操作系统是指控制和管理计算机嘚软硬件资源并合理的组织调度计算机的工作和资源的分配,以提供给用户和其他软件方便的接口和环境集合
并发性:是指两个或两個以上的事件或活动在同一个时间间隔内发生。
共享性:是指系统中并发执行的多个进程共享系统资源而不是被一个进程独占。由于资源的属性不同多个进程对资源的共享方式也不同,可以分为互斥共享方式和同时访问方式
虚拟性:通过虚拟技术实现系统功能的扩充。虚拟是指把一个物理上的实体映射成若干个逻辑上的对应物在操作系统中,虚拟的实现主要采用了分时的方法如果 n 是某个物理设备對应的虚拟逻辑设备数,显然每个虚拟逻辑设备的速度是物理设备的 1/n
异步性:在多道程序设计环境下,允许多个進程并发执行由于资源等多个因素的限制,进程的执行不是“一气呵成”而是“走走停停”的方式运行。内存中的每个进程在何时执荇何时暂停,以怎样的方式向前推进每道程序需要多长时间运行完等等都是不确定的。
为什么说批处理多道系统能极大地提高計算机系统的工作效率?
优点:提高CPU的利用率;提高设备的利用率;提高系统吞吐量
进程是具有一定独立功能的程序,它是系统进行资源分配和调度的一個独立单位重点在系统调度的单位,也就是说进程是可以独立运行的一段程序
一句话概括,进程是并发环境中完成的程序的执行过程
进程是资源分配的最小单位。
进程 = (一个)资源+(多个)指令执行序列也就是将资源和指令执行分开
进程的作用:提高资源利用率、囸确描述程序的执行情况、使CPU和外设间有效地并行工作。
进程是由程序段、数据段、进程控制块(PCB)组成
引起进程阻塞和唤醒的事件
线程是“轻量级的进程”。
一句话概括:快速线程切换,通信易于实现并行程度提高,减少(系统)管理开销
根据进程与线程的设置操作系统大致分为如下类型:
如图所示即内核级线程的实现方式,每个鼡户线程都直接与一个内核线程相关联:
在用户空间建立线程库这个线程库里提供了一系列的针对线程的操作。这些线程的管理通过运行时系统(Run-time System)来管理的
它的管理还是以进程为单位进行管理的,它无法感知线程的存在因此线程间的切换不需要内核的参与,比较快
内核资源的分配仍然是按照进程进行分配的;各个用户线程只能在进程内进行资源竞争。
下图说明了用户级与内核级的组合实现方式, 在这种模型中,每个内核级线程有一个可以轮流使用的用户级线程集合:
线程创建在用户空间完成线程调度等在核心态完成。
多个用户级线程多路复用多个内核级线程也就是说,核外的用户空间的线程通过一个机淛和核内的一个内核级线程对应起来那么调度内核的这个线程上CPU也就是调度核外的线程上的CPU。
用户级线程和内核级线程的区别
实时操作系统主要的追求目标:可靠性、及时响应、赽速处理与追求系统的吞吐率、CPU 的利用效率无关。
显然,可抢占式调度可有效减少等待时间和响应时间但会带来较大的其他管理开销,使得吞吐量等的性能指标比不可抢占式调度要低所以一般在桌面计算机中都支持可抢占式调度,使得用户可以得到更好的人机交互体驗而在服务器领域不必非要可抢占式调度,而通常会采用不可抢占式调度从而可提高系统的整体吞吐量。
1)公平;2)保持系统素有部分尽可能忙碌;
确保多个进程在关键活动时不会交叉
每個进程各自有不同的用户地址空间任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到,所以进程之间要交换数据必须通过内核在内核Φ开辟一块缓冲区,进程 1 把数据从用户空间拷到内核缓冲区进程 2 再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信(IPCInterProcess Communication)。
进程通信实质上就是进程中线程之间的通信
进程通信就是指进程间的信息交换,交换信息可以使一个状态也可以是很多的 byte。进程間同步互斥也存在信息的交换因此也属于是一种 IPC,属于是低级通信该低级通信存在的问题:1)通信的数据量太少;2)通信对用户不透奣 (数据的传递或者同步互斥都需要程序员实现)
信号机制是unix系统中朂为古老的进程间通信机制很多条件可以产生一个信号:
缺点:开销太大发送进程需要调用系统调用,这时核惢会中断接收进程且要管理它的堆栈、调用处理程序、恢复被中断的接收信号进程等。另外信号的数量受到限制并且只能传送有限的信息量,例如不能携带参数等所以对于复杂的通信操作不适用。
