chap3處理機(jī)調(diào)度與死鎖

一、處理機(jī)的多級(jí)調(diào)度策略第三章處理機(jī)的調(diào)度與死鎖處理機(jī)調(diào)度是操作系統(tǒng)的主要功能之一，它的實(shí)現(xiàn)策略決定了操作系統(tǒng)的類型，其調(diào)度算法的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。處理機(jī)調(diào)度的任務(wù)是選出待分派的作業(yè)或進(jìn)程，為之分配處理機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，處理機(jī)調(diào)度可分為三個(gè)級(jí)別，分別是高級(jí)調(diào)度、中級(jí)調(diào)度和低級(jí)調(diào)度。1、高級(jí)調(diào)度又稱作業(yè)調(diào)度，作業(yè)就是用戶程序及其所需的數(shù)據(jù)和命令的集合，作業(yè)管理就是對(duì)作業(yè)的執(zhí)行情況進(jìn)行系統(tǒng)管理的程序的集合。作業(yè)調(diào)度程序的主要功能是審查系統(tǒng)是否能滿足用戶作業(yè)的資源要求以及按照一定的算法來(lái)選取作業(yè)。2、引入中級(jí)調(diào)度的主要目的是為了提高內(nèi)存的利用率和系統(tǒng)吞吐量，使得暫時(shí)不運(yùn)行的進(jìn)程從內(nèi)存對(duì)換到外存上。3、低級(jí)調(diào)度又稱進(jìn)程調(diào)度，其主要功能是根據(jù)一定的算法將CPU分派給就緒隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)中最基本的一種調(diào)度，其調(diào)度策略的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。幾點(diǎn)說(shuō)明：在多道批處理系統(tǒng)中，既有高級(jí)調(diào)度，又有低級(jí)調(diào)度，也可以采用中級(jí)調(diào)度。在分時(shí)系統(tǒng)中，一般沒(méi)有高級(jí)調(diào)度，只有低級(jí)調(diào)度，一般會(huì)采用中級(jí)調(diào)度在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，只有低級(jí)調(diào)度在支持多道程序的操作系統(tǒng)中，一般存在進(jìn)程調(diào)度有的操作系統(tǒng)采用中級(jí)調(diào)度，有的操作系統(tǒng)沒(méi)有中級(jí)調(diào)度二、處理機(jī)的調(diào)度隊(duì)列模型1、僅有進(jìn)程調(diào)度的處理高度隊(duì)形模型（分時(shí)系統(tǒng)中）2、具有兩級(jí)調(diào)度的處理機(jī)調(diào)度隊(duì)列模型（多道批處理系統(tǒng)中）該模型與上一模型的主要區(qū)別在于如下兩個(gè)方面：

(1)就緒隊(duì)列的形式。

(2)設(shè)置多個(gè)阻塞隊(duì)列。3、具有三級(jí)調(diào)度的處理機(jī)調(diào)度隊(duì)列模型（多道批處理和分時(shí)系統(tǒng)中）三、調(diào)度性能的衡量指標(biāo)對(duì)批處理系統(tǒng)應(yīng)盡量提高各種資源的利用率和增加系統(tǒng)的吞吐量分時(shí)系統(tǒng)應(yīng)保證對(duì)用戶的響應(yīng)時(shí)間的要求實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須及時(shí)和可靠的處理衡量作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度性能的指標(biāo)如下：（1）CPU利用率

