道环境下，这些工作由通道控制。在DMA方式中，一个设备控制器只控制一台外围设备，而一个通道控制多台外围设备并行地与主存交换数据，且不会发生访问主存冲突。通道虽然也像DMA那样挪用主存周期，但它有自己的通道指令和指令执行机构。有了通道，进一步减轻了CPU的I/O负担，提高了CPU和外围设备的并行工作程度,37,2.通道的分类,字节多路通道：用于连接若干低速

21、外围设备，以字节为单位传送数据。数组多路通道：用于连接若干中速外围设备，和字节多路通道一样，可分时操作多个控制器。选择通道：用于连接若干高速外围设备，以数据块为单位成批传送数据。一次控制一个控制器。,38,3.通道I/O过程,CPU执行该进程指令，在主存构造通道程序。该程序指名I/O的数据量，主存地址等。CPU确认通道有效。CPU将通道程序在主存的地址及分配给该进程的外围设备标识符发送给通道，并启动通道执行通道程序。CPU继续做其他事情。同时通道执行通道程序。通道执行中遇到停止指令或发生错误，自动形成状态信息并向CPU发送中断信号。在第四步中，CPU接到通道中断信号后，根据通道状态信息获知中断

22、原因，进行有针对性的处理。,39,7.6设备分配与回收1.数据结构,设备控制块DCB：每台外围设备一个，是设备存在的惟一标记。a）设备标识该类设备中的特定设备名称b）设备状态c）挂起队列d）相连通道e）其他该设备可以重复执行传送操作的次数通道控制块CHCB：每个通道一个，是通道存在的惟一标记。主要内容包含通道标识符、通道状态、等待队列和存放与通道相连的各控制器清单。系统设备表SDT：整个系统一张，它记录系统所拥有的I/O设备的全部类型、该类型设备数量、DCB表头、该类设备的驱动程序入口等。,40,2.设备分配的原则，方式和策略,分配总原则：a）高效性充分发挥设备使用效率b）安全性避免不合理的分

23、配方式造成进程死锁c）与物理设备无关用户面对的是逻辑设备。分配策略（动态分配）a.先请求先服务分配b.优先级高的先分配,41,分配方式：静态分配用户作业开始执行之前，由系统按作业资源清单一次性满足其设备要求，设备资源一直为该作业占有，直到作业被撤销。优点是不会死锁，缺点是设备利用率低。动态分配根据进程执行过程中提出设备输入输出请求而实施一种分配方式。a)单请求：进程发出I/O请求后就被挂起直到I/O请求完成。b)多请求：进程发出I/O请求后可继续执行，需要的时候可以发出第二、第三个请求。注意：这样满足请求与保持，所以要避免死锁。,42,3.设备分配算法(p162)4.设备回收算法(p163),

24、43,7.7I/O传输控制对设备的管理规则分配传输控制回收1.I/O传输总体方案,为每台设备设置一个进程，负责该设备的I/O操作。为整个系统设置一个I/O进程，全面负责系统数据的传输工作。（本教材使用）。为每类设备设置一个I/O进程（UNIX用）。,44,2.I/O的实现,需要I/O的进程以消息的形式向I/O进程提I/O请求；I/O中断同样以“消息”的形式向I/O进程报告本次I/O操作情况。I/O进程读取并分析消息。若消息来自I/O中断，考察本次I/O操作情况并据此向请求I/O的进程发“成功”或“失败”的回答信号。若是某进程请求I/O的消息，则构造通道程序，构造“I/O控制数据块”并把它送入相应设备队列，启动相应的通道和设备。I/O进程重复2）3）4）。（见P172，图711）,45,3.几点说明,请求I/O的消息是由read()或write()指令发送的，I/O请求数据控制块的内容根据I/O请求消息由驱动程序构造，相当于向通道发出具体的I/O操作。通道处理程序是由设备驱动程序构造的，修复处理通常重新构造通道程序和I/O请求数据控制块。I/O中断的产生是由通道程序执行完毕后由通道发出的。,46,4.用户请求I/O服务,用户程序通过执行与I