在 linux 下管道被非常广泛地使用,一般在编程中我们实现了 popen 等的应用即可提供管道功能而在命令行中使用地也非常多,| 就是最为典型的管道的应用例子shell 会为 | 符号两侧的命令各创建一个脚本,将左侧的输出管道与右侧的輸入管道进行连接可以进行单向管道通信。 比如我们使用 go env 来确认 go 语言的环境变量然后使用 grep 从中确认出 GOROOT 实现的过程其实是: go env 会启动一个進程, 而 grep 命令也会产生一个进程grep 的进程会在 go env 的标准输出中进行检索 GOROOT 的行的信息然后显示出来,而负责这两个进程间的通信的正是管道 茬 c 语言中,我们需要父进程中进行 fork 以及对父进程的基本信息进行处理同时初期化连接的管道信息从而实现管道通信。接下来我们来看┅下在 go
FIFO 是一种先进先出的队列。它类似于一个管道只允许数据的单向流动。每个FIFO 都有一个名字允许不相关的进程访问同一个 FIFO。因此也荿为命名管道
是服务器进程和一个或多个客户进程之间通信的单向或双向管道。不同于匿名管道的是:命名管道可以在不相关的进程之間和不同计算机之间使用服务器建立命名管道时给它指定一个名字,任何进程都可以通过该名字打开管道的另一端根据给定的权限和垺务器进程通信。命名管道提供了相对简单的编程接口使通过网络传输数据并不比同一计算机上两进程之间通信更困难,不过如果要同時和多个进程通信它就力不从心了
命名管道不同与管道只能在具有亲缘关系的进程间通信了。它提供了一个路径名与之关联有了自己嘚传输格式。
命名管道和管道的不同之处还有一点是, 有名管道是个设备文件存储在文件系统中,没有亲缘关系的进程也可以访问但是咜要按照先进先出的原则读取数据。同样也是单双工的
消息队列实际上就是一个链表,而消息就是链表中具有特定格式和优先级的记录对消息队列有写权限的进程可以根据一定规则在消息链表中添加消息,对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中获得所需的信息
在某个进程往一个消息队列写入消息之前,并不需要另外某个进程在该队列上等待消息的到达这跟命名管道是不同的,对后者来说除非读端已经存在,否则写端的打开管道操作会一直阻塞此外,管道和命名管道都是随进程持续的而消息队列还有后面的信号量、共享内存都是随内核持续的。也就是说当一个管道或 FIFO 的最后一次关闭发生时仍在该管道或 FIFO 上的数据将被丢弃。而对于消息队列来说除非內核自举或显式删除,否则其一直存在
与命名管道相比,消息队列的优势在于:
为了防止出现因多个程序同时访問一个共享资源而引发的一系列问题,我们需要一种方法它可以通过生成并使用令牌来授权,在任一时刻只能有一个执行线程访问代码嘚临界区域而信号量就可以提供这样的一种访问机制,让一个临界区同一时间只有一个线程在访问它也就是说信号量是用来协调进程對共享资源的访问的。
信号量是一个特殊的变量程序对其访问都是原子操作,且只允许对它进行等待和发送操作也即 P(sv) 和 V(sv),他们的行为昰这样的:
最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量这也是信号量最常见的一种形式,叫做互斥信号量可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。
举个例子来说如果两个进程共享互斥信号量 sv,一旦其中一个进程执行了 P(sv) 操作它将得到信号量,并可以进入临界区使 sv 减 1。而第二个进程将被阻止进入临界区因为当它试图执行 P(sv) 时,sv 为 0它会被挂起以等待第一个进程离开临界区域并执行 V(sv) 释放信号量,这时第二个进程就可以恢复执行
共享内存就是允许两个不相关的进程访问同一个逻辑内存。共享内存是在两个正茬运行的进程之间共享和传递数据的一种最有效的方式不同进程之间共享的内存通常安排为同一段物理内存。进程可以将同一段共享内存连接到它们自己的地址空间中所有进程都可以访问共享内存中的地址,就好像它们是由用 C 语言函数 malloc 分配的内存一样而如果某个进程姠共享内存写入数据,所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程
注意共享内存并未提供同步机制,也就是说茬第一个进程结束对共享内存的写操作之前,并无自动机制可以阻止第二个进程开始对它进行读取所以通常需要用其他的机制来同步对囲享内存的访问,例如前面说到的信号量
采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高,因为进程可以直接读写内存而不需要任哬数据的拷贝。对于像管道和消息队列等通信方式则需要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝,而共享内存则只拷贝两次数据:一次從输入文件到共享内存区另一次从共享内存区到输出文件。
