計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)大全
操作系統(tǒng)(Operating System，簡(jiǎn)稱OS)是管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的程序，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石;操作系統(tǒng)本質(zhì)上是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的軟件程序 ;操作系統(tǒng)為用戶提供一個(gè)與系統(tǒng)交互的操作界面 。下面就讓小編帶你去看看計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)吧，希望能幫助到大家!
操作系統(tǒng)基礎(chǔ) - LFS和SSD
Log-Structured File System
設(shè)計(jì)思路
LFS的設(shè)計(jì)思路來自于以下幾點(diǎn)觀察：
內(nèi)存變得越來越大，能夠緩存越來越多的東西，因此寫入性能漸漸地主宰了文件系統(tǒng)的性能
磁盤的隨機(jī)I/O和順序I/O的性能相差巨大，如果能把大部分I/O都轉(zhuǎn)換成順序I/O，將能極大地提高性能
現(xiàn)有的文件系統(tǒng)在許多常見的工作負(fù)載下表現(xiàn)都不如意：它們的元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)塊是分開的，文件系統(tǒng)寫入一個(gè)數(shù)據(jù)塊要多次尋道和旋轉(zhuǎn)，雖然FFS通過塊組緩解了這個(gè)問題，但是依然避免不了大量短距離的尋道和旋轉(zhuǎn)。
文件系統(tǒng)感知不到RAID，難以避免RAID-4/RAID-5的small write問題，即一個(gè)小塊的數(shù)據(jù)寫入會(huì)導(dǎo)致4次物理I/O。
因此，LFS嘗試優(yōu)化磁盤寫入性能，盡可能地使用連續(xù)I/O，對(duì)于磁盤的讀取性能則寄希望于內(nèi)存能緩存更多內(nèi)容。這個(gè)出發(fā)點(diǎn)導(dǎo)致了它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同與常見的文件系統(tǒng)。
連續(xù)寫入
LFS所嘗試的第一個(gè)優(yōu)化就是在寫入數(shù)據(jù)塊的時(shí)候，同時(shí)在后面寫入數(shù)據(jù)塊的inode，比如下圖在磁盤地址A0寫入一個(gè)數(shù)據(jù)塊之后再把它的inode寫到后面:
然后對(duì)于大量小塊的I/O，這樣是不行的，因此LFS采用了寫緩存技術(shù)，先在內(nèi)存中緩存一定的大小寫請(qǐng)求，直到達(dá)到一個(gè)足夠大的值(LFS中稱為segment)，然后再一次性寫入磁盤中。因此LFS的一次I/O通常會(huì)包含多個(gè)數(shù)據(jù)塊和inode：
那么，多大的segment是合適的呢，這跟磁盤性能有關(guān)系，假如說我們希望磁盤95%的時(shí)間都在寫入，只有5%的時(shí)間再尋道，對(duì)于一個(gè)寫入速度為100MiB/s的磁盤來說，這個(gè)segment約為9MiB。這里忽略了計(jì)算公式，有興趣請(qǐng)參考43 Log-structured File System (LFS)。
inode
讀者們肯定能注意到，數(shù)據(jù)塊和inode混在一起之后，LFS要怎么找到這些inode?我們可以用一個(gè)map結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)inode，其key是文件的inode number，value是inode再磁盤上的地址，稱之為inode map(或imap)?？紤]到LFS的設(shè)計(jì)，imap不應(yīng)該存儲(chǔ)在磁盤的某個(gè)特定位置，這會(huì)引起來回尋道的問題，因此LFS在一個(gè)寫I/O的最后把最新的imap也一起寫進(jìn)來了。
下一個(gè)問題是，LFS怎么知道最新的imap在什么地方?它必須得把最新imap的地址寫在磁盤上一個(gè)固定的地方，這就是checkpoint region(CR)。出于寫入性能的考慮，CR一般30秒左右才更新一次，因此對(duì)性能的影響可以忽略。
目錄
前面的討論僅涉及了文件，其實(shí)目錄也是類似的，假如在某個(gè)目錄/dir下面創(chuàng)建了一個(gè)叫foo的文件：
LFS首先寫入foo的內(nèi)容和inode
然后寫入目錄D的內(nèi)容，即inode number和磁盤地址的映射關(guān)系，如下圖中的(foo,K)，以及這個(gè)目錄新的inode
最后寫入寫的imap
文件讀取
LFS掛載后，會(huì)先讀入CR，再根據(jù)CR的內(nèi)容把imap緩存到內(nèi)存中，之后這兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的更新就按照上面的描述進(jìn)行更新，imap在每次寫I/O后追加到尾部，CR則定期寫入。
從LFS讀取一個(gè)文件如/dir/foo時(shí)，首先從imap緩存中找到根目錄/的inode地址(比如根據(jù)約定的inode number 2)，讀取其內(nèi)容找到dir目錄對(duì)應(yīng)的inode number，再根據(jù)inode number從imap中找到dir對(duì)應(yīng)的inode number，如此類推直到讀入foo的inode，這之后的過程就跟普通uni__文件系統(tǒng)沒太大區(qū)別了，inode里面有direct pointer, indirect pointer... LFS沒有對(duì)讀取做什么優(yōu)化，而是寄希望于越來越大的內(nèi)存能夠緩存更多的inode和數(shù)據(jù)塊。
垃圾回收
LFS寫入新的數(shù)據(jù)塊時(shí)，總是尋找一片連續(xù)的空閑磁盤空間，然后寫入整個(gè)segment，因此磁盤中其實(shí)充滿了過時(shí)的數(shù)據(jù)。比如下面的i節(jié)點(diǎn)號(hào)為K的文件一開始保存在磁盤地址A0，當(dāng)這個(gè)文件的內(nèi)容更新的時(shí)候，LFS在磁盤地址A4寫入了新的數(shù)據(jù)塊和inode，此時(shí)A0和A1的數(shù)據(jù)就是過時(shí)的：
另一個(gè)例子，假設(shè)用戶往文件中追加了一個(gè)塊(A4)，這種情況下過時(shí)的數(shù)據(jù)只有老的inode(A1)：
在ZFS，btrfs等吸收了LFS設(shè)計(jì)思路的文件系統(tǒng)中，允許用戶保留這些老版本的文件作為snapshot，并把這個(gè)feature作為了一個(gè)買點(diǎn)，這種方法就是著名的copy on write。而在LFS中，只保留最新版本的文件。
不論如何，這些文件系統(tǒng)最終都需要回收這些不再使用的、過時(shí)的數(shù)據(jù)。一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)是掃描這些數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)過時(shí)的數(shù)據(jù)就標(biāo)記為空閑，但是這樣會(huì)造成大量的磁盤碎片。在LFS的實(shí)現(xiàn)中，定期啟動(dòng)一個(gè)cleaner線程，讀出幾個(gè)segment的數(shù)據(jù)，其中過時(shí)的數(shù)據(jù)會(huì)被直接丟棄，剩余的塊則會(huì)合并到新的segment中寫入磁盤。這個(gè)方式保證了磁盤的數(shù)據(jù)大致是連續(xù)的，方便在寫入時(shí)找到大片的空閑空間。
Solid State Drive
這里的Solid state disk(簡(jiǎn)稱SSD)特指基于NAND Flash的存儲(chǔ)設(shè)備，SSD不一定需要基于Flash，但是目前NAND Flash是SSD事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，在深入SSD之前我們先了解Flash的特性。
Flash芯片組成
跟磁盤相比，它沒有任何機(jī)械組件。。Flash芯片最底層的存儲(chǔ)單元叫做cell，一個(gè)cell可以存儲(chǔ)一個(gè)或者多個(gè)bit：
只存儲(chǔ)一個(gè)bit的cell叫做single-levle cell(SLC)
存儲(chǔ)兩個(gè)bit的call叫做multi-level cell(MLC)
存儲(chǔ)三個(gè)bit的call叫做triple-level cell(TLC)
……
總體來說SLC的性能最好成本最高，每個(gè)cell的存儲(chǔ)的bit數(shù)量越多性能就越差，成本也越低。
多個(gè)cell組成一個(gè)page，這是flash存取數(shù)據(jù)的最小單元，它的大小通常是幾KiB，比如4KiB
多個(gè)page組成一個(gè)block，它的大小一般是128KiB或256KiB
多個(gè)block組成一個(gè)bank或者叫(plane)，一個(gè)flash芯片一般會(huì)包含若干個(gè)bank
下圖是一個(gè)縮小了規(guī)模的Flash芯片
Flash芯片的基本操作
Flash芯片的物理特性比較特殊，它最基本的底層操作有三種.