（2）吞吐量--單位時(shí)間內(nèi)CPU完成作業(yè)的數(shù)量。

（3）周轉(zhuǎn)時(shí)間--從作業(yè)提交到作業(yè)完成的時(shí)間間隔。

（4）等待時(shí)間—作業(yè)或進(jìn)程從進(jìn)入系統(tǒng)到被調(diào)度并開始執(zhí)行所經(jīng)歷的時(shí)間（5）響應(yīng)時(shí)間--從提交第一個(gè)請(qǐng)求到產(chǎn)生第一個(gè)響應(yīng)所用的時(shí)間（6）平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間作業(yè)i周轉(zhuǎn)時(shí)間作業(yè)i執(zhí)行時(shí)間作業(yè)總數(shù)作業(yè)調(diào)度：就是要按一定的策略選取一個(gè)或多個(gè)作業(yè)，為它們分配必需的資源（內(nèi)存空間、I/O設(shè)備等），使它們能夠并發(fā)執(zhí)行。作業(yè)調(diào)度的必要條件是：系統(tǒng)現(xiàn)有尚未分配的資源可以滿足該作業(yè)的資源需求。作業(yè)分類批量型作業(yè)終端型作業(yè)一、批量型作業(yè)的組織1、作業(yè)申請(qǐng)（作業(yè)情況、資源要求）2、作業(yè)實(shí)體（作業(yè)操作說(shuō)明書、源程序或目標(biāo)模塊程序、數(shù)據(jù)集合、修改信息（可沒(méi)有）3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度二、批處理系統(tǒng)中作業(yè)的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換四種狀態(tài)：提交、后備、執(zhí)行和完成3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度三、實(shí)現(xiàn)作業(yè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的程序1、SPOOLing系統(tǒng)程序包括輸入程序、輸出程序、井管理程序（讀子程序、寫子程序）2、作業(yè)調(diào)度程序作業(yè)調(diào)度程序負(fù)責(zé)作業(yè)從“后備狀態(tài)”到“執(zhí)行狀態(tài)”以及從“執(zhí)行狀態(tài)”到“完成狀態(tài)”的轉(zhuǎn)換，作業(yè)調(diào)度程序?yàn)樽鳂I(yè)分配的是一臺(tái)虛擬的邏輯處理機(jī)。作業(yè)調(diào)度：按照某種調(diào)度算法從后備作業(yè)隊(duì)列中挑選一個(gè)/幾個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，參加運(yùn)行。同時(shí)分配資源，做好運(yùn)行前的準(zhǔn)備。3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度3、進(jìn)程調(diào)度程序進(jìn)程調(diào)度程序的主要任務(wù)：實(shí)現(xiàn)進(jìn)程從“就緒狀態(tài)”到“運(yùn)行狀態(tài)”的轉(zhuǎn)變。它總是按照確定的調(diào)度算法從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程，讓它占有CPU運(yùn)行，進(jìn)程調(diào)度程序?yàn)樽鳂I(yè)分配的是一臺(tái)真實(shí)的物理處理機(jī)。4、交通控制程序交通控制程序負(fù)責(zé)進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換和進(jìn)程之間的通信。3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度四、作業(yè)調(diào)度所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其組織1、作業(yè)控制塊2、作業(yè)后備隊(duì)列3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度五、作業(yè)調(diào)度算法的設(shè)計(jì)原則面向用戶的準(zhǔn)則：周轉(zhuǎn)時(shí)間短；響應(yīng)時(shí)間快；截止時(shí)間的保證；優(yōu)先權(quán)準(zhǔn)則面向系統(tǒng)的準(zhǔn)則：系統(tǒng)吞吐量高；處理機(jī)利用率好；各類資源的平衡利用3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度六、常用的作業(yè)調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法（FCFS）特點(diǎn)：簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，有利于長(zhǎng)作業(yè)，但不利于短作業(yè)3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度2、最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法（SJF）特點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)，會(huì)使系統(tǒng)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間最短，系統(tǒng)吞吐量大。但忽視了作業(yè)的等待時(shí)間，不利于長(zhǎng)作業(yè)，會(huì)出現(xiàn)“餓死”現(xiàn)象。3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度3、響應(yīng)比高者優(yōu)先（HRRF）特點(diǎn)：算法較為復(fù)雜，每當(dāng)調(diào)度作業(yè)時(shí)都需要進(jìn)行響應(yīng)比的計(jì)算。但它既照顧了用戶作業(yè)到來(lái)的先后，又考慮了要求系統(tǒng)服務(wù)時(shí)間的長(zhǎng)短。3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度3.2調(diào)度算法——作業(yè)調(diào)度例子：分析在多道批處理系統(tǒng)中，有下列1、2、3、4四個(gè)作業(yè)，提交時(shí)間分別是6.0、6.5、7.0、7.5，執(zhí)行時(shí)間分別是2.0、0.5、0.1、0.2，用先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法和短作業(yè)調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度，哪一種算法調(diào)度性能好些？為什么？若后備作業(yè)隊(duì)列中等待運(yùn)行的同時(shí)有三個(gè)作業(yè)J1、J2、J3，已知它們各自的運(yùn)行時(shí)間為a、b、c，且滿足a<b＜c，試證明采用短作業(yè)優(yōu)先算法調(diào)度能獲得最小平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間。

