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在多道程序环境下,操作系统需要合理分配各种资源以确保各程序的高效运行,本文将探讨操作系统分配资源的基本单位,并分析多道程序系统运行所依赖的硬件机构支持。
操作系统分配资源的基本单位
1、进程(Process)
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在多道程序环境下,操作系统将资源分配给基本单位——进程,进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位,一个进程可以包含多个线程,但至少包含一个线程。
2、线程(Thread)
线程是进程中的一个实体,被系统独立调度和分派的基本单位,线程本身基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器、一组寄存器和栈),但它可以与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。
3、任务(Task)
在某些操作系统中,任务是一个比线程更小的执行单位,任务通常由多个线程组成,但它们共享同一块内存空间和资源,任务之间的切换比线程之间的切换更快,因为任务切换只需要保存和恢复较少的上下文信息。
多道程序系统运行所依赖的硬件机构支持
1、处理器(CPU)
处理器是计算机系统的核心,负责执行程序指令,在多道程序系统中,处理器需要具备并行处理能力,即同时处理多个进程或线程,这要求处理器具备以下特性:
(1)多核处理器:多核处理器可以同时执行多个任务,提高系统吞吐量。
(2)超线程技术:超线程技术允许多个线程共享一个处理器核心,提高处理器利用率。
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(3)多任务处理:处理器需要具备多任务处理能力,能够在不同进程或线程之间快速切换。
2、内存(Memory)
内存是存储程序和数据的地方,在多道程序系统中,内存需要满足以下要求:
(1)虚拟内存:虚拟内存允许程序访问比实际物理内存更大的地址空间,提高系统运行效率。
(2)内存管理单元(MMU):MMU负责将虚拟地址转换为物理地址,实现内存保护。
(3)内存共享:多个进程或线程可以共享同一块内存空间,提高资源利用率。
3、硬盘(Hard Drive)
硬盘是存储大量数据的地方,在多道程序系统中,硬盘需要满足以下要求:
(1)高速读写:硬盘需要具备高速读写能力,以满足程序对数据的需求。
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(2)磁盘缓存:磁盘缓存可以提高硬盘的读写速度,减少访问延迟。
(3)磁盘空间管理:硬盘需要合理分配空间,以满足不同程序的需求。
4、输入/输出设备(I/O)
输入/输出设备是计算机系统与外部世界进行信息交换的接口,在多道程序系统中,I/O设备需要满足以下要求:
(1)并行I/O:并行I/O可以提高I/O操作的效率,减少程序等待时间。
(2)中断驱动:中断驱动允许I/O设备在完成操作后主动通知处理器,提高系统响应速度。
(3)设备驱动程序:设备驱动程序负责管理硬件设备,实现设备与操作系统之间的交互。
在多道程序环境下,操作系统以进程、线程或任务为资源分配的基本单位,为了保证多道程序系统的正常运行,硬件机构需要具备处理器、内存、硬盘和I/O设备等支持,这些硬件机构需要具备相应的特性,以满足多道程序系统对资源分配和调度的需求。
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