操作系统:原语与进程的关系

作者&投稿:裔柏 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
为了处理进程之间的关系,操作系统有哪些机制~

计算机系统中,通常CPU执行两种不同性质的程序:一种是操作系统内核程序;另一种是用户自编程序或系统外层的应用程序。对操作系统而言,这两种程序的作
用不同,前者是后者的管理者,因此“管理程序”要执行一些特权指令,而“被管理程序”出于安全考虑不能执行这些指令。所谓特权指令,是指计算机中不允许用
户直接使用的指令,如I/O指令、
置中断指令,存取用于内存保护的寄存器、送程序状态字到程序状态字寄存器等指令。操作系统在具体实现上划分了用户态(目态)和核心态(管态),以严格区分
两类程序。

在软件工程思想和结构程序设计方法的影响下诞生的现代操作系统,几乎都是层次式的结构。操作系统的各项功能分别被设置在不同的层次上。一些与硬件关联较紧
密的模块,诸如时钟管理、中断处理、设备驱动等处于最底层。其次是运行频率较髙的程序,诸如进程管理、存储器管理和设备管理等。这两部分内容构成了操作系
统的内核。这部分内容的指令操作工作在核心态。

内核是计算机上配置的底层软件,是计算机功能的延伸。不同系统对内核的定义稍有区别,大多数操作系统内核包括四个方面的内容。

1) 时钟管理
在计算机的各种部件中,时钟是最关键的设备。时钟的第一功能是计时,操作系统需要通过时钟管理,向用户提供标准的系统时间。另外,通过时钟中断的管理,可
以实现进程的切换。诸如,在分时操作系统中,釆用时间片轮转调度的实现;在实时系统中,按截止时间控制运行的实现;在批处理系统中,通过时钟管理来衡量一
个作业的运行程度等。因此,系统管理的方方面面无不依赖于时钟。

2) 中断机制
引入中断技术的初衷是提高多道程序运行环境中CPU的利用率,而且主要是针对外部设备的。后来逐步得到发展,形成了多种类型,成为操作系统各项操作的基
础。例如,键盘或鼠标信息的输入、进程的管理和调度、系统功能的调用、设备驱动、文件访问等,无不依赖于中断机制。可以说,现代操作系统是靠中断驱动的软
件。

中断机制中,只有一小部分功能属于内核,负责保护和恢复中断现场的信息,转移控制权到相关的处理程序。这样可以减少中断的处理时间,提高系统的并行处理能力。

3) 原语
按层次结构设计的操作系统,底层必然是一些可被调用的公用小程序,它们各自完成一个规定的操作。其特点是:

它们处于操作系统的最底层,是最接近硬件的部分。

这些程序的运行具有原子性——其操作只能一气呵成(这主要是从系统的安全性和便于管理考虑的)。

这些程序的运行时间都较短,而且调用频繁。

通常把具有这些特点的程序称为原语(Atomic Operation)。定义原语的直接方法是关闭中断,让它的所有动作不可分割地进行完再打开中断。

系统中的设备驱动、CPU切换、进程通信等功能中的部分操作都可以定义为原语,使它们成为内核的组成部分。

4) 系统控制的数据结构及处理
系统中用来登记状态信息的数据结构很多,比如作业控制块、进程控制块(PCB)、设备控制块、各类链表、消息队列、缓冲区、空闲区登记表、内存分配表等。为了实现有效的管理,系统需要一些基本的操作,常见的操作有以下三种:

进程管理:进程状态管理、进程调度和分派、创建与撤销进程控制块等。

存储器管理:存储器的空间分配和回收、内存信息保护程序、代码对换程序等。

设备管理:缓冲区管理、设备分配和回收等。

从上述内容可以了解,核心态指令实际上包括系统调用类指令和一些针对时钟、中断和原语的操作指令。

一般地,把系统态下执行的某些具有特定功能的程序段成为原语。
原语有俩类:
一类是机器指令级的,其特点是执行期间不允许中断,正如在物理学中的原子一样,在操作系统中是一个不可分割的基本单位。
另一类是功能型的,其特点是作为原语的程序段不允许并发执行。
俩类原语均在系统态下执行,且都是为了完成某个系统管理所需要的功能被高层软件所调用。