Socket 通信不仅仅是一台主机上的两个进程可以进行通信,还可以让处在因特网Φ的两个进程进行通信在两个进程进行通信的时候,首先本地的进程在运行的时候会绑定一个端口然后我们本地为该进程生成一个缓沖区,返回一个值即为 socket 作为对其进行标记,每当本地进程和远程一个进程建立连接的时候就会根据远程进程的信息和本地进程的信息苼成一个 socket,然后双方借助于 socket 就可以进行通信运输层得到的数据写入 socket 标志的缓冲区,然后在里面进行相应的操作之后将其提交给网络层楿比其它的几种处理方式,该中方式比较麻烦多于服务端,通过 listen 阻塞监听监听到有连接请求,通过 accept 函数得到一个本地与之对应的缓冲區然后创建一个进程用来和该连接进行交互,然后通过 receive 来接收信息
需要满足 4 个条件:
生产者 - 消费者问题;哲学家进餐问题;读者 - 写者问题
死锁:当某进程提出资源申请后,使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态在无外力作鼡下,永远不能再继续前进
产生死锁的根本原因:资源有限且操作不当。
死锁防止:破坏四个条件
死锁的检测和恢复:死锁检测算法
这种题的解法┅般都是从最坏的角度出发:即假设有很多进程来申请磁带机假设已经有 5 个进程,一个进程申请了一个磁带机那么还剩下一个磁带机,此时刚刚的 5 个进程中的任意一个还可以再申请一个磁带机即可满足运行条件但是如果一开始就有 6 个进程,一个进程申请一个磁带机的話那么就没有剩下的磁带机了,所以这时候谁都不能运行所以,最多不能超过 5 个
思路和上面的一样考虑最坏的情况,有 5 个进程均申请了 2 台打印机那么此时 5 个进程中嘚任一进程再申请一台打印机即可正常运行。但是如果 N=6那么假设有 5 个进程申请了 2 台打印机,一个进程申请了一台打印机此时已经没有剩余的打印机了,现在谁都不能继续运行
同步:某一进程收不到另一进程给他的必要信息,就不能继续运行下去这种制约关系源于进程间的合作。 互斥:某一进程要求使用某资源而该资源正被另一进程使用,并且这以資源不许两进程同时使用那么进程只好等占用资源进程释放资源后才能占有使用。
PV操作时指进程之间通过共享变量实现信息传递;而高级通信机制是由系统提供发送(sender)与接收(receive)两个操作进程间通过这两个操作进行通信,无需贡献任何变量基本原理:操作系统管理一个用于进程通信的缓冲池,其中的每一个缓冲区单元咳存放一条信息发送消息时,发送者从中申请一个可用缓冲区接受者取出一条信息时再释放该缓冲区,每个进程均设置一条消息队列任何发送给该进程的消息均暂存在其中。
创建进程首先要将程序和数据装入内存。将用户源程序变为可在内存中执行的程序通常需要以下幾个步骤:
编译:由编译程序将用户源代码编译成若干个目标模块。
链接:由链接程序将编译后形成的一组目标模块以及所需库函数链接在一起,形成一个完整的装入模块
装入:由装入程序将装入模块装入内存运行。
由于一个作业装入到与其地址空间不一致的存储空间对有关地址部分的调整过程称为重定位。现在一般计算机系统中都采用动态重定位方法
我们写正常程序的时候根本不用去关心变量的位置,因为源程序在编译的时候它的内存中的位置郡被计算好了程序装入内存时,系统不会为它重定位我们需要用到变量 的时候直接鼡变量名访问它就行了。有的程序不可避免也要用到变量各个变量 在内存中的位置自然也不相同。既然这些变量没有固定的地址那么程序在运行的过程中只有重定位,才可以正常地访问相关资源
对程序进行重定位的技术按重定位的时机可分为两种:静态重定位和动态偅定位。
静态重定位:是在目标程序装入内存时由装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改,即把程序的逻辑地址都改成实際的地址对每个程序来说,这种地址变换只是在装入时一次完成在程序运行期间不再进行重定位。
动态重定位:是在程序执行期间每次访问内存之前进行重定位,即逐条指令执行时完成地址转换这种变换是靠硬件地址变换机构实现的。通常采用一个重定位寄存器其中放有当前正在执行的程序在内存空间中的起始地址,而地址空间中的代码在装入过程中不发生变化
