《操作系统》第四章 处理机调度与死锁

第四章 处理机调度与死锁

1.处理机三级调度

高级调度：作业为对象，从外存到内存，进程创建操作
中级调度：进程为对象，外存与内存互换，挂起与唤醒
低级调度：进程为对象，一直在内存，分配CPU执行程序

2.调度算法：在队列中选择最适合的目标，抢占和非抢占

3.调度评估标准

到达时间、开始时间、服务时间、完成时间、周转时间、带权周转时间
周转时间 = 完成时间-到达时间
平均周转时间 = n个周转时间之和 / n
带权周转时间 = 周转时间 / 运行时间
平均带权周转时间 = n个带权周转时间之和 / n
等待时间 = 开始时间-到达时间
平均等待时间 = n个等待时间之和 / n

4.调度算法：非抢占

先来先服务FCFS：到达时间为优先级，一次排序，静态
短作业优先SJF：运行时间为优先级，一次排序，静态
高响应比：响应比为优先级，动态，每次调度都重新计算

4.1先来先服务FCFS

4.2短作业优先SJF

4.3高响应比HRRN

4.4总结

5.最高优先权调度HPF

6.时间片轮转RR

特性：

RR用于进程调度，适合于分时系统
时间片越长，越有利于缩短周转时间
如果时间片太长，RR退化为FCFS
如果时间片太短，导致切换频繁

优点：
有利于交互性、事务性进程
有利于I/O繁忙型的进程

缺点：
调度开销较大，未考虑实时响应要求

课本错误的算法：没有考虑进程进入队列的顺序

正确的算法：

7.多级反馈队列调度

时刻	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
进程	p1（进入2级）	p2（进入2级）	p1	p1（进入3级）	p2(被抢占回到2级队尾）	p3(抢占、完成)	p2	p2（完成）	p1	p1	p1	p1（时间片用完回到3级）	p1

8.实时调度

最早开始截止时间优先(EDF)：根据任务的开始截止时间确定任务的优先级，开始截止时间越早，优先级越高

最低松驰度优先(LLF)：松驰度＝完成时间－剩余处理时间－当前时间

任务1处理时间为10，任务2处理时间20，任务3处理时间30

9.死锁

9.1死锁概念、原因

概念：

1、指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局
2、若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前进

原因：

竞争资源：当两个或以上进程需要两个或以上资源
进程推进顺序非法：请求和释放资源的顺序不当

9.2死锁四个必要条件

1、互斥条件：请求的资源为临界资源
2、请求和保持条件：申请新资源，保持旧资源
3、不剥夺条件：已获得的资源，在使用完之前，不被外力剥夺
4、环路等待条件：互相等待资源

9.3解决死锁的四种方法：预防、避免、检测、解除

9.4预防死锁三种方法：破坏三个必要条件

⑴.一次将资源全部分配（摒弃“请求和保持”条件）
⑵.当请求的资源得不到满足时，释放已分配的资源（摒弃“不剥夺”条件）
⑶.对资源的申请必须按一定顺序进行（摒弃“环路等待”条件）

9.5避免死锁：银行家算法、安全状态、安全序列

银行家算法就是找到一个正确的执行顺序，可以令所有进程依次执行

MAX：进程Pn所需要的总的资源数

Allocation：已分配的资源

Need：Max-Allocation，表示还需要的资源

Available：总资源-总已分配的资源，表示目前可以分配的资源，当前进程结束后，回收已分配的资源，即Available+=Allocation;

Work：和Available一样

Request：某个进程申请资源，如果Request[j] > Need[i,j],出错；如果Request[j] > Available[j]，资源数目不够分配，进入等待状态

例1：安全进程执行序列P1→ P3→ P4→ P2→ P0

1.初始资源为10 5 7，计算Work（即Available）

​ 总Allocation=2 0 0 + 2 1 1 + 0 0 2 + 3 0 2 + 0 1 0=7 2 5

​ Work=10 5 7 - 7 2 5=3 3 2

2.观察Need<Work的进程，存在，说明该进程可以执行；否则说明不存在安全序列

例如，这里明显 3 3 2 > 1 2 2，那么P1执行，执行后，把已分配的资源回收，计算Work=Work+Allocation=3 2 2 + 2 0 0=5 3 2

3.重复过程2，直到所有进程执行完，得到的序列就是安全序列；如果中间出现资源不足的情况，则说明不存在安全序列

例2. 进程P1请求分配资源Request(1,0,2)

那么就判断 Request与Available的大小关系

Request<=Available：分配成功，计算Allocation+=Request，Need-=Request，Available-=Request

Request>Available：分配失败，等待

分配后如下：

安全性检查

安全进程执行序列P1→ P3→ P4→ P0→ P2

例3. 进程P1请求分配资源Request(1,0,2)后，P0再请求分配资源Request(0,2,0)

分配后如下：

安全性检查

不存在安全进程执行序列，预分配无效，P0等待

9.6死锁检测:资源分配图，死锁定理

资源分配图
1.进程：圆圈
2.资源：方框
3.请求边：由进程指向资源
4.分配边：由资源指向进程

死锁定理
⑴. 在资源分配图中，找到一个可获得所有资源的进程结点Pi，使之变成孤立点（释放资源）
⑵. 再找另一个可获得所有资源的进程结点Pj，使之变成孤立点
⑶. 重复⑵
⑷. 如果所有进程都变成孤立点，则没有死锁；否则，存在死锁

9.7死锁的解除

剥夺资源
撤消进程：全部撤消法、最小代价撤消法