3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度一、設(shè)計(jì)進(jìn)程調(diào)度程序要考慮的問(wèn)題1、進(jìn)程調(diào)度方式進(jìn)程的調(diào)度方式是指當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在處理機(jī)上運(yùn)行時(shí)，若有更高優(yōu)權(quán)的進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列時(shí)，如何分配CPU的方式，有下列兩種方式：（1）非剝奪方式（實(shí)時(shí)系統(tǒng)中不宜采用）（2）可剝奪方式搶占的原則：時(shí)間片原則優(yōu)先權(quán)原則短進(jìn)程優(yōu)先原則2、引起進(jìn)程重新調(diào)度的時(shí)機(jī)（1）現(xiàn)運(yùn)行進(jìn)程任務(wù)完成或出現(xiàn)異常（2）現(xiàn)運(yùn)行進(jìn)程在運(yùn)行中雙提出了新的資源申請(qǐng)（3）現(xiàn)運(yùn)行進(jìn)程由于執(zhí)行某些原語(yǔ)，如P操作原語(yǔ)、阻塞原語(yǔ)等（4）在分時(shí)系統(tǒng)中，如果現(xiàn)運(yùn)行進(jìn)程給定的時(shí)間片用完（5）在采用可剝奪方式的調(diào)度方式時(shí)，當(dāng)有更高優(yōu)先權(quán)的進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列時(shí)，要引重新高度3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度3、進(jìn)程調(diào)度算法的選擇進(jìn)程調(diào)度算法選擇的準(zhǔn)則CPU利用率、吞吐量、等待時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間4、進(jìn)程隊(duì)列的組織出隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程從所在隊(duì)列退出入隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程排入指定的隊(duì)列隊(duì)列管理：系統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)程入隊(duì)和出隊(duì)的工作PCB的組織有3種方式：3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度（1）線性表方式（如右圖）（2）鏈接表方式對(duì)具有相同狀態(tài)的進(jìn)程，分別各自鏈接起來(lái)組成進(jìn)程PCB鏈隊(duì)列：運(yùn)行隊(duì)列、就緒隊(duì)列、阻塞隊(duì)列、空閑隊(duì)列（3）索引表方式對(duì)具有相同狀態(tài)的進(jìn)程，分別設(shè)置各自的PCB索引表，表明PCB在PCB表中的地址3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度二、常用的進(jìn)程調(diào)度算法1、優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法優(yōu)先級(jí)的確定方法：（1）按進(jìn)程的類型系統(tǒng)進(jìn)程高于用戶進(jìn)程、前臺(tái)作業(yè)高于后臺(tái)（2）按資源使用的要求資源要求少，優(yōu)先級(jí)高（3）按用戶要求的優(yōu)先權(quán)由用戶確定作業(yè)優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)算法：靜態(tài)優(yōu)先級(jí)算法：系統(tǒng)在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)就確定了它的優(yōu)先級(jí)，該優(yōu)先級(jí)在進(jìn)程的整個(gè)生存期內(nèi)不再變化。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)算法：進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)根據(jù)進(jìn)程的某些動(dòng)態(tài)特性可以調(diào)整，即系統(tǒng)在進(jìn)程生存期內(nèi)經(jīng)常修改各進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。一般根據(jù)進(jìn)程占有CPU時(shí)間的長(zhǎng)短及就緒進(jìn)程等待CPU的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)確定。3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度2、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法通過(guò)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)，提高進(jìn)程并發(fā)性和響應(yīng)時(shí)間特性，從而提高資源利用率。將系統(tǒng)中所有的就緒進(jìn)程按照FCFS原則，排成一個(gè)隊(duì)列。每次調(diào)度時(shí)將CPU分派給隊(duì)首進(jìn)程，讓其執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片。時(shí)間片的長(zhǎng)度從幾個(gè)ms到幾百ms。在一個(gè)時(shí)間片結(jié)束時(shí)，發(fā)生時(shí)鐘中斷。調(diào)度程序據(jù)此暫停當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行，將其送到就緒隊(duì)列的末尾，并通過(guò)CPU現(xiàn)場(chǎng)切換執(zhí)行當(dāng)前的隊(duì)首進(jìn)程。進(jìn)程可以未使用完一個(gè)時(shí)間片，就出讓CPU（如阻塞）。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法：固定時(shí)間片可變時(shí)間片：根據(jù)系統(tǒng)的當(dāng)前負(fù)載情況，每當(dāng)一輪開始時(shí)調(diào)整時(shí)間片的大小，此時(shí)間片值作為這一輪的時(shí)間片保持不變，在此輪中新到達(dá)的就緒進(jìn)程暫不進(jìn)入就緒隊(duì)列，等待下一輪一并進(jìn)入。3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度【時(shí)間片長(zhǎng)度變化的影響】：過(guò)長(zhǎng)－>退化為FCFS算法，進(jìn)程在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)都執(zhí)行完，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。過(guò)短－>用戶的一次請(qǐng)求需要多個(gè)時(shí)間片才能處理完，CPU現(xiàn)場(chǎng)切換次數(shù)增加，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。【對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求】：