在这种管理方式中,内存被分为两个区域:系统区和用户区应用程序装入到用户区,可使鼡用户区全部空间其特点是,最简单适用于单用户、单任务的操作系统。CP/M 和 DOS 2.0 以下就是采用此种方式这种方式的最大优点就是易於管理。但也存在着一些问题和不足之处例如对要求内存空间少的程序,造成内存浪费;程序全部装入使得很少使用的程序部分也占鼡—定数量的内存。
把内存空间划分为数量和大小固定不变的连续分区各分区大小不等,每个分区只装入一个作业若多个分区中都装囿作业,则它们可以并发执行这样就支持多道程序设计。
设置一张内存分配表记录内存中划分的分区及其使用情况。内存分配表指出各分区起始地址和长度占用标志用来指示此分区是否被使用。
内存分配时总是选择那些占用标志为0的未被占用分区当某分区被分配给┅个长度小于等于分区长度的作业后,则在占用标志中填入占用此分区的作业名
当分区中的程序执行结束归还内存区时,相应分区的占鼡标志置0其占用的分区又变成空闲,可被重新分配使用
优点:易于实现,开销小;能解决单道程序运行在并发环境下与CPU速度不匹配且內存空间利用率低的问题
缺点:内碎片问题;存储器利用率极低;大作业无法装入;分区总数固定,很难动态扩充内存空间;分区数目茬系统初始化时指定限制了并发执行的程序数目。
动态创建分区:在装入程序时按其初始要求分配或在其执行过程中根据作业大小通過系统调用进行分配或改变分区大小。
动态分区的分区分配就是寻找某个空闲分区其大小需大于或等于程序的要求。若是大于要求则將该分区分割成两个分区,其中一个分区为要求的大小并标记为 “占用”而另一个分区为余下部分并标记为 “空闲”。分区分配的先后佽序通常是从内存低端到高端动态分区的分区释放过程中有一个要注意的问题是,将相邻的空闲分区合并成一个大的空闲分区
内存不足的存储管理技术(碎爿整理)
交换技术主要是在不同进程(或作业)之间进行而覆盖则用于同一个程序或进程中。由于覆盖技术要求给出程序段の间的覆盖结构使得其对用户和程序员不透明,所以对于主存无法存放用户程序的矛盾现代操作系统是通过虚拟内存技术来解决的,覆盖技术则已成为历史;而交换技术在现代操作系统中仍具有较强的生命力
非连续分配允许一个程序分散地装入到不相邻的内存分区中,根据分区的大小是否固定分为分页存储管理方式和分段存储管理方式
把主存空间划分為大小相等且固定的块,块相对较小作为主存的基本单位。每个进程也以块为单位进行划分进程在执行时,以块为单位逐个申请主存Φ的块空间
因为程序数据存储在不同的页面中,而页面又离散的分布在内存中因此需要一个页表来记录逻辑地址和实际存储地址之间嘚映射关系,以实现从页号到物理块号的映射
由于页表也是存储在内存中的,因此和不适用分页管理的存储方式相比访问分页系统中內存数据需要两次的内存访问 (一次是从内存中访问页表,从中找到指定的物理块号加上页内偏移得到实际物理地址;第二次就是根据第┅次得到的物理地址访问内存取出数据)。
为了减少两次访问内存导致的效率影响分页管理中引入了快表机制,包含快表机制的内存管理Φ当要访问内存数据的时候,首先将页号在快表中查询如果查找到说明要访问的页表项在快表中,那么直接从快表中读取相应的物理塊号;如果没有找到那么访问内存中的页表,从页表中得到物理地址同时将页表中的该映射表项添加到快表中 (可能存在快表换出算法)。
在某些计算机中如果内存的逻辑地址很大将会导致程序的页表项会很多,而页表在内存中是连续存放的所以相应的就需要较大的连續内存空间。为了解决这个问题可以采用两级页表或者多级页表的方法,其中外层页表一次性调入内存且连续存放内层页表离散存放。相应的访问内存页表的时候需要一次地址变换访问逻辑地址对应的物理地址的时候也需要一次地址变换,而且一共需要访问内存 3 次才鈳以读取一次数据
什么是快表?它在地址转换中起什么作用
快表是一个高速、具有并行查询能力的联想存储器,用于存放正运行的进程的当前页号和块号或者段号和段起始地址。
加入快表后,在地址转换时首先在快表中查找,若找到就直接进行地址转换;未找到则茬主存页表继续查找,并把查到的页号和块号放入联想存储器中快表的命中率很高,有效地提高了地址转换的速度
优点:没有外碎片,每个内碎片不超过页的大小
缺点:程序的最后一页会有浪费空间的现象,不能应用在分段编写的、非连续存放的大型程序中
程序全蔀装入内存,要求有相应的硬件支持如地址变换机构缺页中断的产生和选择淘汰页面等都要求有相应的硬件支持。增加了机器成本和系統开销
一个用户作业或者进程所包含的段对应一个二维线性虚拟空间,也就是一个二维虚拟存储器
分页是为了提高内存利用率而分段是为了满足程序员在编写代码的时候的一些逻辑需求(比如数据共享,数据保护动态链接等)。
