849大綱 第三章 程式

程式的概念:

程式是程式實體的執行過程,是系統進行分配和排程的獨立單位.

程式的組織:

程式是一個獨立執行的單位,也是作業系統進行資源分配和排程的基本單位,由以下三個部分組成

1.程式控制塊(PCB)
(1)程式描述資訊
程式識別符號:標識程式
使用者識別符號:程式歸屬的使用者,主要為共享和保護服務
(2)程式控制和管理資訊
程式當前狀態:描述程式的狀態資訊
程式優先順序:描述程式搶佔處理機優先順序
程式碼執行入口地址
程式的外存地址
進入記憶體時間
處理機佔用時間
訊號量使用
(3)資源分配清單
用以說明有關記憶體地址空間或者虛擬地址空間狀況,所開啟的檔案的列表和所使用的的輸入/輸出裝置資訊等
(4)處理及相關資訊
處理機各暫存器的值
2.程式段:
能被程式排程程式排程到CPU執行的程式程式碼段
3.資料段
程式賭贏的程式處理的原始資料或者程式執行時產生的最終結果
程式的組織方式
連結方式:
按照程式狀態將PCB分為多個佇列,作業系統持有指向各個佇列的指標
索引方式
根據程式狀態的不同建立幾張索引表,作業系統持有指向各個索引表的指標

程式的控制和狀態轉換

程式控制
程式的建立
1.分配程式標識號,申請PCB
2.為程式分配資源,微程式和資料以及使用者棧分配必要的記憶體空間
3.初始化PCB,包括初始化標誌資訊,初始化、初始化處理機狀態資訊、初始化處理機控制資訊、設定程式優先順序
4.若程式就緒佇列可以接納新錦成，程式進入就緒態
程式的終止
結束的分類：
1.正常結束：程式的任務已經完成並且準備推出執行
2.異常結束：程式正在執行，出現了某些一長時間導致程式無法繼續執行（儲存區越界，保護錯，非法指令，特權指令錯，I/O故障等）
3.外界干預：程式應外界請求終止執行
結束過程
1.根據被終止程式的識別符號，檢索PCB，讀取程式狀態，
2.若程式處於執行態，終止執行，剝奪處理機，
3.終止程式之下的子程式
4.該程式擁有的全部資源還給父程式或者作業系統
5.將程式PCB從佇列中刪除（PCB是程式存在的唯一標誌）
程式的阻塞和喚醒
1.程式阻塞原語執行過程（阻塞是一種自主行為，自我阻塞）
1）找到被阻塞程式標識號對應的PCB
2）若進城處於執行態、保護其現場、將其狀態轉換為阻塞態
3）將PCB插入相應的等待佇列
2.喚醒原語的執行過程（程式喚醒是被有相互聯絡的其他程式喚醒 ）
1）找到等待佇列中程式對應的PCB
2）將程式從等待佇列中移出，置其狀態為就緒態
3）將PCB插入就緒佇列，等待排程程式排程
程式切換
程式切換是在核心態狀態下完成的

程式排程的基本概念

概念：
合理的對程式進行處理機分配
排程的層次
作業排程（高階排程）：從輔存中選擇作業送入記憶體，每個作業調入一次，調出一次
記憶體排程（中級排程）：提高記憶體的利用率和系統吞吐量，將暫時不能雲修改的程式調出至外存，使其進入掛起態，或者將已經具備執行條件的程式調入記憶體，修改其狀態為就緒態
程式排程（低階排程）：按照某種方法或者策略從就緒佇列中選取一個程式，將處理機分配給他（排程頻率最高）
程式排程方式
剝奪排程方式：如果有更高優先順序的程式請求處理機，暫停正在執行的程式將處理機分配給更高階的程式，可以提高系統吞吐率和響應效率
非剝奪排程方式：如果系統想給處理機分配一個更高優先順序的程式，必須等待當前佔用處理機的程式釋放處理機。（實現簡單，開銷小適合大多數批處理作業系統。不適用於分時系統和大多數實時作業系統）
排程的基本準則
1.CPU利用率
儘可能保持CPU處於忙碌狀態
2.系統吞吐量
單位時間內CPU完成作業的數量，排程演算法和方式會對吞吐量造成較大的影響
3.週轉時間：
週轉時間 = 作業完成時間 - 作業提交時間
平均週轉時間 = 總週轉時間 / N個作業
帶權週轉時間 = 作業週轉時間 / 作業執行時間
平均帶權週轉時間 = 總代全週轉時間 / N個作業
4.等待時間
作業等待處理機的時間，衡量一個演算法優劣，只需要簡單的考察等待時間
5.響應時間：從作業提交請求到系統首次產生響應所用的時間

程式的通訊

1.共享儲存
通訊程式之間存在一塊可以被直接訪問的共享空間
低階方式：基於資料結構共享
高階方式：基於儲存區共享
2.訊息傳遞
程式之間的資料交換事宜格式化的訊息為單位的，程式通過系統提供的傳送訊息和接受訊息兩個原語進行資料的交換
3.管道通訊
只用管道空時才能寫資料，只有管道滿時才能讀資料（緩衝區）