T(響應(yīng)時(shí)間)=N(進(jìn)程數(shù)目)*q(時(shí)間片)【時(shí)間片長(zhǎng)度的影響因素】：就緒進(jìn)程的數(shù)目：數(shù)目越多，時(shí)間片越小（當(dāng)響應(yīng)時(shí)間一定時(shí)）。系統(tǒng)的處理能力：應(yīng)當(dāng)使用戶輸入通常在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)能處理完，否則使響應(yīng)時(shí)間，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)。3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度3、多隊(duì)列輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法將系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)程按各自屬性分為若干類，每一類組織一個(gè)就緒隊(duì)列，并為每一個(gè)就緒隊(duì)列規(guī)定一個(gè)調(diào)度優(yōu)先級(jí)，且還可以為不同的隊(duì)列規(guī)定不同的調(diào)度算法。多隊(duì)列算法首先將CPU分配給高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的進(jìn)程。只有當(dāng)高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為空時(shí)，再將CPU分配給較低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的進(jìn)程。各隊(duì)列需采用的調(diào)度算法也應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)而具體確定。例：分時(shí)批處理系統(tǒng)中，前臺(tái)作業(yè)（終端）、后臺(tái)作業(yè)（批處理作業(yè)）3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度4、多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)列，分別賦予不同的優(yōu)先級(jí)，隊(duì)列1的優(yōu)先級(jí)最高，其他逐級(jí)降低。每隊(duì)列分配不同的時(shí)間片，規(guī)定優(yōu)先級(jí)越低則時(shí)間片越長(zhǎng)。新進(jìn)程就緒后，先投入隊(duì)列1的末尾，按FCFS算法調(diào)度。若一個(gè)時(shí)間片未能執(zhí)行完，則降低投入到隊(duì)列2的末尾；依此類推，降低到最后的隊(duì)列，則按“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)”算法調(diào)度直到完成。進(jìn)程由于等待事件而放棄CPU后,進(jìn)入等待隊(duì)列,一旦等待的事件發(fā)生,則回到原來(lái)的就緒隊(duì)列。僅當(dāng)較高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列為空，才調(diào)度較低優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列中的進(jìn)程執(zhí)行。如果進(jìn)程執(zhí)行時(shí)有新進(jìn)程進(jìn)入較高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，則搶先執(zhí)行新進(jìn)程，并把被搶先的進(jìn)程投入原隊(duì)列的末尾。3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度—多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法的特點(diǎn)合理地考慮了分時(shí)系統(tǒng)平均響應(yīng)時(shí)間，考慮了批處理系統(tǒng)短進(jìn)程優(yōu)先，能使I/O為主的進(jìn)程優(yōu)先于CPU為主的進(jìn)程。這種調(diào)度算法能適用于同時(shí)支持分時(shí)、實(shí)時(shí)、批處理的通用操作系統(tǒng)。3.2調(diào)度算法——進(jìn)程調(diào)度5、實(shí)時(shí)調(diào)度算法實(shí)時(shí)調(diào)度的基本要求：保證計(jì)算機(jī)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)外部事件的請(qǐng)求作出響應(yīng)。強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)對(duì)事件的響應(yīng)必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（最終期限）弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)：允許偶爾的失誤實(shí)時(shí)調(diào)度策略（動(dòng)態(tài)調(diào)度和靜態(tài)調(diào)度）靜態(tài)調(diào)度：進(jìn)程的調(diào)度順序是預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)態(tài)調(diào)度：進(jìn)程的調(diào)度順序是動(dòng)態(tài)變化的且在運(yùn)行時(shí)決定等級(jí)單調(diào)算法：它根據(jù)各個(gè)進(jìn)程的觸發(fā)事件的發(fā)生順序給每個(gè)進(jìn)程賦予一個(gè)優(yōu)先權(quán)，運(yùn)行時(shí)，調(diào)度者總是運(yùn)行優(yōu)先權(quán)最高的可執(zhí)行進(jìn)程，調(diào)度方式可以采用搶先式。最早最終期限優(yōu)先法：進(jìn)程調(diào)度的優(yōu)先級(jí)根據(jù)相應(yīng)事件的最終期限的時(shí)間來(lái)確定，最終期限的時(shí)間越短，其優(yōu)先級(jí)越高。最小松弛時(shí)間優(yōu)先：系統(tǒng)首先為每個(gè)進(jìn)程計(jì)算它可以讓出的時(shí)間（松弛時(shí)間），調(diào)度時(shí)系統(tǒng)選取松弛時(shí)間最小的運(yùn)行。練習(xí)題：在所學(xué)的調(diào)度算法中，對(duì)所有進(jìn)程和作業(yè)都是公平合理的調(diào)度算法是