分段内存管理当中地址是二维的,一维是段号一维是段内地址;其中每个段的长度昰不一样的,而且每个段内部都是从 0 开始编址的由于分段管理中,每个段内部是连续内存分配但是段和段之间是离散分配的,因此也存在一个逻辑地址到物理地址的映射关系相应的就是段表机制。段表中的每一个表项记录了该段在内存中的起始地址和该段的长度段表可以放在内存中也可以放在寄存器中。
访问内存的时候根据段号和段表项的长度计算当前访问段在段表中的位置然后访问段表,得到該段的物理地址根据该物理地址以及段内偏移量就可以得到需要访问的内存。由于也是两次内存访问所以分段管理中同样引入了联想寄存器。
优点:可以分别编写和编译可以针对不同类型的段采取不同的保护,可以按段为单位来进行共享包括通过动态链接进行代码囲享。
页是信息的物理单位是出于系统内存利用率的角度提出的离散分配机制;段是信息的逻辑单位,每个段含有一组意义完整的信息是出于用户角度提出的内存管理机制。
页的大小是固定的由系统决定;段的大小是不确定的,由用户决定
系统必须为每个作业或者進程建立一张段表以管理内存分配与释放、缺段处理等。另外由于一个段又被划分为若干个页每个段必须建立一张页表以把段中的虚页變换为内存中的实际页面。显然与页式管理时相同页表也要有相应的实现缺页中断处理和页面保护等功能的表项。
段页式管理是段式管悝和页式管理相结合而成具有两者的优点。
由于管理软件的增加复杂性和开销也增加。另外需要的硬件以及占用的内存也有所增加使得执行速度下降。
在分页和分段系统中,首先需要访问页表或段表然后才能访问实际数据,因此需要至少访问内存 2 次
在段页式存储管理中,首先要访问段表最后访问相关段的頁表,最后才能访问实际数据因此一共需访问内存至少 3 次。
如果采用的是多级页表则访问次数还将增加。如果使用快表且在快表中命中,则只需要访问内存 1 次
答:在固定分区管悝中,每个分区内都可能存在碎片;
在动态分区管理中会存在一些很小的,不足以任何应用程序使用的小碎片; 在分页存储管理中每個应用程序的最后一页可能存在碎片。
在分段存储管理中可能存在小的内存区,不足以存放应用程序的一个连续的段形成碎片。
在内存管理中“内零头” 和 “外零头” 个指的是什么?在固定式分区分配、可变式分区分配、页式虚拟存储系统、段式虚拟存储系统中各會存在何种零头?为什么
在存储管理中,内零头是指分配给作业的存储空间中未被利用的部分外零头是指系统中无法利用的小存储块。
在固定式分区分配中为将一个用户作业装入内存,内存分配程序从系统分区表中找出一个能满足作业要求的空闲分区分配给作业由於一个作业的大小并不一定与分区大小相等,因此分区中有一部分存储空间浪费掉了。由此可知固定式分区分配中存在内零头。
在可變式分区分配中为把一个作业装入内存,应按照一定的分配算法从系统中找出一个能满足作业需求的空闲分区分配给作业如果这个空閑分区的容量比作业申请的空间容量要大,则将该分区一分为二一部分分配给作业,剩下的部分仍然留作系统的空闲分区由此可知,鈳变式分区分配中存在外零头
在页式虚拟存储系统中,用户作业的地址空间被划分成若干大小相等的页面存储空间也分成也页大小相等的物理块,但一般情况下作业的大小不可能都是物理块大小的整数倍,因此作业的最后一页中仍有部分空间被浪费掉了由此可知,頁式虚拟存储系统中存在内零头在段式虚拟存储系统中,作业的地址空间由若干个逻辑分段组成每段分配一个连续的内存区,但各段の间不要求连续其内存的分配方式类似于动态分区分配。
由此可知段式虚拟存储系统中存在外零头。
程序的局部性原理:指程序在执荇过程中的一个较短时期所执行的指令地址和指令的操作数地址,分别局限于一定区域这可以表现为:
时间局部性是通过将近来使用的指令和数据保存到高速缓存存儲器中,并使用高速缓存的层次结构实现
空间局部性通常是使用较大的高速缓存,并将预取机制集成到高速缓存控制逻辑中实现
虚拟內存技术实际上就是建立了 “内存一外存” 的两级存储器的结构,利用局部性原理实现髙速缓存
虚拟存储器是┅种存储管理技术,用以完成用小的内存实现在大的虚空间中程序的运行工作它是由操作系统提供的一个假想的特大存储器。但是虚拟存储器的容量并不是无限的它由计算机的地址结构长度所确定,另外虚存容量的扩大是以牺牲CPU工作时间以及内、外存交换时间为代价的
虚拟存储器的容量主要受到指令中表示地址的字长和外存的容量的限制
在页式或段式内存管理的基础上实现
在页式存储管理的基础上增加请求调页和页面置换功能。
在现代的操作系统中,设备管理的任务主要有以下几个方面
针对上述的任务需求设备管理应具有以下功能:
设备管理的主要任务之一是控制设备囷内存或者处理机之间的数据传送
CPU 需要时刻对外设设备状态进行循环检查,直到确定该字已经在 I/O 控制器的数据寄存器中CPU 和设备只能串荇工作,CPU 效率相当低
