目录
【第三章】处理机调度与死锁
| 本章概念
1.处理机调度概述
2.调度算法相关概念
3.实时调度相关概念
4.死锁
5.资源分配图
| 本章算法
1.周转时间与带权周转时间的计算公式
2.调度算法 FCFS SJF PR RR
3.实时调度算法 EDF
4.避免死锁 —— 银行家算法
| 课后简答题
【第三章】处理机调度与死锁
| 本章概念
1.处理机调度概述
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处理机调度类型:
高级调度(长程调度 / 作业调度) 将外存上处于后备队列中的作业调入内存,主要用于多道批处理系统中
低级调度(中程调度 / 进程调度) 根据某种调度算法,决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机
中级调度(短程调度 / 内存调度) 内存调度,将暂不运行的进程,调至外存等待;将处于外存上的急需运行的进程,调入内存运行
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作业调度
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作业 VS 进程: 一个作业可由多个进程组成,且必须至少由一个进程组成,反过来不成立。
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作业控制块 JCB:JCB作业在系统中存在的标志,其中保存了系统对作业进行管理和调度所需的全部信息
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JCB包含的信息有作业标识、用户名称、用户账 号、作业类、作业状态、调度信息、资源需求、资源使用情况等
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作业调度的主要任务:接纳多少个作业、接纳哪些作业
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进程调度
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进程调度的主要任务:保存处理机的现场信息、按某种算法选取进程、把处理器分配给进程
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进程调度的机制:排队器:用于将就绪进程插入相应的就绪队列;分派器:用于将选定的进程移出就绪队列;上下文切换器:进行新旧进程之间的上下文切换
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进程调度的方式: 抢占式(允许调度程序根据某种原则,去暂停某个正在执行的进程,将已分配给该进程的处理机重新分配给另一进程)、 非抢占式
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内存调度:将在第五章存储器管理介绍
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处理机调度的目标:
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共同目标:提高资源利用率、公平性、平衡性、策略强制执行
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批处理系统的目标:平均周转时间短、系统吞吐量高、处理机利用率高
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分时系统的目标:响应时间快、均衡性
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实时系统的目标:截止时间的保证、可预测性
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2.调度算法相关概念
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在此介绍一下简称:FCFS先来先服务、SJF短作业优先、PR优先级调度、RR时间片轮转……
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作业调度算法:FCFS、SJF、PR、HRRN(PR的特例)……
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进程调度算法:FCFS、SJF、PR、RR、……
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FCFS
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介绍:按照作业到达的先后次序来进行调度
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SJF
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分类:抢占式、非抢占式
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介绍:对作业:从后备队列中选择若干个估计运行时间最短的作业;对进程:关联到每个进程下次运行的CPU区间长度,调度最短的进程。
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优点:比FCFS算法有明显改进,SJF是最优的(对一组指定的进程而言),它给出了最短的平均等待时间。
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缺点:对长作业不利、无法实现人机交互、通常用于作业调度
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PR
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介绍:基于作业/进程的紧迫程度,由外部赋予作业相应的优先级,调度算法 根据优先级进行调度。
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分类:抢占式、非抢占式;动态优先级、静态优先级
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优点:既可用于作业调度,也可用于进程调度。实现简单,考虑了进程的紧迫程度,灵活,可模拟其它算法
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缺点:饥饿,低优先级的进程可能永远得不到运行
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高响应比优先调度算法是一种优先级调度算法,用于作业调度。
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RR
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介绍:专为分时系统设计,类似于 FCFS,但增加了抢占。为每个进程分配不 超过一个时间片的 CPU。时间片用完后,该进程将被抢占并插入就绪队列 末尾,循环执行
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3.实时调度相关概念
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实时调度是针对实时任务的调度,分为硬实时任务HRT和软实时任务SRT
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实时调度所需的条件
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必要信息:就绪时间、开始截止时间、处理时间、资源要求、优先级
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处理能力强:Σ(处理时间i / 周期时间i)≤ N(N为CPU的个数)
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采用抢占式调度机制
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采用快速切换机制