A；最有利于提高系統(tǒng)吞吐量的作業(yè)調(diào)度算法是

B；能兼顧作業(yè)等待時(shí)間和作業(yè)執(zhí)行時(shí)間調(diào)度算法是

C；最有利于提高資源的使用率、能使短作業(yè)、長(zhǎng)作業(yè)及交互作業(yè)用戶都比較滿意的調(diào)度算法是

D；為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用應(yīng)采用調(diào)度算法是

E；能對(duì)緊急作業(yè)進(jìn)行及時(shí)處理的調(diào)度算法是

F。A—F：(1)FCFS調(diào)度算法；(2)短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法；

(3)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法；(4)多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法；

(5)高響應(yīng)比優(yōu)先算法；

(6)基于優(yōu)先權(quán)的剝奪調(diào)度算法。練習(xí)題：1．操作系統(tǒng)的主要性能參數(shù)：

A指的是單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)處理的作業(yè)量。A：（1）周轉(zhuǎn)時(shí)間；（2）處理時(shí)間；（3）消逝時(shí)間；（4）利用率；（5）生產(chǎn)率；（6）吞吐量。2．在所學(xué)的調(diào)度算法中，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用應(yīng)采用調(diào)度算法是

A。A：（1）FCFS調(diào)度算法；（2）短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法；（3）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法；（4）多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法；（5）高響應(yīng)比優(yōu)先算法；（6）基于優(yōu)先權(quán)的剝奪調(diào)度算法。3.時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法中時(shí)間片足夠大時(shí)，該算法退化為

A。

A：（1）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法（2）先進(jìn)先出調(diào)度算法(3)高響應(yīng)比優(yōu)先算法（4）短作業(yè)優(yōu)先算法4.作業(yè)調(diào)度是按某種算法從磁盤輸入井的

A中選一個(gè)作業(yè)裝入主存運(yùn)行。

A：（1）就緒隊(duì)列（2）等待隊(duì)列（3）作業(yè)后備隊(duì)列（4）提交隊(duì)列5.作業(yè)調(diào)度與進(jìn)程調(diào)度的主要區(qū)別是：

A。A：（1）作業(yè)調(diào)度比進(jìn)程調(diào)度頻繁（2）兩種調(diào)度的算法完全不同（3）兩種調(diào)度的性能指標(biāo)完全不同(4)進(jìn)程調(diào)度比作業(yè)調(diào)度頻繁3.3死鎖一、死鎖的概念死鎖：指多個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行的時(shí)候因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)資源而陷入的一種僵局，陷入這種僵局的進(jìn)程，若無(wú)外力的作用將無(wú)法再向前推進(jìn)。產(chǎn)生死鎖的原因：1、進(jìn)程對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)若干進(jìn)程需求資源的總數(shù)大于系統(tǒng)能提供的資源數(shù)時(shí)，進(jìn)程間就會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)資源的現(xiàn)象，若管理不當(dāng)就可能引起死鎖。2、資源分配策略如果按某種資源分配策略分配資源時(shí)使得某些進(jìn)程各自占用了部分資源后又都在等待其他進(jìn)程所占的資源，且互不相讓，則出會(huì)引起死鎖。3、并發(fā)進(jìn)程執(zhí)行速度并發(fā)進(jìn)程執(zhí)行的速度不能由進(jìn)程自己來(lái)控制，如果協(xié)調(diào)不好的話也會(huì)出現(xiàn)循環(huán)等待資源的情況。

例：系統(tǒng)有打印機(jī)、讀卡機(jī)各一臺(tái)，被進(jìn)程P、Q共享。兩個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，按以下順序請(qǐng)求和釋放資源：進(jìn)程P A1：請(qǐng)求讀卡機(jī)

A2：請(qǐng)求打印機(jī)

A3：釋放讀卡機(jī)

A4：釋放打印機(jī)進(jìn)程Q B1：請(qǐng)求打印機(jī)B2：請(qǐng)求讀卡機(jī)

B3：釋放讀卡機(jī)

B4：釋放打印機(jī)A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4B1、B2、B3、B4、A1、A2、A3、A4A1、A2、B1、B2、A3、A4、B3、B4A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4分析上面四種執(zhí)行順序哪個(gè)可能會(huì)產(chǎn)生死鎖產(chǎn)生死鎖的必要條件

從以上分析可見，如果在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)具備下面四個(gè)必要條件時(shí)，那麼會(huì)發(fā)生死鎖。換句話說(shuō)，只要下面四個(gè)條件有一個(gè)不具備，系統(tǒng)就不會(huì)出現(xiàn)死鎖。