  原语通常由若干条指令组成,用来实现某个特定的操作。通过一段不可分割的或不可中断的程序实现其功能。原语是操作系统的核心,它不是由进程而是由一组程序模块所组成,是操作系统的一个组成部分,它必须在管态(一种机器状态,管态下执行的程序可以执行特权和非特权两类指令,通常把它定义为操作系统的状态)下执行,并且常驻内存,而个别系统有一部分不在管态下运行。
  原语和广义指令都可以被进程所调用,两者的差别在于原语有不可中断性,它是通过在执行过程中关闭中断实现的,且一般由系统进程调用。许多广义指令的功能都可用目态(一种机器状态,通常把它作为用户程序执行时的状态)下运行的系统进程完成,而不一定要在管态下完成,例如文件的建立、打开、关闭、删除等广义指令,都是借助中断进入管态程序,然后转交给相应的进程,最终由进程实现其功能。
  引进原语的主要目的是为了实现进程的通信和控制。

p操作和v操作是不可中断的程序段,称为原语。P,V原语中P是荷兰语的Passeren,相当于英文的pass, V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的incremnet。
P原语操作的动作是:
(1) sem减1;
(2) 若sem减1后仍大于或等于零,则进程继续执行;
(3) 若sem减1后小于零,则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中,然后转进程调度。
V原语操作的动作是:
(1) sem加1;
(2) 若相加结果大于零,则进程继续执行;
(3) 若相加结果小于或等于零,则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程,然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
需要提醒大家一点就是P,V操作对于每一个进程来说,都只能进行一次。而且必须成对使用。且在P,V愿语执行期间不允许有中断的发生。
对于具体的实现,方法非常多,可以用硬件实现,也可以用软件实现。我们采用如下的定义:
procedure p(var s:samephore);
{
s.value=s.value-1;
if (s.value<0) asleep(s.queue);
}
procedure v(var s:samephore);
{
s.value=s.value+1;
if (s.value<=0) wakeup(s.queue);
}
其中用到两个标准过程:
asleep(s.queue);执行此操作的进程控制块进入s.queue尾部,进程变成等待状态
wakeup(s.queue);将s.queue头进程唤醒插入就绪队列
对于这个过程,s.value初值为1时,用来实现进程的互斥。
虽软说信号量机制毕加锁方法要好得多,但是也不是说它没有任何的缺陷。由此我们也可以清晰地看到,这种信号量机制必须有公共内存,不能用于分布式操作系统,这是它最大的弱点。

讲的很详细,直接给你复制了两段

你说的是什么系统

你说的是什么系统?


操作系统:原语与进程的关系
原语是操作系统的核心,它不是由进程而是由一组程序模块所组成,是操作系统的一个组成部分,它必须在管态(一种机器状态,管态下执行的程序可以执行特权和非特权两类指令,通常把它定义为操作系统的状态)下执行,并且常驻内存,而个别系统有一部分不在管态下运行。原语和广义指令都可以被进程所调用,两...

进程控制的原语有哪些
进程控制的原语包括:创建进程、撤销进程、挂起进程、激活进程、进程通信及进程同步与互斥等。这些原语都是操作系统对进程控制的重要手段。它们使得多个进程能高效且有序地运行在计算机系统中。下面是详细的解释:一、创建进程和撤销进程 创建进程原语主要负责新进程的创建和启动,使新进程加入到系统的进程中。

计算机操作系统的原语?
P: 荷兰语Passeren,相当于英文中的pass;V: 荷兰语的Verhoog,相当于英文中的increment(增量).我们规定在信号量sem 【大于等于零】的时候代表【可供并发进程使用的资源实体数】。【小于零】的时候,表示正在【等待使用临界区的进程】的个数。P原语操作的动作是:(1) sem减1;(2) 若sem减1后...

操作系统的主要功能是什么
回答:B感觉可以填写硬件管理和软件管理。给个参考资料吧。 WINDOWS操作系统的主要功能: 操作系统是用户与计算机硬件之间的接口,操作系统是对计算机硬件系统的第一次扩充,用户通过操作系统来使用计算机系统。换句话来说,操作系统紧靠着计算机硬件并在其基础上提供了许多新的设施和能力,从而使得用户能够方便、可...

操作系统--进程控制
在操作系统的世界里,进程管理的核心是控制与创造,它像一场精密的交响乐,由内核原语精确指挥。首先,我们探讨进程的生命周期,从创建到结束,每一个步骤都至关重要。进程的诞生与掌控 进程的创建并非偶然,而是由用户的登录、作业调度、服务请求和应用启动等事件触发。这个过程首先由用户申请一个进程控制块...

《计算机操作系统》考试题库(名词解释+简答)
因此在某一时刻,系统的各个部分中只有一部分在工作。程序的并发执行:在第一个程序输入后;对第一个程序计算;同时对第二个程序输入;从而使第一个程序的计算操作与第二个程序的输入操作并发执行。进程与线程:进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运动活动。线程是比进程更小的能...

操作系统三个基本原语?
信号量是由操作系统来维护的,用户进程只能通过初始化和两个标准原语(P、V原语)来访问。初始化可指定一个非负整数,即空闲资源总数。P原语:P是荷兰语Proberen(测试)的首字母。为阻塞原语,负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态,直到另外一个进程唤醒它。操作为:申请一个空闲资源(把信号量减1...