讀取(read)一個(gè)page：flash芯片可以讀取任意一個(gè)page，只要給出page號(hào)即可。不像磁盤，ssd是一種隨機(jī)存取設(shè)備，它沒有機(jī)械部件，存取任意一個(gè)位置的速度都是一樣的，讀操作通常只要10微秒(10^-5)左右。
擦除(erase)一個(gè)block：flash的物理特性要求在寫入一個(gè)page之前，先擦除改page所在的整個(gè)block，整個(gè)個(gè)操作很慢，一般需要幾毫秒(10^-3)。這個(gè)操作會(huì)把整個(gè)block里面每一個(gè)比特都設(shè)置成1，因此在擦除前需要復(fù)制出里面有價(jià)值的數(shù)據(jù)。block擦除完成之后就能夠進(jìn)行編碼(或者說寫入)。
編碼(Program)一個(gè)page：在擦除一個(gè)block之后，flask可以把里面的一些比特從1改成0，因此把想要的內(nèi)容寫入page中。編碼操作通常需要100微秒左右(10^-4)。
總的來說，讀取的速度遠(yuǎn)快于編碼的速度，而編碼的速度又快于擦除的速度。
Flash磨損
由于沒有機(jī)械部件，flash的可靠性比磁盤要高很多，不會(huì)出現(xiàn)類似磁頭劃碰的問題，但是flash也有它的弱點(diǎn)，即磨損(wear out)：每次擦除一個(gè)block或編碼一個(gè)page時(shí)，都會(huì)造成一些輕微的損耗，這些損耗積累下來后最終會(huì)導(dǎo)致無法區(qū)分0和1，這時(shí)候這個(gè)block就變得不可用了。一般一個(gè)基于MLC的芯片生命周期大約是10,000P/E(Program/Erase)，也就是說每個(gè)block在失效前可以反復(fù)擦除和寫入10,000次，而基于SLC的芯片生命周期大概是100,000P/E。
從Flash芯片到SSD
前面我們描述了Flash芯片的組成，而一塊SSD中會(huì)包含多個(gè)Flash芯片，它們連接到一個(gè)Flash控制器上，F(xiàn)lash控制器對(duì)外提供了一個(gè)磁盤設(shè)備的接口，更有趣的是Flash控制器還連著一小塊內(nèi)存。這片內(nèi)存可以用來作為I/O的緩存，同時(shí)還保存了物理塊到Flash 芯片的page的映射關(guān)系。
為什么SSD中需要這樣一個(gè)映射關(guān)系?假設(shè)我們采用一種最簡(jiǎn)單的映射關(guān)系，把物理塊0映射到第0個(gè)Flash芯片上第0個(gè)page，把物理塊1映射到第0個(gè)Flash芯片上第個(gè)page……這種簡(jiǎn)單的映射有兩個(gè)問題，主要出現(xiàn)在更新的場(chǎng)景：
一是性能上的，我們直到page在寫入前需要先擦除，這種原地更新導(dǎo)致了三次I/O操作：
讀出整個(gè)block，并在內(nèi)存中更新對(duì)應(yīng)的內(nèi)容
擦除整個(gè)block，而flash擦除的速度很慢，跟磁盤基本是一個(gè)量級(jí)的
重新寫入block
第二個(gè)問題是，經(jīng)常更新的磁盤區(qū)域(比如swap和/tmp分區(qū))會(huì)嚴(yán)重磨損，成為SSD壽命的短板
Flash Translation Layer
因此，F(xiàn)lash控制器最核心的功能就是，在主機(jī)發(fā)起I/O請(qǐng)求時(shí)，動(dòng)態(tài)地完成物理塊到SSD內(nèi)部page的轉(zhuǎn)換，這就是Flash Translation Layer(FTL)，它的目標(biāo)有幾個(gè)：
并行地利用多個(gè)Flash芯片
減少寫放大
使得Flash的磨損盡可能的平均
太陽底下無新事，第一個(gè)問題可以借鑒RAID，后兩者可以從LFS中得到啟發(fā)。大多數(shù)FTL的實(shí)現(xiàn)都類似于log-structured file system，當(dāng)主機(jī)往SSD寫入內(nèi)容的時(shí)候，先在SSD的內(nèi)存中緩存一定的大小，然后找到一片空閑的區(qū)域一次性的寫入;同時(shí)SSD的內(nèi)存和Flash中維護(hù)一個(gè)物理塊和SSD內(nèi)部page的映射表，即mapping table。假設(shè)主機(jī)進(jìn)行了這一系列的操作：
往物理塊100寫入內(nèi)容a1
往物理塊101寫入內(nèi)容a2
往物理塊2000寫入內(nèi)容b1
往物理塊2001寫入內(nèi)容b2
這一系列的操作會(huì)由FTL合并寫入到一片臨近的區(qū)域中，如下圖所示，圖上Table部分即mapping table。
垃圾回收
假設(shè)主機(jī)接下來需要修改物理塊100和101的內(nèi)容，分別改成了c1和c2，F(xiàn)TL不會(huì)原地修改，而是直接寫入到后續(xù)的空閑page中，同時(shí)在mapping table中修改物理塊100和101對(duì)應(yīng)的page為4和5:
此時(shí)page 0和1中的數(shù)據(jù)是過時(shí)的，如果需要回收這兩個(gè)page，F(xiàn)TL必須先把同一個(gè)block中有效的數(shù)據(jù)(page2和3)讀取出來，寫入到后續(xù)的空閑空間中，這個(gè)時(shí)候整個(gè)block0都是過時(shí)的數(shù)據(jù)，F(xiàn)TL才能擦除這個(gè)block。
mapping table 大小
按照上面的方式把一個(gè)物理塊映射到ssd的一個(gè)page，如果這兩者的大小都為4KiB，對(duì)于一個(gè)1TiB的SSD來說，mapping table需要有1TiB/4KiB個(gè)條目，假設(shè)每個(gè)條目的大小大小為4字節(jié)的話，整個(gè)mapping table的大小需要1GiB，對(duì)于SSD的內(nèi)存來說，這實(shí)在太大了。一種解決方案是只在SSD中緩存部分活躍的mapping，其余部分持久化到Flash中，如果工作集能滿足局部性原理的話，這個(gè)方式能保持不錯(cuò)的性能。
另一種方案是把一大塊物理塊映射到SSD的一個(gè)block中，這樣mapping table可以非常小，但是它有一個(gè)嚴(yán)重的問題，如果只修改block中一個(gè)或幾個(gè)page時(shí)，F(xiàn)TL必須把整塊內(nèi)容讀取出來，在內(nèi)存中完成對(duì)應(yīng)page的修改后，再把整個(gè)block的內(nèi)容寫到一個(gè)新的空閑block中。因此，實(shí)踐中更常見的做法叫混合mapping，F(xiàn)TL中有兩個(gè)mapping table，基于page的映射叫l(wèi)og table，基于block的映射叫data table，如果物理塊能連續(xù)的映射到一個(gè)block中則保存到data table，否則保存到log table中。
DCS系統(tǒng)操作基礎(chǔ)知識(shí)
熟讀DCS操作手冊(cè)
一、規(guī)程術(shù)語含義
注意：表示涉及的事物或操作可能引起不可預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)后果。
警告：表示涉及的事物或操作能引起可預(yù)見的系統(tǒng)運(yùn)行故障。
危險(xiǎn)：表示涉及的事物或操作將引起系統(tǒng)停運(yùn)，甚至設(shè)備損壞及人身傷害。
二、操作員操作職責(zé)