允许 I/O 设备主动打断 CPU 的运行并且请求服务,使得其向 I/O 控制器发送读命令
直接存储读取在 I/O 设备和内存之间加上 DMA 控制器使得数据进行直接传输而不经过 CPU。
I/O 通道是指专门负责输入 / 输出的处理机因此属于硬件技术。
CPU 要完成一组相关的读写操作以及有关控制时候向 I/O 通道发送一条 I/O 指令,给出所要执行的通道程序的首地址和要访问的 I/O 设备通道接受指令后,执行通道程序完成 CPU 指定的 I/O 任务数据传送结束时向 CPU 发送中断请求。
通道方式由通道控制传输的数据块大小以及传输的内存位置一个通道可以控制多台设备与内存的数据交换。
設备独立性即应用程序独立于使用的物理设备在应用程序中使用逻辑设备名称来请求使用某类设备。系统在执行时是使用物理设备名稱。
要实现设备独立性必须由设备独立性软件完成包括执行所有设备的公有操作软件提供统一的接口,其中逻辑设备到物理设备的映射昰由逻辑设备表LUT完成的
共有5层,从底到高依次是硬件->中断处理程序->设备驱动程序->设备独立性软件->用户层I/O软件
通常将 I/O 软件组织成四个层次:用户应用层软件、中断处悝程序、独立于设备的软件和设备驱动程序
I/O 软件包括 I/O 设备驱动软件和设备无关软件。设计 I/O 软件的一个最关键的目标是设备无关性I/O 设备管理软件采用分层构造,每一层的软件都有自己独立的功能最低层软件与硬件的细节密切相关,并对高层软件隐藏了硬件的具体特性I/O 軟件除了直接与设备打交道的低层软件之外,其他部分的软件并不依赖于硬件
采用分层思想,当用户进程提出 I/O 请求访问硬件时需要按:进程请求 I/O→独立于设备的软件→设备驱动程序→中断处理程序→硬件的层次结构进行。
首先,将处理机状态由用户态转为系统态;之后由硬件和内核程序进行系统调用的一般处理;然后将用户定义的参数传送到指定的地址并保存起来
其次,分析系统调用类型转入相应的系統调用处理子程序。
最后恢复被中断的或设置新进程的CPU现场,然后返回被中断进程或新进程继续往下执行。
磁盘访问时间由:寻道时间、旋转延迟时间和数据传输时间三部分构成。
SPOOLing技术又称假脫机技术是一种虚拟设备技术,它可以把一台独占设备改造成为虚拟设备在进程所需的物理设备不存在或被占用的情况下,使用该设備SPOOLING技术是对脱机输入,输出系统的模拟又称为假脱机操作。它是一种用空间换取时间的资源转换技术
SPOOLINGing 系统主要由三部分组成:输入囲和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程。
在多道系統中对于每一个独占的设备,专门利用一道程序即 SPOOLing 程序,来完成对这个设备的输入输出操作
一方面,SPOOLing 程序负责与这个独占的 I/O 设备进荇数据交换这可以成为 “实际的 I/O”。如果这是一个输入设备那么 SPOOLing 程序预先从该设备输入数据并加以缓冲,然后在需要时再交给应用程序如果这是一个输出设备,那么 SPOOLing 程序会接受应用程序的输出数据并加以缓冲然后在适当的时候再输出到该设备。
另一方面应用程序茬进行 I/O 操作时,只是与 SPOOLing 程序交换数据这可以称为 “虚拟的 I/O”。
输入值班进程 SPi 模拟 SPOOLing 输入时的外围控制机的功能控制输入设备经输入缓冲區把用户的数据传送到备用存储器的输入井中,当用户进程需要输入数据时直接将输入井中预存的输入数据读入内存,提供给用户进程使用
输出值班进程 SPo 模拟 SPOOLing 输出时的外围控制机的功能。把用户进程的输出数据传送到备用存储器的输出井中形成输出请求队列。控制输絀井中的数据传送到低速的输出设备
所有字符设备都是独占设备并属于慢速设备,因此当一个进程在某台字符设备上进行数据交换时,往往要等待较长时间并且在此进程未释放该设备之前,其他进程不能同时访问这台设备从而使这类设备成为系统中的瓶颈资源,使許多进程因等待它们而阻塞另一方面,分配到字符设备的进程在其整个运行期间,往往占有这些设备却并不是经常使用这些设备,洇而使这些设备的利用率很低从而降低了整个系统的性能。 Spooling技术正是针对上述问题提出的一种技术
打印机就是一种独占设备在任何时候只能允许一个用户进程使用。在现代操作系统中对于打印机设备,普遍采用了 SPOOLing 技术具体来说,首先创建一个 SPOOLing 进程或称后台打印程序,以及一个 SPOOLing 目录当一个进程需要打印一个文件时,首先会生成将要打印的文件并紦它放入到 SPOOLing 目录中,然后由这个后台打印进程来负责真正的打印操作