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实时调度算法的分类:HRT、SRT;抢占式(基于时钟中断的抢占式优先级调度算法、立即抢占的优先级调度算法)、非抢占式(非抢占式轮转调度算法、非抢占式优先调度算法)
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常见的实时调度算法:最早截至时间优先(Earliest deadline first , EDF)、最低松弛度优先(不考)
4.死锁
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概念:一组等待的进程,其中每一个进程都持有资源,并且等待着由这个组中其他进程所持有的资源
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资源
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可重用性资源:一次只能分配给一个进程,不允许多个进程共享
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可消耗性资源:由进程动态创建和消耗 (进程间通信的消息)。
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可抢占性资源:某进程在获得这类资源后,该资源可以再被其他进程或系统抢占,如CPU(处理机)和主存区。
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不可抢占资源:当系统把这类资源分配给某进程后,再不能强行收回,只能在进程用完后自行释放,如打印机、磁带机。
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死锁的原因:竞争不可抢占性资源引起死锁、竞争可消耗性资源引起死锁、进程推进顺序不当引起死锁
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产生死锁的必要条件:互斥、请求和保持、不可抢占、循环等待
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系统层面处理死锁:确保系统永远不会进入死锁状态;允许系统进入死锁状态然后恢复系统、忽略这个问题假装系统中从未出现过死锁
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理论层面处理死锁:预防、避免、检测、解除
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预防死锁
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互斥:互斥条件是共享资源必须的,不仅不能改变,还应加以保证
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请求和保持:必须保证进程申请资源的时候没有占有其他资源
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非抢占:如果一个进程的申请没有实现,它要释放所有占有的资源;
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循环等待:对所有的资源类型排序进行线性排序,并赋予不同的序 号,要求进程按照递增顺序申请资源。(可防止出现环路)
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避免死锁:银行家算法
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死锁避免算法动态检查资源分配状态,以确保不会出现循环等待的情况
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当进程申请一个有效的资源的时候,系统必须确定分配后是安全的
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如果存在一个安全序列,则系统处于安全态
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5.资源分配图
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资源分配图:进程用⚪表示,资源用 口 表示。 进程指向资源表示【申请】,资源指向进程表示【占用】
由于一类资源可以包含多个资源实例, 我们用方框中的一个圆点来代表一类资源中的一个资源实例
请求边由进程指向方框中的R,而分配边则始于方框中的一个圆点。
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每一个进程通过如下方法来使用资源:申请、使用、释放
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死锁资源分配图如下:
如果图没有环,那么不会有死锁!
如果图有环,那么: 如果每一种资源类型只有一个实例,那么死锁发生; 如果一种资源类型有多个实例,那么可能死锁。
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当系统为进程分配资源时,若未采取任何限制性措施,则系统必须提供检测和 解除死锁的手段。为此,系统必须:
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保存有关资源的请求和分配信息;
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提供一种算法,以利用这些信息来检测系统是否已进入死锁状态
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通过资源分配图的简化,判断是否死锁 的算法:
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在资源分配图中,找出一个既不阻塞又非独立的进程结点pi 。
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p1释放资源后,便可使p2获得资源而继续运行,直到p2完成后又释放出 它所占有的全部资源;
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在进行一系列的简化后,若能消去图中所有的边,使所有进程都成为孤 立结点,则称该图是可完全简化的,即没有死锁
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有关文献已经证明,所有 的简化顺序,都将得到相同的不可简化图
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死锁定理:当且仅当S状态的资源分配图是不可完全 简化的。
| 本章算法
1.周转时间与带权周转时间的计算公式
2.调度算法 FCFS SJF PR RR
3.实时调度算法 EDF
4.避免死锁 —— 银行家算法
所需变量
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Available: 长度为 m的向量。如果available[ j ]=k,那么资源Rj 有k个实例有效
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Max: n x m 矩阵。 如果Max[ i, j ]=k,那么进程Pi可以最多请求资源Rj 的k个实例
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Allocation: n x m 矩阵。 如果Allocation[ i, j ]=k,那么进程Pi当前分配了k个资 源Rj的实例
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Need: n x m 矩阵。如果Need[ i, j ]=k,那么进程Pi还需要k个资源Rj的实例
算法流程图
例子
例题
由5个进程组成进程集合P={P0,P1,P2,P3,P4},且系统中有3类资源A,B,C,假设在某时刻有表3-4的进程资源分配情况。请问当x,y,z取下列值时,系统是否处于安全状态?
| 课后简答题
文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-788663.html
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