1、監(jiān)視DCS系統(tǒng)運(yùn)行，預(yù)防可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)。
2、隨時(shí)干預(yù)系統(tǒng)運(yùn)行，確保安全、正常生產(chǎn)。
3、系統(tǒng)授權(quán)運(yùn)行參數(shù)的更改。
三、系統(tǒng)異常情況處理
1、DCS操作界面數(shù)據(jù)不刷新(正常情況數(shù)據(jù)每秒刷新一次)，手自動(dòng)切換無法操作等情況，應(yīng)聯(lián)系DCS 維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)立即到現(xiàn)場(chǎng)操作。
2、出現(xiàn)變送器故障，自動(dòng)控制過程應(yīng)立即切回手動(dòng)。
3、出現(xiàn)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，回路輸出卡件等故障現(xiàn)象，應(yīng)改為現(xiàn)場(chǎng)操作。
4、出現(xiàn)DCS系統(tǒng)回路輸入卡件故障時(shí)應(yīng)把相應(yīng)控制回路切回手動(dòng)，并更換故障卡件，檢查確認(rèn)故障 消除后方可再次投入自動(dòng)。
5、DCS系統(tǒng)出現(xiàn)異常斷電，應(yīng)改為現(xiàn)場(chǎng)操作。重新上電后，要求工程師檢查系統(tǒng)情況，檢查回路參 數(shù)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否正常，確認(rèn)各調(diào)節(jié)閥的開度。若有異常應(yīng)重新下傳組態(tài)，一切正常后方可再次投入自動(dòng)。
6、其他異常情況請(qǐng)參照崗位操作規(guī)程執(zhí)行。
四、報(bào)警處理
工藝指標(biāo)產(chǎn)生報(bào)警時(shí)會(huì)有聲音提示，報(bào)警信息在報(bào)警信息欄和報(bào)警一覽畫面中指示，報(bào)警情況了解后，用消音按鈕關(guān)閉當(dāng)前的報(bào)警聲音，分析報(bào)警原因后采取相應(yīng)的操作。
五、檢測(cè)控制點(diǎn)
隨時(shí)密切監(jiān)視與控制息息相關(guān)溫度、壓力、液位、電流、閥位等。
六、調(diào)節(jié)閥控制
系統(tǒng)工程師(工程師以上)職責(zé)
1、系統(tǒng)軟、硬件維護(hù)。
2、 DCS系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。
3、操作員口令的設(shè)臵與修改。
4、系統(tǒng)重要運(yùn)行參數(shù)的維護(hù)與修改。
5、其它涉及系統(tǒng)的職責(zé)。
6、注意事項(xiàng)：
▼當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)停電時(shí)，應(yīng)立即將系統(tǒng)中投入自動(dòng)控制的回路切到手動(dòng)。當(dāng)供電正常時(shí)，首先檢 查系統(tǒng)運(yùn)行及系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否正常，如果有異?，F(xiàn)象，重新下傳組態(tài)，并檢查核對(duì)系統(tǒng)參數(shù)。一切正常后方可再次投入自動(dòng)。(參數(shù)表參見相關(guān)資料)
▼統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行上電順序：UPS、控制站、顯示器、操作站計(jì)算機(jī)。
▼停機(jī)次序：控制站計(jì)算機(jī)、顯示器、控制站、UPS。
▼操作員口令維護(hù)：每臺(tái)操作站上的操作員口令之間無任何關(guān)系，必須單獨(dú)建立?？诹钍潜ＷC系 統(tǒng)安全正常運(yùn)行的前提，必須嚴(yán)格執(zhí)行。
▼歷史數(shù)據(jù)保存在操作站硬盤上，與系統(tǒng)停電等因素?zé)o關(guān)。歷史數(shù)據(jù)是追查事故責(zé)任的重要手段。
▼操作站計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的重要組成部分，必須保持其正常運(yùn)行和整潔。
▼當(dāng)系統(tǒng)卡件故障時(shí)應(yīng)把相應(yīng)控制回路立即切回手動(dòng)，并通知DCS系統(tǒng)維護(hù)人員立即更換故障卡件，檢查確認(rèn)故障消除時(shí)方可再次將系統(tǒng)投入自動(dòng)。
七、操作員職責(zé)
1、監(jiān)視DCS系統(tǒng)運(yùn)行，預(yù)防可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)。
2、隨時(shí)干預(yù)系統(tǒng)運(yùn)行，確保安全、正常生產(chǎn)。
3、系統(tǒng)授權(quán)運(yùn)行參數(shù)的更改。
4、自動(dòng)控制投運(yùn)方法：將畫面中的回路儀表的手/自動(dòng)開關(guān)打到自動(dòng)即可。
5、報(bào)警處理：工藝指標(biāo)產(chǎn)生報(bào)警時(shí)會(huì)有聲音提示，報(bào)警信息在報(bào)警信息欄和報(bào)警一覽畫面中指示， 報(bào)警情況了解后，用消音按鈕關(guān)閉當(dāng)前的報(bào)警聲音，并在報(bào)警一覽中確認(rèn)。
6、異常情況處理：
▼自動(dòng)控制過程中，出現(xiàn)變送器故障，應(yīng)立即切回手動(dòng)。
▼如果出現(xiàn)閥門故障現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)切回手動(dòng)，改為現(xiàn)場(chǎng)操作。
▼系統(tǒng)出現(xiàn)斷電，此時(shí)應(yīng)立即切回手動(dòng)，并要求工程師檢查系統(tǒng)情況，確認(rèn)完好后方可再次投 入自動(dòng)。
▼DCS操作界面數(shù)據(jù)不刷新(正常情況數(shù)據(jù)每秒刷新一次)，手自動(dòng)切換無法操作等情況，應(yīng)聯(lián) 系儀表人員進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)立即到現(xiàn)場(chǎng)操作。
▼出現(xiàn)系統(tǒng)卡件故障時(shí)應(yīng)把相應(yīng)控制回路切回手動(dòng)，并由儀表人員更換故障卡件，檢查確認(rèn)故 障消除后方可再次投入自動(dòng)。
▼DCS系統(tǒng)出現(xiàn)異常斷電，應(yīng)改為手動(dòng)操作。重新上電后，要求工程師檢查系統(tǒng)情況，檢查回 路參數(shù)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否正常，確認(rèn)各調(diào)節(jié)閥的開度。一切正常后方可再次投入自動(dòng)。
DCS系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，如何用最短時(shí)間準(zhǔn)確診斷故障?
看工經(jīng)典案例
Q1：哪些情況是控制系統(tǒng)問題還是工藝問題?