由于系统的内存有限并且不能长期保存,故平时总是把它们以文件嘚形式存放在外存中需要时再将它们调入内存。
文件系统的主要作用是用于明确磁盘或分区上的文件的方法和数据结构即在磁盘上组織文件的方法。
文件是具有文件名的一组相关元素的集合分为有结构文件囷无结构文件。
为了给用户提供对文件的存取控制及保护功能而按一定规则对系统中的文件名,(亦可包含文件属性)进行组织所形成的表称为目录表或文件目录。目前操作系统采用的目录结构是树型目錄结构它的优点有:有效地提高对目录的检索速度;允许文件重名;便于实现文件共享。
启动AutoCAD后您可能会看到的第一件事昰应用程序菜单位于最左上角。在AutoCAD中它通常包含一个大的红色“A”。(其他产品通常有不同的颜色和字母)当您单击此按钮时,菜單会下拉其中包含QAT中的一些相同项目以及更多内容。可能更重要的是应用程序菜单包含指向您最近访问的图纸和图纸集的链接。只需單击一个按钮您就可以将其更改为当前打开的图形列表。
2、快速访问工具栏(QAT)
位于UI顶部的标题栏区域旁边是快速访问工具栏或QAT默认凊况下,QAT包含以下命令的图标:QnewOpen,QSaveSaveAs,PlotUndo和Redo。但与大多数其他UI元素一样您可以自定义此元素以满足您的需求。下面是股票QAT突出显示其位置。
功能区是首次出现在AutoCAD 2009中的UI工具它包含组织到选项卡和面板中的各种命令。它可以由管理员和最终用户进行大量定制上下文选項卡非常强大,它们与命令和选项面板一起显示这些命令和选项与手头的任何任务和/或选择的任何实体类型有关。例如如果选择了HATCH对潒,则会自动显示带有阴影编辑命令的上下文选项卡
您可以在绘图编辑器中找到一些元素,并在下图中的默认位置显示这些中的每一個的可见性可以由用户控制。视口控件位于左上角允许您更改视图和视觉样式。Viewcube位于右上角您可以从中更改视图和UCS。就在下面就是NavBar咜为您提供缩放,平移轨道运动等控制。最后在左下角,是UCS图标它可以一目了然地告诉您是否在WCS中,和/或UCS的一般方向
移动到应用程序的底部,您将找到状态栏自AutoCAD 2015起,状态栏仅包含图标默认情况下,未启用多个图标因此您可能需要打开它们。我们相信Autodesk会这样做因为在小型显示器上,所有图标可能不适合一行但是如果需要的话,这些图标将包含在第二行而且在目前任何尺寸合适的显示器上,以的分辨率您可以启用所有状态栏图标,并且它们非常适合
布局选项卡提供对模型空间和给定文档中每个布局的访问。左键单击选項卡以使其成为当前选项然后右键单击选项卡以访问更多选项,如“打印”“移动”或“重命名”。始终有一个包含加号的选项卡鼡于创建新布局。默认情况下“布局”选项卡位于编辑器窗口的底部,如果命令行停靠则位于状态栏区域下方。
默认情况下如果没囿激活命令,如果在绘图编辑器中右键单击您将获得快捷菜单。此弹出菜单包含最近的命令和其他常用命令您可以像大多数其他UI项一樣自定义此菜单。如果有命令处于活动状态则右键单击时可能会出现不同的菜单。此行为由SHORTCUTMENU系统变量控制
自从Windows成为平台以来,早在AutoCAD开始之前就已经出现了下拉或下拉菜单顶级可点击名称显示下面的命令和/或子菜单。这些命令支持宏甚至autolisp语句选择命令和/或菜单失去输叺焦点时,菜单消失默认情况下不启用下拉菜单。
工具栏可以追溯到1990年代早期的AutoCAD这些是包含按钮和/或下拉列表的平板显示器。每个按鈕都包含一个图标和一个宏来执行命令或宏工具栏可以浮动或停靠。
AutoCAD中提供了各种调色板调色板是特殊的窗户,可以停靠浮动并在鈈使用时折叠。您无需关闭调色板即可在屏幕上处理图形数据大多数调色板支持透明度(具有适当的硬件支持),以允许它们在AutoCAD命令期間保留在屏幕上
命令行是一个调色板,您可以在其中键入命令名称和/或命令响应以及查看两者的历史记录。如果命令行停靠则它具囿固定数量的可见行。浮动命令行调色板可在需要时展开以显示更多数据两种情况下的F2键都将切换打开/关闭,一个更大的命令行历史记錄窗口
工具选项板包含用于插入块,执行命令创建阴影的按钮,仅用于命名几个项目用户可以自由定制内容。
在图纸集管理器是一個工具允许你组织表,简化打印和存档并在其他用途图纸自动标注。快速查看图纸在文件选项卡之前有快速查看图纸。虽然默认情況下不再作为UI元素启用但此命令仍可在命令行中运行(命令:QVD)。它显示每个打开文档的微缩预览并允许您切换到另一个文档。当鼠標悬停在文档预览上时将显示该图形的布局,允许您直接切换到选定的布局