如何写操作系统原理的PV原语操作?思路是什么啊?
在计算机操作系统中,PV操作是进程管理中的难点。 首先应弄清PV操作的含义:PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程),对信号量进行操作,具体定义如下: P(S):①将信号量S的值减1,即S=S-1; ②如果S?,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态,排入等待队列。

【操作系统笔记】2.2 进程调度
进程调度,如同指挥家的指挥棒,巧妙地决定着哪个音乐家何时登上舞台,确保系统的和谐奏鸣。它涉及三个关键状态:运行、就绪与阻塞,每个状态都代表着进程的不同旅程。在运行态,进程犹如舞台上的明星,享受着CPU的宠爱;就绪态则如同候场的演员,静静等待着上场的信号;而当资源不足时,进程便陷入阻塞的...

操作系统的作用和目标
一般由进程的控制 原语 (原语:执行的过程不能被打断)完成。 进程同步:协调系统中并发执行的进程 控制它们以互斥方式访问共享资源 协调合作完成同一作业 进程通信:负责完成进程间的信息交换。 类型:直接通信、间接通信 调度:按照一定的算法进行cpu分配 作业调度:从后备队列挑选合适的作业,为其分配必要资源,调入内存建立...

浦江县19361911147: 操作系统中进程的控制为什么要用原语? -
凌泪环戊: 一般地,把系统态下执行的某些具有特定功能的程序段成为原语. 原语有两类: 一类是机器指令级的,其特点是执行期间不允许中断,正如在物理学中的原子一样,在操作系统中是一个不可分割的基本单位. 另一类是功能型的,其特点是作为原语的程序段不允许并发执行. 俩类原语均在系统态下执行,且都是为了完成某个系统管理所需要的功能被高层软件所调用. 这就是为什么操作系统要将一部分设置为原语的原因.

浦江县19361911147: 操作系统与进程的关系 -
凌泪环戊: 能否说明白些? 操作系统基本可以看作是一个大型软件,核心作用是提供程序运行环境以及编程开发环境. 进程是被操作系统加载的程序(程序本身是被动的,需要操作系统装载到内存),再往下还有线程的概念. 操作系统管理进程,比如控制其资源占用,抢占,轮转等

浦江县19361911147: 什么叫原语,将用于进程控制的函数实现成原语的目的是什么,原语如何实现 -
凌泪环戊: 所谓原语,是操作系统内核中,由若干条指令构成、用于完成一个特定的功能的一个过程,该过程在执行时是不可中断的.如:创建进程原语:create(n),撤销进程原语:destroy(n),阻塞进程原语:block(),唤醒进程原语:wakeup(n).

浦江县19361911147: 操作系统对进程的管理和控制使用 什么 进程操作? A原语 B指令 C信号量 D信箱 -
凌泪环戊: 操作系统提供了对进程的基本操作,也称为原语.这些原语包括创建原语、阻塞原语、终止原语、优先级原语和调度原语.

浦江县19361911147: 什么是“原语”、“特权指令”、“系统调用命令”和“访管指令”?它们之间有无一定的联系? -
凌泪环戊: 原语 内核或微核提供核外调用的过程或函数称为原语(primitive).原语是一段用机器指令编写的完成特定功能的程序,在执行过程中不允许中断.特权指令 这得从CPU指令系统(用于控制CPU完成各种功能的命令)的特权级别说起.在CPU...

浦江县19361911147: 操作系统中如何引发进程调度? -
凌泪环戊: 进程控制基于原语.进程调度决定就绪队列中哪个进程将获得处理机.当处理机空闲时,进程调度程序必将处理机分配给一个处于就绪态的进程 ,该进程便由就绪态转换为运行态.当处于运行态的进程在运行过程中需要等待某一事件发生后(例...

浦江县19361911147: 操作系统通过()对进程进行管理. -
凌泪环戊: 进程控制块(PCB)(系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构,用它来记录进程的外部特征,描述进程的运动变化过程.系统利用PCB来控制和管理进程,所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志.进程与PCB是一一对应的) 在不同的...

浦江县19361911147: 为支持多进程的状态变迁,系统至少应提供哪些进程控制原语 -
凌泪环戊: 在UNIX系统中,使用一种数据结构—进程控制块(PCB)来标记进程,PCB是进程存在的唯一标志. 进程控制块保存进程状态、进程性质(如优先程度)、与进程有关的控制信息(如参数、信号量和消息等)、相应队列和现场保护区域等.进...

浦江县19361911147: 进程控制具有哪些功能?它们对应的原语是什么 -
凌泪环戊: 通常意义上讲,进程是应用程序,而应用程序只有在支持的操作系统才能运行;如果操作系统不支持,应用程序根本无法运行,也就没有进程被控制.

浦江县19361911147: 操作系统PV原语中信号量初值为n是? -
凌泪环戊: PV原语的含义P操作和V操作是不可中断的程序段,称为原语.PV原语及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的.信号量sem是一整数,sem大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数,但sem小于零时则表示正在等待使用...

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