〈1〉互斥條件。即某個(gè)資源在一段時(shí)間內(nèi)只能由一個(gè)進(jìn)程占有，不能同時(shí)被兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程占有。這種獨(dú)占資源如CD-ROM驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)等等，必須在占有該資源的進(jìn)程主動(dòng)釋放它之后，其它進(jìn)程才能占有該資源。這是由資源本身的屬性所決定的。如獨(dú)木橋就是一種獨(dú)占資源，兩方的人不能同時(shí)過(guò)橋。

〈2〉不可搶占條件。進(jìn)程所獲得的資源在未使用完畢之前，資源申請(qǐng)者不能強(qiáng)行地從資源占有者手中奪取資源，而只能由該資源的占有者進(jìn)程自行釋放。如過(guò)獨(dú)木橋的人不能強(qiáng)迫對(duì)方后退，也不能非法地將對(duì)方推下橋，必須是橋上的人自己過(guò)橋后空出橋面（即主動(dòng)釋放占有資源），對(duì)方的人才能過(guò)橋。

〈3〉占有且申請(qǐng)條件。進(jìn)程至少已經(jīng)占有一個(gè)資源，但又申請(qǐng)新的資源；由于該資源已被另外進(jìn)程占有，此時(shí)該進(jìn)程阻塞；但是，它在等待新資源之時(shí)，仍繼續(xù)占用已占有的資源。還以過(guò)獨(dú)木橋?yàn)槔?，甲乙兩人在橋上相遇。甲走過(guò)一段橋面（即占有了一些資源），還需要走其余的橋面（申請(qǐng)新的資源），但那部分橋面被乙占有（乙走過(guò)一段橋面）。甲過(guò)不去，前進(jìn)不能，又不后退；乙也處于同樣的狀況。

〈4〉循環(huán)等待條件。存在一個(gè)進(jìn)程等待序列{P1，P2，...，Pn}，其中P1等待P2所占有的某一資源，P2等待P3所占有的某一源，......，而Pn等待P1所占有的的某一資源，形成一個(gè)進(jìn)程循環(huán)等待環(huán)。就像前面的過(guò)獨(dú)木橋問(wèn)題，甲等待乙占有的橋面，而乙又等待甲占有的橋面，從而彼此循環(huán)等待。

上面我們提到的這四個(gè)條件在死鎖時(shí)會(huì)同時(shí)發(fā)生。也就是說(shuō)，只要有一個(gè)必要條件不滿足，則死鎖就可以排除。解決死鎖的對(duì)策1、設(shè)計(jì)無(wú)死鎖的系統(tǒng)兩種途徑：預(yù)防死鎖、避免死鎖2、允許系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖然后設(shè)法排除它加死鎖檢測(cè)手段---一旦發(fā)現(xiàn)死鎖能夠進(jìn)行排除的死鎖解除手段二、死鎖的預(yù)防1、靜態(tài)分配資源策略每個(gè)進(jìn)程在開始執(zhí)行前就申請(qǐng)它所需要的全部資源，僅當(dāng)系統(tǒng)能滿足進(jìn)程的資源申請(qǐng)要求且把資源分配給進(jìn)程后，該進(jìn)程才能開始執(zhí)行。（打破了（3）占有并申請(qǐng)）特點(diǎn)：簡(jiǎn)單安全，資源利用率低2、按序分配資源策略把系統(tǒng)中所有資源排一個(gè)順序，對(duì)第一個(gè)資源給一個(gè)確定的編號(hào)，規(guī)定任何一個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)兩個(gè)以上資源時(shí)總是先申請(qǐng)編號(hào)小的資源，后申請(qǐng)編號(hào)大的資源。（打中〈4〉循環(huán)等待條件）