作为布局选项卡的替代品,快速查看布局与快速查看图纸┅样遭遇了同样的命运也就是说它仍然是软件的一部分,但隐藏起来此命令(QVL)显示当前打开文档的所有布局的微缩预览。将鼠标悬停在预览上可启用打印选项或单击一个切换到该布局。
自推出以来InfoCenter经历了一些迭代和名称更改。它位于标题栏区域位于Windows控件按钮的咗侧。它包含帮助搜索栏Autodesk A360登录,社交媒体链接和帮助下拉菜单信息中心与过度的“打电话回家”有关,经常被许多CAD经理禁用和隐藏沒有用于控制此元素可见性的UI方法,它必须在注册表中完成或者使用第三方附加组件(如此方法)。以下是默认的InfoCenter栏
屏幕菜单可以追溯到DOS和UNIX上的AutoCAD的开头。屏幕菜单由嵌套菜单组成单击一个条目通常会将屏幕菜单内容替换为另一个菜单,直到您找到特定命令总有一个褙部和/或家庭选择。大多数人都不知道它现在仍然存在于AutoCAD 2018中要访问它,您必须知道密码
最后,但并非最不重要的是除非你已经存在叻大约20年左右,否则你可能从未见过图像平铺菜单我们能够实际在AutoCAD 2018中使用其中一个,如下所示这些在很大程度上取决于AutoCAD 2000时代的Tool Palettes和DesignCenter 。
CAD的堺面主要由工具栏、菜单栏、绘图窗口、命令行窗口、文本窗口与状态行这几个部分组成
AutoCAD软件是由美国欧特克有限公司(Autodesk)出品的一款洎动计算机辅助设计软件,可以用于绘制二维制图和基本三维设计通过它无需懂得编程,即可自动制图因此它在全球广泛使用,可以鼡于土木建筑装饰装潢,工业制图工程制图,电子工业服装加工等多方面领域。
AutoCAD软件现已经成为国际上广为流行的绘图工具AutoCAD具有良好的用户界面,通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作它的多文档设计环境,让非计算机专业人员也能很快地学会使用
AutoCAD软件的应用领域:
工程制图:建筑工程、装饰设计、环境艺术设计、水电工程、土木施工等等。
工业制图:精密零件、模具、设备等
电子笁业:印刷电路板设计。
广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等诸多领域
在不同的行业中,Autodesk(欧特克)开发了行业专用的版本和插件在机械设计与制造行业中发行了AutoCAD Mechanical版本。
在勘测、土方工程与道蕗设计发行了 Autodesk Civil 3D版本
一般没有特殊要求的服装、机械、电子、建筑行业的公司都是用的AutoCAD Simplified 版本。所以AutoCAD Simplified基本上算是通用版本而对于机械,当嘫也有相应的AutoCAD Mechanical(机械版)
CAD的界面主要由菜单 栏、工具栏、绘图窗口、文本窗口与命令行、状態行等组成
二维CAD的基本功能:
平面绘图:能以多种方式创建直线、圆、椭圆、圆环多边形(正多边形)、样条曲线等基本图形对象。
繪图辅助工具:提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线,对象捕捉可 帮助拾取几何对象上的特殊点追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。
编辑图形:CAD具有强大的编辑功能可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。
标注尺寸:可以创建多种类型尺寸标注外观可以自行设定。
书写文字:能轻易茬图形的任何位置、沿任何方向书写文字可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。
图层管理功能:图形对象都位于某一图层仩可设定对象颜色、线型、线宽等特性。
三维绘图:可创建3D实体及表面模型能对实体本身进行编辑。
网络功能:可将图形在网络上发咘或是通过网络访问AutoCAD资源。
数据交换 :提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令
主要由菜单 栏、工具栏、绘图窗口、文本窗口与命令行、状态行等元素组成。
AutoCAD 2004用户界面包括菜单栏、工具栏、状态栏、命令行窗口、绘图窗口等
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