操作系统内核:内核资源使用
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引言
在计算机系统中,操作系统内核是负责管理硬件资源、提供系统服务、执行程序和处理中断的核心软件,内核资源包括CPU时间、内存空间、文件系统和设备驱动等,合理有效地管理和分配这些资源对于整个系统的性能至关重要。
CPU调度
进程与线程管理
进程控制块(PCB):存储进程信息的数据结构。
线程:轻量级的进程,共享相同的地址空间。
调度算法
先来先服务(FCFS)
短作业优先(SJF)
轮转(RR)
优先级调度
多级反馈队列(MFQ)
算法 | 优点 | 缺点 |
FCFS | 简单 | 长作业等待时间长 |
SJF | 提高吞吐量 | 需要预知作业所需时间 |
RR | 公平 | 时间片选择关键 |
优先级 | 紧急任务优先 | 可能导致饥饿 |
MFQ | 综合性能较好 | 复杂性增加 |
内存管理
分区管理
固定分区
动态分区
分页和分段
分页系统:将物理内存分为固定大小的页。
分段系统:逻辑上划分程序的段。
虚拟内存
请求分页
请求分段
页面替换算法:LRU、FIFO、Clock等。
算法 | 描述 |
LRU | 最近最少使用 |
FIFO | 先进先出 |
Clock | 循环时钟算法 |
文件系统
文件组织
连续分配
链接分配
索引分配
索引节点
磁盘调度
FCFS
SSTF(最短寻道时间优先)
SCAN(电梯算法)
CSCAN(循环扫描)
算法 | 特点 |
FCFS | 简单但效率低 |
SSTF | 减少寻道时间 |
SCAN | 减少移动时间 |
CSCAN | 更平滑的磁头移动 |
I/O系统
I/O子系统架构
总线结构
DMA(直接内存访问)
通道I/O
I/O控制方式
程序控制I/O
中断驱动I/O
DMA
I/O通道
控制方式 | 描述 |
程序控制 | CPU全程参与 |
中断驱动 | 提高效率,减轻CPU负担 |
DMA | 不经过CPU,直接传输数据 |
I/O通道 | 高度自治的I/O模块 |
归纳
操作系统内核通过各种机制和算法对资源进行管理和调度,以实现资源的最大化利用和系统的高效运行,不同的资源管理策略适用于不同的场景,选择合适的策略对于提升系统性能至关重要。
文章标题:操作系统内核_内核资源使用
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