特點(diǎn)：可以提高資源利用率，但資源的使用與實(shí)際使用順序不一致，給用戶編制程序帶來(lái)麻煩。3、搶奪式分配資源策略僅當(dāng)一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)占有了某些資源又要申請(qǐng)新資源，而系統(tǒng)這時(shí)又不能滿足其他資源的要求（已被其他進(jìn)程占用）必須等待時(shí)，系統(tǒng)才可以搶奪該進(jìn)程已占有的資源。（適用于CPU、內(nèi)存，不能完全防止死鎖）三、死鎖的避免1、系統(tǒng)的安全與不安全狀態(tài)系統(tǒng)能按某種進(jìn)程順序(P1,P2,…，Pn)(稱〈P1,P2,…,Pn〉序列為安全序列)，來(lái)為每個(gè)進(jìn)程Pi分配其所需資源，直至滿足每個(gè)進(jìn)程對(duì)資源的最大需求，使每個(gè)進(jìn)程都可順利地完成。如果系統(tǒng)無(wú)法找到這樣一個(gè)安全序列，則稱系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。★只要系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，系統(tǒng)就不會(huì)發(fā)生死鎖★在系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)下未必一定發(fā)生死鎖，但是安全狀態(tài)下的系統(tǒng)是一定不會(huì)發(fā)生死鎖的。我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明安全性。假定系統(tǒng)中有三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3，共有12臺(tái)磁帶機(jī)。進(jìn)程P1總共要求10臺(tái)磁帶機(jī)，P2和P3分別要求4臺(tái)和9臺(tái)。假設(shè)在T0時(shí)刻，進(jìn)程P1、P2和P3已分別獲得5臺(tái)、2臺(tái)和2臺(tái)磁帶機(jī)，尚有3臺(tái)空閑未分配，如下表所示：進(jìn)程最大需求已分配可用P1P2P310495223由安全狀態(tài)向不安全狀態(tài)的轉(zhuǎn)換如果不按照安全序列分配資源，則系統(tǒng)可能會(huì)由安全狀態(tài)進(jìn)入不安全狀態(tài)。例如，在T0時(shí)刻以后，P3又請(qǐng)求1臺(tái)磁帶機(jī)，若此時(shí)系統(tǒng)把剩余3臺(tái)中的1臺(tái)分配給P3，則系統(tǒng)便進(jìn)入不安全狀態(tài)。因?yàn)?，此時(shí)也無(wú)法再找到一個(gè)安全序列，例如，把其余的2臺(tái)分配給P2，這樣，在P2完成后只能釋放出4臺(tái)，既不能滿足P1尚需5臺(tái)的要求，也不能滿足P3尚需6臺(tái)的要求，致使它們都無(wú)法推進(jìn)到完成，彼此都在等待對(duì)方釋放資源，即陷入僵局，結(jié)果導(dǎo)致死鎖。現(xiàn)有同類資源12個(gè)供3個(gè)進(jìn)程共享，假定進(jìn)程所需資源和已占資源的情況如下表所示。3個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行中又都提出申請(qǐng)一個(gè)資源的要求，回答：a.如果先滿足進(jìn)程A的要求，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？解釋之。

b.你認(rèn)為應(yīng)按怎樣的次序分配資源才合適？為什么？答：a.在當(dāng)前狀態(tài)下，尚余2個(gè)資源可供分配，如果先滿足進(jìn)程A的要求，把其中1個(gè)資源分配給A進(jìn)程，此時(shí)A、B、C進(jìn)程仍未擁有足夠資源完成任務(wù)。系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)，隨著進(jìn)程的繼續(xù)執(zhí)行，剩余的1個(gè)資源無(wú)論分給哪個(gè)進(jìn)程，均導(dǎo)至所有進(jìn)程進(jìn)入等告待而出現(xiàn)死鎖。b.根據(jù)目前的資源占用情況，應(yīng)該先滿足B的要求，把剩下的2個(gè)資源分配給他，這樣，B進(jìn)程可執(zhí)行完畢歸還系統(tǒng)6個(gè)資源。這6個(gè)資源可以滿足A和C進(jìn)程的資源需求，從而使系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

2、利用銀行家算法避免死鎖算法：把操作系統(tǒng)比作銀行家，操作系統(tǒng)管理的各種資源比作銀行的周轉(zhuǎn)資金，申請(qǐng)資源的進(jìn)程比作銀行借款的主顧。銀行家占有有限的資金，他不可能滿足所有借款人的請(qǐng)求，但可以滿足一部分人的借款請(qǐng)求，等這些人歸還后，又可把這筆資金借給其他人，其原則是不能使銀行家的錢被借完，使資金無(wú)法周轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：可避免死鎖，比靜態(tài)資源分配法資源利用率高

