操作系统--处理调度与死锁

1.     处理机的调度层次

（1）    高级调度，又称为作业调度或者长程调度，将作业调入内存

作业：除了程序和数据，还有一份作业说明书。批处理系统以作业为基本单位从外存调入内存的。

（2）    低级调度，又称为进程调度或者短程调度，调度对象是进程（或内核级线程）

进程调度的方式：非抢占式和抢占方式

非抢占式特点：实现简单，系统开销小，适用于大多数批处理系统

抢占式：防止长进程长时间占用，提供更公平的服务。开销较大

抢占式应满足的原则：优先权原则，短作业优先，时间片原则

（3）    中级调度又称为中程调度

把那些暂时不能运行的进程放到外存。当内存空闲，进程具备运行条件时，调入内存。

2.     调度方式和调度算法的若干准则

（1）    面向用户的准则

a.     周转时间短作业被提交到作业完成的时间包括：作业在外存等待调度的时间，进程在就绪队列等待调度的时间，在CPU上执行的时间，等待I/O时间

周转时间：从提交到完成的时间T

服务时间：作业运行的时间 Ts

带权周转时间：T/Ts

b.     响应时间快 用户提交一个请求开始，到系统首次响应的时间

c.     截止时间的保证必须完成的最迟时间

d.     优先权原则

（2）    面向系统的准则

a.     系统的吞吐量高单位时间内系统完成的作业数

b.     处理机利用率高

c.     各类资源的平衡利用

3.     调度算法

（1）    先来先服务（FCFS）适用于作业调度和进程调度，比较有利于长作业，不利于短作业

（2）    多作业优先（SJF）降低了平均等待时间，提高了系统吞吐量

对长算法不利，未考虑作业的紧迫程度，

（3）    非抢占式优先权算法主要用于批处理系统

（4）    抢占式优先权算法适用于严格的实时系统，以及对性能要求较高的批处理和分时系统

a.     优先权的类型静态优先权和动态优先权

b.     静态优先权是创建进程时确定的，而且在进程整个运行期间保持不变

确定优先权的依据：进程类型，进程对资源的需求，用户要求

特点：简单易行，系统开销小，但不够精确

c.     动态优先权优先权随着进程推进而改变

（5）    高响应比优先调度算法

优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间=响应时间/要求服务时间

该算法既照顾了短作业，又考虑了作业到达的先后次序，不会使长作业长时间得不到服务。计算响应比，会增加系统开销。

（6）    基于时间片的轮转调度算法

时间片的确定：选择小的时间片有利于段作业，但会频繁的发生中断，进程上下文切换，增加系统的开销。时间片很长，便成了先来先服务。所以时间片略大于一次典型的交互所需的时间合适。

a.      多级反馈队列调度算法

设置多个就绪队列，每个队列有不同的优先级。第一个队列优先级最高，其余队列优先权逐渐降低。优先权越高，执行的时间片越短，

当进程进入内存后，先放入第一队列末尾，时间片结束为完成，转到第二队列的末尾。

仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行。

4.     实时调度

最早截止时间优先（EDF）

最低松弛度优先（LLF）  根据任务的紧急（或松弛）程度，来确定任务的优先级。

5.     产生死锁的原因和必要条件

（1）    死锁：多个进程运行过程中因争夺资源而造成一种僵局

（2）    产生死锁的原因：竞争资源（多个进程共享资源，其数目不满足进程需要）

                进程间推进顺序非法（请求和释放资源顺序不当）

（3）    产生死锁的必要条件

a.     互斥条件一段时间内某个资源只由一个进程占用

b.     请求和保持条件已经保持了至少一个资源，请求新的资源，而资源又被其他进程占用

c.     不可剥夺条件进程获得资源，在未使用完之前，不能被剥夺

d.     环路等待条件  发生死锁，必然存在一个进程---资源环形链

6.     处理死锁的基本方法

（1）    预防死锁破坏死锁产生必要条件的一个或几个

（2）    避免死锁资源动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态  银行家算法

（3）    检测死锁

（4）    解除死锁撤销或者挂起一些进程

7.     预防死锁

（1）    一次性申请整个运行过程中所需的全部资源

特点：简单，易于实现很安全，资源被浪费严重，进程等待资源延时

（2）    当一个已经保持了某些资源的进程，再提出新的资源请求不能立即满足时，必须它已经保持的所有资源

特点：导致反复的申请和释放资源，进程被无限推迟增加了系统的开销，降低系统的吞吐量

（3）    所有资源按类型进行线性排队，并赋予不同的序号。

特点：资源利用率和系统吞吐量有明显的改善，分配序号限制了新设备的增加

8.     系统安全状态

安全状态：允许进程动态的申请资源，但系统在进行资源分配之前，应先计算资源分配的安全性，若此次分配不会导致系统进入不安全状态，则将资源分配给进程

9.     死锁的检测与解除

死锁的检测使用资源分配图

死锁的解除：剥夺资源，撤销进程