A：出現(xiàn)以下情況時(shí)，說明控制系統(tǒng)發(fā)生問題，應(yīng)立即通知微機(jī)維修人員維修，同時(shí)操作工到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。
1、 經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不變，且?guī)讉€(gè)數(shù)據(jù)或所有數(shù)據(jù)都不變。
2、 控制分組畫面中，手動(dòng)自動(dòng)無法切換，或手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)后，一經(jīng)確認(rèn)，又恢復(fù)為原來的數(shù)據(jù)，修改不過來。
3、 趨勢(shì)圖畫面中，幾條趨勢(shì)都為直線不變。
4、 監(jiān)控畫面中，多個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)波動(dòng)較大。
判斷波動(dòng)數(shù)據(jù)是否為工藝上相關(guān)參數(shù)，若是相關(guān)參數(shù)則通知儀表及微機(jī)人員檢查，看是否某調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動(dòng)引起相關(guān)參數(shù)變化，同時(shí)將相關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)打到手動(dòng)狀態(tài)，必 要時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
若波動(dòng)數(shù)據(jù)工藝上彼此并無直接影響，則可能為微機(jī)某卡件發(fā)生故障，立即將相關(guān)自調(diào)系統(tǒng)打到手動(dòng)調(diào)節(jié)，必要時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)，通知微機(jī)及儀表人員檢查。
Q2：大修后DCS系統(tǒng)如何上電，如何對(duì)DCS供電檢查?
A：DCS系統(tǒng)對(duì)供電質(zhì)量有一定要求，大修后DCS上電應(yīng)注意：
1、確認(rèn)外部供電是否平穩(wěn)，如檢修期間電壓不穩(wěn)不要上電。
2、測(cè)試外部供電電壓是否符合198V-242V要求。
3、上電時(shí)按先總電源，再操作站，控制柜，外配柜順序上電(斷電則相反)。
4、上電后對(duì)DCS卡件故障報(bào)警、電壓故障報(bào)警、交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)檢查，對(duì)供電電壓測(cè)試。
5、用萬用表可檢查DCS每個(gè)機(jī)籠的5V、24V電壓，如低于5V、24V則不正常。如需對(duì)供電質(zhì)量深入檢查，需用示波器或電能質(zhì)量分析儀檢測(cè)分析。
專家建議：系統(tǒng)維護(hù)負(fù)責(zé)人確認(rèn)條件具備方可上電。應(yīng)嚴(yán)格遵照上電步驟進(jìn)行。
Q3：中控室日常管理應(yīng)注意些什么?
A：控制室的日常管理對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和維護(hù)很重要，日常管理應(yīng)注意：
1)、控制室門窗位置布置合理，操作站、控制柜、UPS放置規(guī)范，標(biāo)識(shí)清楚。
2)、控制室保持日常清潔，維持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，檢查照明、空調(diào)運(yùn)行情況。
3)、檢查系統(tǒng)防水、防塵、防腐蝕和防振情況，日常發(fā)現(xiàn)有漏洞的地方及時(shí)整改。
4)、規(guī)范管理，不允許無關(guān)人員觸碰控制柜卡件，對(duì)操作站設(shè)置密碼，加強(qiáng)保密安全管理。
5)、對(duì)控制柜內(nèi)開關(guān)、端子、外配等部件標(biāo)識(shí)檢查，使之標(biāo)識(shí)清晰方便維護(hù)。
專家建議：控制室溫度范圍0-50攝氏度，20度左右適宜;濕度范圍：10%-90%RH，無凝露。
Q4：DCS系統(tǒng)在日常維護(hù)時(shí)如何能了解到系統(tǒng)當(dāng)前故障情況?
A：日常維護(hù)時(shí)注意觀察很重要，重點(diǎn)觀察了解的地方為：
1、控制站卡件指示等顯示是否異常(fail燈是否亮紅燈)，
2、進(jìn)入監(jiān)控“故障診斷”畫面查看是否有卡件運(yùn)行故障提示、通訊網(wǎng)絡(luò)異常提示，
3、檢查系統(tǒng)供電是否正常。
4、檢查控制站電源風(fēng)扇是否運(yùn)行，交換機(jī)指示燈是否正常，是否有腐蝕現(xiàn)象(接線頭或機(jī)柜銅條處是否發(fā)黑等現(xiàn)象)。
Q5：如何簡(jiǎn)單檢查DCS系統(tǒng)接地?
DCS系統(tǒng)的接地示意圖
A：DCS接地是一個(gè)很復(fù)雜的問題，涉及到接地地點(diǎn)，接地方式，接地電阻大小等從現(xiàn)場(chǎng)到DCS機(jī)柜的諸多節(jié)點(diǎn)和環(huán)節(jié)。但日常對(duì)DCS的常規(guī)檢查主要有幾個(gè)方面：
1、DCS機(jī)柜應(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，檢查是否有可能導(dǎo)致多點(diǎn)接地的地方出現(xiàn)，比如機(jī)柜與槽鋼的接觸，接地點(diǎn)是否為單條引下線(線徑大于16mm2，長(zhǎng)度小于30米)到地樁或地網(wǎng)，部件連接(或焊接)點(diǎn)是否良好(銹蝕)等。
2、檢查DCS接地點(diǎn)與電氣地或避雷針引下線接地是否共用，距離是否符合要求，一般情況要求DCS接地與電氣地距離15米以上，與避雷針接地點(diǎn)15米以上。
3、測(cè)量DCS系統(tǒng)接地電阻是否小于4歐姆。接地電阻的大小與很多因素相關(guān)，如接觸良好，土壤濕度，導(dǎo)電率等，測(cè)量接地電阻可選用的儀器有搖表、鉗形表等。
Q6：日常維護(hù)時(shí)如何檢查DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)?
A：1、用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀測(cè)試網(wǎng)線硬件是否正常，檢查交換機(jī)指示燈是否正常。
2、檢查監(jiān)控“故障診斷”畫面是否有故障提示。
3、對(duì)每臺(tái)計(jì)算機(jī)使用“ping”命令檢查網(wǎng)絡(luò)是否正常，IP設(shè)置是否正確。
4、檢查網(wǎng)卡流控制是否關(guān)閉，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)安裝是否正常。
5、使用組態(tài)軟件自帶SCDIAGNOSE軟件檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)情況。
Q7：DCS系統(tǒng)維護(hù)如何做好防靜電?
A：如果維護(hù)不注意，靜電可能對(duì)DCS卡件或通訊帶來不小影響，DCS維護(hù)過程中特別是在觸碰硬件卡件或通訊部件時(shí)應(yīng)采取如下措施做好防靜電。
1、保持環(huán)境有一定的濕度。特別北方地區(qū)或在干燥的冬季，因靜電產(chǎn)生故障的事例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在東南沿海地區(qū)或其他季節(jié)，所以在一些重要場(chǎng)所，如計(jì)算機(jī)機(jī)房、實(shí)驗(yàn)室、電子儀器的裝調(diào)車間應(yīng)考慮保持一定濕度的問題，特別是對(duì)那些封閉形的空調(diào)房間，更應(yīng)有一定控制濕度的設(shè)備。
2、鋪設(shè)防靜電地板，控制室和操作室均需鋪設(shè)防靜電地板。
3、在維護(hù)插扒卡件時(shí)或用手拿捏卡件時(shí)一定注意先對(duì)手釋放靜電，注意盡量避免用手直接觸碰卡件電子元件、面板電路和焊點(diǎn)。
4、卡件應(yīng)存放在防靜電塑料盛放器或防靜電塑料袋中，并存放在卡件盒中。
5、系統(tǒng)維護(hù)時(shí)還應(yīng)注意佩帶DCS防靜電手腕。
Q8：DCS日常維護(hù)時(shí)需要對(duì)哪些數(shù)據(jù)進(jìn)行備份?
A：需要對(duì)組態(tài)、PID參數(shù)、工藝參數(shù)(設(shè)定值)、系統(tǒng)安裝軟件、電腦驅(qū)動(dòng)以及認(rèn)為重要的趨勢(shì)、報(bào)表等數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。
Q9：DCS系統(tǒng)某測(cè)點(diǎn)信號(hào)(溫度、壓力或流量等)顯示故障應(yīng)如何快速排除?