但資源分配保守，每次分配前均要花較長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算時(shí)間，系統(tǒng)開銷較大，而且必須知道每個(gè)進(jìn)程對(duì)資源的最大需求量。3、區(qū)分死鎖的避免與死鎖的防止預(yù)防：是在運(yùn)行之前，預(yù)先防止死鎖的產(chǎn)生（主要通過(guò)破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件中任何一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的）避免：是系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中注意避免死鎖的發(fā)生（要求系統(tǒng)每當(dāng)在進(jìn)程申請(qǐng)資源時(shí)，都應(yīng)根據(jù)一定的算法判斷，僅當(dāng)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)時(shí)才把資源分配給進(jìn)程，使系統(tǒng)一直處于安全狀態(tài)之中）四、死鎖的檢測(cè)和解除死鎖的檢測(cè)：系統(tǒng)定時(shí)運(yùn)行一個(gè)檢查程序，來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)中是否存在死鎖，當(dāng)檢測(cè)到死鎖時(shí)再設(shè)法解除死鎖。1.資源分配圖凡屬于E中的一個(gè)邊e∈E，都連接著P中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)和R中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，e={pi,rj}是資源請(qǐng)求邊，由進(jìn)程pi指向資源rj，它表示進(jìn)程pi請(qǐng)求一個(gè)單位的rj資源。e={rj,pi}是資源分配邊，由資源rj指向進(jìn)程pi,它表示把一個(gè)單位的資源rj分配給進(jìn)程pi。2、利用資源圖可以檢測(cè)系統(tǒng)中是否存在死鎖進(jìn)程，判定死鎖的法則如下：1）如果進(jìn)程資源圖中無(wú)環(huán)路，則此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)不存在死鎖。2）如果進(jìn)程資源圖中有環(huán)路，且處于環(huán)路內(nèi)的每類資源均只有一個(gè)，則此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)存在死鎖；處于環(huán)路內(nèi)的進(jìn)程就是卷入死鎖的進(jìn)程。3）如果進(jìn)程資源圖中有環(huán)路，但處于環(huán)路內(nèi)的每類資源個(gè)數(shù)不全為一個(gè)，則此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)是否存在死鎖，還要化簡(jiǎn)進(jìn)程資源圖才能判定。3、進(jìn)程資源的化簡(jiǎn)過(guò)程1）找出一個(gè)既不阻塞又非孤立的進(jìn)程節(jié)點(diǎn)Pi2）進(jìn)程Pi所占有的資源全部釋放時(shí)，可喚醒等待此資源而進(jìn)入阻塞的進(jìn)程Pj，使原來(lái)處于阻塞的進(jìn)程可能變成非阻塞進(jìn)程。3）若進(jìn)程資源狀態(tài)圖通過(guò)上述簡(jiǎn)化步驟后，都成為孤立點(diǎn)，則該圖是可完全化簡(jiǎn)的，并且該進(jìn)程資源圖所代表的系統(tǒng)狀態(tài)是安全的。4、死鎖定理對(duì)于較復(fù)雜的資源狀態(tài)圖可能存在著多個(gè)非阻塞點(diǎn)，若我們從不同的點(diǎn)開始化簡(jiǎn)是否可以得到同一個(gè)化簡(jiǎn)圖呢？經(jīng)證明：一個(gè)給定的進(jìn)程資源圖的所有化簡(jiǎn)順序?qū)?dǎo)致同一個(gè)不可化簡(jiǎn)圖。所以我們進(jìn)一步可得到如下的死鎖定理：若S是死鎖狀態(tài)的話，當(dāng)且僅當(dāng)S的進(jìn)程資源圖是不可完全化簡(jiǎn)的。如果得到一個(gè)可完全化簡(jiǎn)的進(jìn)程資源狀態(tài)圖，我們就稱該狀態(tài)為安全態(tài)，反之為死鎖狀態(tài)。3、死鎖的解除當(dāng)死鎖檢測(cè)程序檢測(cè)到有死鎖存在時(shí)，一般采用兩種方式來(lái)解除死鎖。1）刪除法：即終止一個(gè)或幾個(gè)涉及死鎖的進(jìn)程的執(zhí)行，收回它們所占的資源進(jìn)程再分配，以破壞循環(huán)等2）剝奪法：即從涉及死鎖的一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程中搶奪資源，把奪來(lái)的資源再分配給卷入死鎖的其他進(jìn)程，直至死鎖解除11.某系統(tǒng)中有10臺(tái)打印機(jī)，有三個(gè)進(jìn)程P1，P2，P3分別需要8臺(tái)，7臺(tái)和4臺(tái)。若P1，P2，P3已申請(qǐng)到4臺(tái)，2臺(tái)和2臺(tái)。試問(wèn)：按銀行家算法能安全分配嗎？請(qǐng)說(shuō)明分配過(guò)程。系統(tǒng)能為進(jìn)程P3分配二臺(tái)打印機(jī)。因?yàn)楸M管此時(shí)10臺(tái)打印機(jī)已分配給進(jìn)程P14臺(tái)，P22臺(tái)和P34臺(tái)，全部分配完，但P3已分配到所需要的全部4臺(tái)打印機(jī)，它不會(huì)對(duì)打印機(jī)再提出申請(qǐng)，所以它能順利運(yùn)行下去，能釋放占用的4臺(tái)打印機(jī)，使進(jìn)程P1，P2均可能獲得乘余的要求4臺(tái)和5臺(tái)，按銀行家算法是安全的。一臺(tái)計(jì)算機(jī)有8臺(tái)磁帶機(jī)，它們由N個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)使用，每個(gè)進(jìn)程可能需要3臺(tái)磁帶機(jī)。請(qǐng)問(wèn)N為多少時(shí)，系統(tǒng)沒(méi)有死鎖危