A：信號(hào)顯示數(shù)據(jù)不準(zhǔn)或無顯示是可能常遇到的問題，它可能由于現(xiàn)場(chǎng)儀表引起，也可能由于DCS引起，可采取快速判斷的方法有：
1、用信號(hào)發(fā)生器模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)測(cè)試(前提是現(xiàn)場(chǎng)必須有信號(hào)發(fā)生器可使用)或?qū)⒘硪煌愋托盘?hào)線纜改接到該通道信號(hào)引入測(cè)試，若正常表明DCS正常，再檢查現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)DCS信號(hào)是否有誤。
2、檢查信號(hào)線正負(fù)是否接反、卡件跳線設(shè)置是否正確(特別是新增點(diǎn))，組態(tài)型號(hào)、量程、補(bǔ)償?shù)葏?shù)設(shè)置是否有誤。
3、檢查該信號(hào)所屬卡件其他測(cè)點(diǎn)運(yùn)行是否正常，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況判斷是否可采用對(duì)該卡件備件更換的方式檢測(cè)是否為卡件故障，更換時(shí)注意跳線設(shè)置。
Q10：某操作站監(jiān)控有時(shí)候會(huì)自動(dòng)退出，是否異常?
A：系統(tǒng)退出的原因有很多，幾個(gè)月偶爾退出1次，屬于系統(tǒng)正常情況，因?yàn)槿绻?jì)算機(jī)內(nèi)存占用過大或運(yùn)行程序過多有可能影響監(jiān)控退出。但如果頻繁退出(比如每天或每周)則不正常。一般系統(tǒng)退出主要有如下幾種原因：
1、系統(tǒng)軟件安裝不規(guī)范，重新安裝后可以解決。
2、同一個(gè)時(shí)間恰好出現(xiàn)了多個(gè)報(bào)警，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源不足報(bào)錯(cuò)。
3、系統(tǒng)調(diào)用的組態(tài)路徑為網(wǎng)絡(luò)路徑，非本機(jī)路徑。
4、硬件如主板或硬盤出現(xiàn)故障。
5、若硬盤空間不夠，也可能自動(dòng)退出。
Q11：計(jì)算機(jī)重啟后異常?
A：用戶現(xiàn)場(chǎng)使用DELL液晶顯示器，操作系統(tǒng)為WIN NT。某次重啟操作系統(tǒng)后，無法正常進(jìn)入桌面，提示不支持vga格式。與維護(hù)人員交流，在重啟計(jì)算機(jī)前做過何種操作，反饋為提高了顯示器的分辨率。判斷可能是調(diào)高了分辨率后導(dǎo)致NT系統(tǒng)自檢時(shí)無法識(shí)別顯示系統(tǒng)。進(jìn)入BIOS，恢復(fù)系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置后系統(tǒng)恢復(fù)正常。
Q12：操作員鍵盤為何會(huì)引起死機(jī)?
A：原因分析：鍵盤外殼未良好接地，人體靜電對(duì)鍵盤的沖擊，也會(huì)導(dǎo)致鍵盤死機(jī)。
解決方案：
1、新鍵盤外殼生產(chǎn)時(shí)，要求外協(xié)單位在鍵盤上留出接地孔或接地桿;
2、安裝時(shí)，使鍵盤外殼與鍵盤線屏蔽地可靠連接;
3、鍵盤外殼上去除部分涂層，使外殼有有效接地點(diǎn)。
Q13：壓力信號(hào)異常是何原因?
A：壓力信號(hào)出現(xiàn)滿量程情況，與實(shí)際不符。斷開卡件后面的信號(hào)線正極，信號(hào)由滿量程變?nèi)杂?公斤左右壓力信號(hào)(量程為0-13公斤)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，該測(cè)點(diǎn)經(jīng)過安全柵。將信號(hào)線短路，不過安全柵后，信號(hào)顯示正常。
初步判斷是安全柵出現(xiàn)問題。原因可能是同一組的信號(hào)，安全柵是共地的。當(dāng)安全柵故障后，另一毫安信號(hào)耦合到該信號(hào)上來，造成信號(hào)的干擾。
Q14：熱電阻信號(hào)不準(zhǔn)如何排查?
A：首先，檢查熱電阻的組態(tài)，確認(rèn)了組態(tài)中的熱電阻型號(hào)和實(shí)際的型號(hào)保持一致;其次，確保上下位機(jī)組態(tài)一致。最后，如果還是懷疑測(cè)溫有問題的話，可以測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)熱電阻A和B之間的阻值為R1;B和C之間的阻值為R2。
根據(jù)3線制熱電阻的測(cè)溫原理，可以得到熱電阻的實(shí)際電阻值為R1-2R2。然后查表找出對(duì)應(yīng)的溫度。然后用這個(gè)溫度和監(jiān)控上的溫度再進(jìn)行比較。如果出入較大，請(qǐng)更換卡件后再次嘗試。
Q15：如何快速排查系統(tǒng)通訊故障?
A：在系統(tǒng)運(yùn)行過程中若發(fā)現(xiàn)通訊故障，應(yīng)重點(diǎn)做如下檢查：
1、了解清楚具體故障現(xiàn)象，是所有通訊中斷還是某部分?jǐn)?shù)據(jù)通 訊異常，還是某操作站通訊異常，這對(duì)之后的排查很重要。
2、工程師權(quán)限進(jìn)入監(jiān)控故障診斷畫面，觀察是否有通訊卡件或總線故障報(bào)警(如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，主控卡等)提示。發(fā)現(xiàn)卡件故障用備件更換。
3、檢查目前網(wǎng)絡(luò)是否通暢，檢查交換機(jī)、控制站供電是否正常。可用計(jì)算機(jī)ping命令檢查各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是否通暢。
4、網(wǎng)線、交換機(jī)、SBUS線等故障均可能引起網(wǎng)絡(luò)故障，可將其排除法更換測(cè)試。
5、檢查有問題操作站IP設(shè)置是否正確，卡件地址(主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡)設(shè)置是否正確、網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)是否正確安裝，網(wǎng)線連接是否不正確(交叉等)。
計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)
1.通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的OS，目標(biāo)有：
方便
有效
可擴(kuò)充
開放
2.OS為系統(tǒng)軟件，所以是一種軟件接口。
3.用戶使用OS的方式
(1)命令方式：聯(lián)機(jī)命令，直接操作OS
(2)系統(tǒng)調(diào)用：OS提供系統(tǒng)調(diào)用
(3)圖形、窗口：GUI界面
4.計(jì)算機(jī)當(dāng)中的資源：
硬件和軟件資源。歸納起來可將資源分為四類：處理器、存儲(chǔ)器、 I/O設(shè)備以及信息(數(shù)據(jù)和程序)。
OS的主要功能也正是針對(duì)這四類資源進(jìn)行有效的管理，即：
處理機(jī)管理， 用于分配和控制處理機(jī);
存儲(chǔ)器管理，主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收;
I/O設(shè)備管理，負(fù)責(zé)I/O設(shè)備的分配與操縱;
文件管理，負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保護(hù)。
5.擴(kuò)充機(jī)器
通常把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器或虛機(jī)器。如果我們又在第一層軟件上再覆蓋上一層文件管理軟件，則用戶可利用該軟件提供的文件存取命令，來進(jìn)行文件的存取。此時(shí)，用戶所看到的是臺(tái)功能更強(qiáng)的虛機(jī)器。如果我們又在文件管理軟件上再覆蓋一層面向用戶的窗口軟件，則用戶便可在窗口環(huán)境下方便地使用計(jì)算機(jī)，形成一臺(tái)功能更強(qiáng)的虛機(jī)器。
6. 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程
1. 人工操作方式
2. 脫機(jī)輸入/輸出(Off-Line I/O)方式
3.單道批處理系統(tǒng)(Simple Batch Processing System)
4.多道批處理系統(tǒng)(Multiprogrammed Batch Processing System)
在該系統(tǒng)中， 用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為“后備隊(duì)列”;然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。
如果允許在內(nèi)存中裝入多道程序， 并允許它們并發(fā)執(zhí)行，則無疑會(huì)大大提高內(nèi)存和I/O設(shè)備的利用率。
5. 多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題
(1)處理機(jī)管理問題。
(2) 內(nèi)存管理問題。
(3) I/O設(shè)備管理問題。
(4) 文件管理問題。
(5) 作業(yè)管理問題。
6.分時(shí)系統(tǒng)(Time-Sharing System)
為實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)，其中，最關(guān)鍵的問題是如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時(shí)， 系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令，再將結(jié)果返回給用戶。此后， 用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令，此即人—機(jī)交互。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過自己的鍵盤鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時(shí)接收并處理。
7.實(shí)時(shí)系統(tǒng)
所謂“實(shí)時(shí)”，是表示“及時(shí)”，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real-Time System)是指系統(tǒng)能及時(shí)(或即時(shí))響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。
(1) 硬實(shí)時(shí)任務(wù)(hard real-time task)。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果。
(2) 軟實(shí)時(shí)任務(wù)(Soft real-time task)。它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間， 但并不嚴(yán)格，若偶爾錯(cuò)過了任務(wù)的截止時(shí)間， 對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會(huì)太大。
7.操作系統(tǒng)的基本特性
并發(fā)
并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的兩個(gè)概念，并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生;而并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指在一段時(shí)間內(nèi)，宏觀上有多個(gè)程序在同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每一時(shí)刻卻僅能有一道程序執(zhí)行，故微觀上這些程序只能是分時(shí)地交替執(zhí)行。倘若在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有多個(gè)處理機(jī)，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便可被分配到多個(gè)處理機(jī)上，實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行，即利用每個(gè)處理機(jī)來處理一個(gè)可并發(fā)執(zhí)行的程序，這樣，多個(gè)程序便可同時(shí)執(zhí)行。
共享(Sharing)
在操作系統(tǒng)環(huán)境下，所謂共享是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程(線程)共同使用。由于資源屬性的不同，進(jìn)程對(duì)資源共享的方式也不同，目前主要有以下兩種資源共享方式。
互斥共享方式
系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)、磁帶機(jī)，雖然它們可以提供給多個(gè)進(jìn)程(線程)使用，但為使所打印或記錄的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程(線程)訪問該資源。為此，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程A要訪問某資源時(shí)，必須先提出請(qǐng)求， 如果此時(shí)該資源空閑，系統(tǒng)便可將之分配給請(qǐng)求進(jìn)程A使用， 此后若再有其它進(jìn)程也要訪問該資源時(shí)(只要A未用完)則必須等待。僅當(dāng)A進(jìn)程訪問完并釋放該資源后， 才允許另一進(jìn)程對(duì)該資源進(jìn)行訪問。我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享，而把在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源或獨(dú)占資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格，都屬于臨界資源，它們要求被互斥地共享。
同時(shí)訪問方式
系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對(duì)它們進(jìn)行訪問。這里所謂的“同時(shí)”往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對(duì)該資源進(jìn)行訪問。典型的可供多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”訪問的資源是磁盤設(shè)備，一些用重入碼編寫的文件，也可以被“同時(shí)”共享，即若干個(gè)用戶同時(shí)訪問該文件。
并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，它們又是互為存在的條件。一方面，資源共享是以程序(進(jìn)程)的并發(fā)執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題;另一方面，若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理， 協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。
虛擬(Virtual)
操作系統(tǒng)中的所謂“虛擬”，是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。物理實(shí)體(前者)是實(shí)的， 即實(shí)際存在的;而后者是虛的，是用戶感覺上的東西。相應(yīng)地，用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為虛擬技術(shù)。在OS中利用了多種虛擬技術(shù)，分別用來實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、 虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。
在虛擬處理機(jī)技術(shù)中，是通過多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，讓多道程序并發(fā)執(zhí)行的方法，來分時(shí)使用一臺(tái)處理機(jī)的。此時(shí)， 雖然只有一臺(tái)處理機(jī)，但它能同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)，使每個(gè)終端用戶都認(rèn)為是有一個(gè)CPU在專門為他服務(wù)。亦即， 利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，把一臺(tái)物理上的CPU虛擬為多臺(tái)邏輯上的CPU，也稱為虛擬處理機(jī)，我們把用戶所感覺到的CPU稱為虛擬處理器。
異步性(Asynchronism)
在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行， 但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。在單處理機(jī)環(huán)境下，由于系統(tǒng)中只有一個(gè)處理機(jī)，因而每次只允許一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行，其余進(jìn)程只能等待。當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程提出某種資源要求時(shí)，如打印請(qǐng)求，而此時(shí)打印機(jī)正在為其它某進(jìn)程打印，由于打印機(jī)屬于臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須等待，且放棄處理機(jī)，直到打印機(jī)空閑，并再次把處理機(jī)分配給該進(jìn)程時(shí)，該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行?？梢?，由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是“一氣呵成”，而是以“停停走走”的方式運(yùn)行。
8.操作系統(tǒng)的主要功能
8.1處理機(jī)管理功能
1. 進(jìn)程控制
在傳統(tǒng)的多道程序環(huán)境下，要使作業(yè)運(yùn)行，必須先為它創(chuàng)建一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程，并為之分配必要的資源。當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束時(shí)，立即撤消該進(jìn)程，以便能及時(shí)回收該進(jìn)程所占用的各類資源。進(jìn)程控制的主要功能是為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程、撤消已結(jié)束的進(jìn)程，以及控制進(jìn)程在運(yùn)行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在現(xiàn)代OS中，進(jìn)程控制還應(yīng)具有為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建若干個(gè)線程的功能和撤消(終止)已完成任務(wù)的線程的功能。
2. 進(jìn)程同步
為使多個(gè)進(jìn)程能有條不紊地運(yùn)行，系統(tǒng)中必須設(shè)置進(jìn)程同步機(jī)制。進(jìn)程同步的主要任務(wù)是為多個(gè)進(jìn)程(含線程)的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)。有兩種協(xié)調(diào)方式：① 進(jìn)程互斥方式， 這是指諸進(jìn)程(線程)在對(duì)臨界資源進(jìn)行訪問時(shí)， 應(yīng)采用互斥方式;② 進(jìn)程同步方式，指在相互合作去完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程(線程)間，由同步機(jī)構(gòu)對(duì)它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。
為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步，系統(tǒng)中必須設(shè)置進(jìn)程同步機(jī)制。最簡(jiǎn)單的用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥的機(jī)制，是為每一個(gè)臨界資源配置一把鎖W，當(dāng)鎖打開時(shí)，進(jìn)程(線程)可以對(duì)該臨界資源進(jìn)行訪問;而當(dāng)鎖關(guān)上時(shí)，則禁止進(jìn)程(線程)訪問該臨界資源。
3. 進(jìn)程通信
在多道程序環(huán)境下，為了加速應(yīng)用程序的運(yùn)行，應(yīng)在系統(tǒng)中建立多個(gè)進(jìn)程，并且再為一個(gè)進(jìn)程建立若干個(gè)線程，由這些進(jìn)程(線程)相互合作去完成一個(gè)共同的任務(wù)。而在這些進(jìn)程(線程)之間，又往往需要交換信息。例如，有三個(gè)相互合作的進(jìn)程， 它們是輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程和打印進(jìn)程。輸入進(jìn)程負(fù)責(zé)將所輸入的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算進(jìn)程;計(jì)算進(jìn)程利用輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算， 并把計(jì)算結(jié)果傳送給打印進(jìn)程;最后，由打印進(jìn)程把計(jì)算結(jié)果打印出來。進(jìn)程通信的任務(wù)就是用來實(shí)現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換。?
當(dāng)相互合作的進(jìn)程(線程)處于同一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，通常在它們之前是采用直接通信方式，即由源進(jìn)程利用發(fā)送命令直接將消息(message)掛到目標(biāo)進(jìn)程的消息隊(duì)列上，以后由目標(biāo)進(jìn)程利用接收命令從其消息隊(duì)列中取出消息。
4. 調(diào)度
在后備隊(duì)列上等待的每個(gè)作業(yè)，通常都要經(jīng)過調(diào)度才能執(zhí)行。在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，包括作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度兩步。作業(yè)調(diào)度的基本任務(wù)，是從后備隊(duì)列中按照一定的算法，選擇出若干個(gè)作業(yè)，為它們分配其必需的資源(首先是分配內(nèi)存)。在將它們調(diào)入內(nèi)存后，便分別為它們建立進(jìn)程，使它們都成為可能獲得處理機(jī)的就緒進(jìn)程，并按照一定的算法將它們插入就緒隊(duì)列。而進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)，則是從進(jìn)程的就緒隊(duì)列中選出一新進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，并為它設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)， 使進(jìn)程投入執(zhí)行。值得提出的是，在多線程OS中，通常是把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和分配處理機(jī)的基本單位，為此，須把就緒線程排成一個(gè)隊(duì)列，每次調(diào)度時(shí)，是從就緒線程隊(duì)列中選出一個(gè)線程，把處理機(jī)分配給它。
8.2存儲(chǔ)器管理功能
1. 內(nèi)存分配
OS在實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配時(shí)，可采取靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。在靜態(tài)分配方式中，每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時(shí)確定的;在作業(yè)裝入后的整個(gè)運(yùn)行期間， 不允許該作業(yè)再申請(qǐng)新的內(nèi)存空間，也不允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)”;在動(dòng)態(tài)分配方式中，每個(gè)作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間， 也是在裝入時(shí)確定的，但允許作業(yè)在運(yùn)行過程中，繼續(xù)申請(qǐng)新的附加內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)增漲，也允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)”。
為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配，在內(nèi)存分配的機(jī)制中應(yīng)具有這樣的結(jié)構(gòu)和功能：
① 內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間的使用情況， 作為內(nèi)存分配的依據(jù);
② 內(nèi)存分配功能，系統(tǒng)按照一定的內(nèi)存分配算法， 為用戶程序分配內(nèi)存空間;
③ 內(nèi)存回收功能，系統(tǒng)對(duì)于用戶不再需要的內(nèi)存，通過用戶的釋放請(qǐng)求，去完成系統(tǒng)的回收功能。
2. 內(nèi)存保護(hù)
內(nèi)存保護(hù)的主要任務(wù)，是確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運(yùn)行，彼此互不干擾。
為了確保每道程序都只在自己的內(nèi)存區(qū)中運(yùn)行，必須設(shè)置內(nèi)存保護(hù)機(jī)制。一種比較簡(jiǎn)單的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，是設(shè)置兩個(gè)界限寄存器，分別用于存放正在執(zhí)行程序的上界和下界。系統(tǒng)須對(duì)每條指令所要訪問的地址進(jìn)行檢查，如果發(fā)生越界，便發(fā)出越界中斷請(qǐng)求，以停止該程序的執(zhí)行。如果這種檢查完全用軟件實(shí)現(xiàn)，則每執(zhí)行一條指令，便須增加若干條指令去進(jìn)行越界檢查，這將顯著降低程序的運(yùn)行速度。因此，越界檢查都由硬件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然， 對(duì)發(fā)生越界后的處理， 還須與軟件配合來完成。
3. 地址映射
一個(gè)應(yīng)用程序(源程序)經(jīng)編譯后，通常會(huì)形成若干個(gè)目標(biāo)程序;這些目標(biāo)程序再經(jīng)過鏈接便形成了可裝入程序。這些程序的地址都是從“0”開始的，程序中的其它地址都是相對(duì)于起始地址計(jì)算的;由這些地址所形成的地址范圍稱為“地址空間”， 其中的地址稱為“邏輯地址”或“相對(duì)地址”。此外，由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍稱為“內(nèi)存空間”， 其中的地址稱為“物理地址”。
在多道程序環(huán)境下，每道程序不可能都從“0”地址開始裝入(內(nèi)存)， 這就致使地址空間內(nèi)的邏輯地址和內(nèi)存空間中的物理地址不相一致。使程序能正確運(yùn)行，存儲(chǔ)器管理必須提供地址映射功能，以將地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中與之對(duì)應(yīng)的物理地址。該功能應(yīng)在硬件的支持下完成。
4. 內(nèi)存擴(kuò)充
存儲(chǔ)器管理中的內(nèi)存擴(kuò)充任務(wù)，并非是去擴(kuò)大物理內(nèi)存的容量，而是借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量，使用戶所感覺到的內(nèi)存容量比實(shí)際內(nèi)存容量大得多;或者是讓更多的用戶程序能并發(fā)運(yùn)行。這樣，既滿足了用戶的需要，改善了系統(tǒng)的性能，又基本上不增加硬件投資。為了能在邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存，系統(tǒng)必須具有內(nèi)存擴(kuò)充機(jī)制， 用于實(shí)現(xiàn)下述各功能：
(1) 請(qǐng)求調(diào)入功能。
(2) 置換功能。
8.3.設(shè)備管理功能
設(shè)備管理用于管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有的外圍設(shè)備， 而設(shè)備管理的主要任務(wù)是，完成用戶進(jìn)程提出的I/O請(qǐng)求;為用戶進(jìn)程分配其所需的I/O設(shè)備;提高CPU和I/O設(shè)備的利用率;提高I/O速度;方便用戶使用I/O設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理，以及虛擬設(shè)備等功能。
1. 緩沖管理
CPU運(yùn)行的高速性和I/O低速性間的矛盾自計(jì)算機(jī)誕生時(shí)起便已存在。而隨著CPU速度迅速、大幅度的提高，使得此矛盾更為突出，嚴(yán)重降低了CPU的利用率。如果在I/O設(shè)備和CPU之間引入緩沖，則可有效地緩和CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率，進(jìn)而提高系統(tǒng)吞吐量。因此，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中， 都毫無例外地在內(nèi)存中設(shè)置了緩沖區(qū)，而且還可通過增加緩沖區(qū)容量的方法，來改善系統(tǒng)的性能。
最常見的緩沖區(qū)機(jī)制有單緩沖機(jī)制、能實(shí)現(xiàn)雙向同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機(jī)制，以及能供多個(gè)設(shè)備同時(shí)使用的公用緩沖池機(jī)制。
2. 設(shè)備分配
設(shè)備分配的基本任務(wù)，是根據(jù)用戶進(jìn)程的I/O請(qǐng)求、系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況以及按照某種設(shè)備分配策略，為之分配其所需的設(shè)備。如果在I/O設(shè)備和CPU之間，還存在著設(shè)備控制器和I/O通道時(shí)，還須為分配出去的設(shè)備分配相應(yīng)的控制器和通道。
為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備分配，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置設(shè)備控制表、控制器控制表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄設(shè)備及控制器的標(biāo)識(shí)符和狀態(tài)。據(jù)這些表格可以了解指定設(shè)備當(dāng)前是否可用，是否忙碌，以供進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)參考。在進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同的設(shè)備類型而采用不同的設(shè)備分配方式。對(duì)于獨(dú)占設(shè)備(臨界資源)的分配，還應(yīng)考慮到該設(shè)備被分配出去后，系統(tǒng)是否安全。設(shè)備使用完后，還應(yīng)立即由系統(tǒng)回收。
3. 設(shè)備處理
設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。其基本任務(wù)是用于實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信，即由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，要求它完成指定的I/O操作;反之由CPU接收從控制器發(fā)來的中斷請(qǐng)求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。
處理過程是：設(shè)備處理程序首先檢查I/O請(qǐng)求的合法性，了解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑的，了解有關(guān)的傳遞參數(shù)及設(shè)置設(shè)備的工作方式。然后，便向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)I/O設(shè)備去完成指定的I/O操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能及時(shí)響應(yīng)由控制器發(fā)來的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)該中斷請(qǐng)求的類型，調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。對(duì)于設(shè)置了通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 設(shè)備處理程序還應(yīng)能根據(jù)用戶的I/O請(qǐng)求，自動(dòng)地構(gòu)成通道程序。
8.4.文件管理功能
1. 文件存儲(chǔ)空間的管理
由文件系統(tǒng)對(duì)諸多文件及文件的存儲(chǔ)空間，實(shí)施統(tǒng)一的管理。其主要任務(wù)是為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的運(yùn)行速度。
為此，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄文件存儲(chǔ)空間的使用情況，以供分配存儲(chǔ)空間時(shí)參考;系統(tǒng)還應(yīng)具有對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行分配和回收的功能。為了提高存儲(chǔ)空間的利用率，對(duì)存儲(chǔ)空間的分配，通常是采用離散分配方式，以減少外存零頭，并以盤塊為基本分配單位。盤塊的大小通常為512 B~8 KB。
2. 目錄管理
為了使用戶能方便地在外存上找到自己所需的文件，通常由系統(tǒng)為每個(gè)文件建立一個(gè)目錄項(xiàng)。目錄項(xiàng)包括文件名、文件屬性、文件在磁盤上的物理位置等。由若干個(gè)目錄項(xiàng)又可構(gòu)成一個(gè)目錄文件。目錄管理的主要任務(wù)， 是為每個(gè)文件建立其目錄項(xiàng)，并對(duì)眾多的目錄項(xiàng)加以有效的組織，以實(shí)現(xiàn)方便的按名存取。即用戶只須提供文件名， 即可對(duì)該文件進(jìn)行存取。其次，目錄管理還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)文件共享，這樣，只須在外存上保留一份該共享文件的副本。此外，還應(yīng)能提供快速的目錄查詢手段，以提高對(duì)文件的檢索速度。
3. 文件的讀/寫管理和保護(hù)
(1) 文件的讀/寫管理。該功能是根據(jù)用戶的請(qǐng)求，從外存中讀取數(shù)據(jù);或?qū)?shù)據(jù)寫入外存。在進(jìn)行文件讀(寫)時(shí)，系統(tǒng)先根據(jù)用戶給出的文件名，去檢索文件目錄，從中獲得文件在外存中的位置。然后，利用文件讀(寫)指針，對(duì)文件進(jìn)行讀(寫)。一旦讀(寫)完成，便修改讀(寫)指針，為下一次讀(寫)做好準(zhǔn)備。由于讀和寫操作不會(huì)同時(shí)進(jìn)行，故可合用一個(gè)讀/寫指針。
(2) 文件保護(hù)。① 防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件;② 防止冒名頂替存取文件;③ 防止以不正確的方式使用文件。
8.5.用戶接口
命令接口
(1) 聯(lián)機(jī)用戶接口。這是為聯(lián)機(jī)用戶提供的，它由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成。當(dāng)用戶在終端或控制臺(tái)上每鍵入一條命令后，系統(tǒng)便立即轉(zhuǎn)入命令解釋程序，對(duì)該命令加以解釋并執(zhí)行該命令。在完成指定功能后，控制又返回到終端或控制臺(tái)上，等待用戶鍵入下一條命令。這樣，用戶可通過先后鍵入不同命令的方式，來實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)的控制，直至作業(yè)完成。
(2) 脫機(jī)用戶接口。
2. 程序接口
該接口是為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置的，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。它是由一組系統(tǒng)調(diào)用組成，每一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都是一個(gè)能完成特定功能的子程序，每當(dāng)應(yīng)用程序要求OS提供某種服務(wù)(功能)時(shí)，便調(diào)用具有相應(yīng)功能的系統(tǒng)調(diào)用。早期的系統(tǒng)調(diào)用都是用匯編語言提供的，只有在用匯編語言書寫的程序中，才能直接使用系統(tǒng)調(diào)用;但在高級(jí)語言以及C語言中，往往提供了與各系統(tǒng)調(diào)用一一對(duì)應(yīng)的庫(kù)函數(shù)，這樣，應(yīng)用程序便可通過調(diào)用對(duì)應(yīng)的庫(kù)函數(shù)來使用系統(tǒng)調(diào)用。但在近幾年所推出的操作系統(tǒng)中，如UNI__、OS/2版本中，其系統(tǒng)調(diào)用本身已經(jīng)采用C語言編寫，并以函數(shù)形式提供，故在用C語言編制的程序中， 可直接使用系統(tǒng)調(diào)用。
8.6. 圖形接口
9.操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
把微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)稱為現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)。
1. 無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)
2. 模塊化OS結(jié)構(gòu)
3.分層式OS結(jié)構(gòu)
4.微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)
1. 客戶/服務(wù)器模式(Client-Server Model)
2. 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)(Object-Orientated Programming)
1) 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念
面向?qū)ο蠹夹g(shù)是20世紀(jì)80年代初提出并很快流行起來的。該技術(shù)是基于“抽象”和“隱蔽”原則來控制大型軟件的復(fù)雜度的。所謂對(duì)象，是指在現(xiàn)實(shí)世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物的抽象，而把其中的具體事物稱為對(duì)象的實(shí)例。OS中的各類實(shí)體如進(jìn)程、線程、消息、存儲(chǔ)器等，都使用了對(duì)象這一概念，相應(yīng)地，便有進(jìn)程對(duì)象線程對(duì)象、 存儲(chǔ)器對(duì)象等。
2) 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)
(1) 可修改性和可擴(kuò)充性。由于隱蔽了表示實(shí)體的數(shù)據(jù)和操作，因而可以改變對(duì)象的表示而不會(huì)影響其它部分， 從而可以方便地改變老的對(duì)象和增加新的對(duì)象。
(2) 繼承性。繼承性是面向?qū)ο蠹夹g(shù)所具有的重要特性。繼承性是指子對(duì)象可以繼承父對(duì)象的屬性，這樣，在創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象時(shí)， 便可減少大量的時(shí)空開銷。
(3) 正確性和可靠性。由于對(duì)象是構(gòu)成操作系統(tǒng)的基本單元，可以獨(dú)立地對(duì)它進(jìn)行測(cè)試，這樣，比較易于保證其正確性和可靠性，從而比較容易保證整個(gè)系統(tǒng)的正確性和可靠性。
3. 微內(nèi)核技術(shù)
所謂微內(nèi)核技術(shù)，是指精心設(shè)計(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代OS核心功能的小型內(nèi)核，它與一般的OS(程序)不同， 它更小更精煉，它不僅運(yùn)行在核心態(tài)，而且開機(jī)后常駐內(nèi)存， 它不會(huì)因內(nèi)存緊張而被換出內(nèi)存。微內(nèi)核并非是一個(gè)完整的OS， 而只是為構(gòu)建通用OS提供一個(gè)重要基礎(chǔ)。由于在微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)中，通常都采用了客戶/服務(wù)器模式，因此OS的大部分功能和服務(wù)，都是由若干服務(wù)器來提供的， 如文件服務(wù)器、作業(yè)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等。
2) 微內(nèi)核的基本功能
微內(nèi)核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、進(jìn)程間通信、 低級(jí)I/O功能。
(1) 進(jìn)程管理。
(2) 存儲(chǔ)器管理。
(3) 進(jìn)程通信管理。
(4) I/O設(shè)備管理。
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