計算機操作系統(tǒng)自測題第4章調(diào)度與死鎖

計算機操作系統(tǒng)自測題第4章調(diào)度與死鎖REPORTING目錄調(diào)度概述進程調(diào)度死鎖概述調(diào)度與死鎖的關(guān)系調(diào)度與死鎖的解決方法自測題解析與討論PART01調(diào)度概述REPORTINGWENKUDESIGN調(diào)度是一種資源分配技術(shù)，它決定在何時、以何種方式分配處理器時間或其他資源給進程或線程。調(diào)度的主要目的是提高系統(tǒng)資源的利用率，確保所有進程公平地獲得處理器時間，同時優(yōu)化系統(tǒng)性能，如響應(yīng)時間、吞吐量等。調(diào)度的定義與目的目的定義調(diào)度器的功能與組成功能調(diào)度器是操作系統(tǒng)中負責(zé)調(diào)度的核心組件，其主要功能包括選擇進程、分配處理器時間、管理進程狀態(tài)等。組成調(diào)度器通常由多個部分組成，如進程選擇算法、進程隊列管理、時鐘中斷處理等。高級調(diào)度（作業(yè)調(diào)度）決定哪些進程可以進入內(nèi)存，為其分配必要的資源，并創(chuàng)建相應(yīng)的進程。中級調(diào)度（內(nèi)存調(diào)度）將暫時不能運行的進程從內(nèi)存調(diào)至外存等待，當(dāng)條件成熟時再重新調(diào)入內(nèi)存。低級調(diào)度（進程調(diào)度/線程調(diào)度）根據(jù)某種策略和方法從就緒隊列中選擇一個進程/線程，將處理器分配給它。調(diào)度的層次結(jié)構(gòu)030201PART02進程調(diào)度REPORTINGWENKUDESIGNVS進程調(diào)度的主要任務(wù)是按照某種策略和方法從就緒隊列中選取一個進程，將處理機分配給它。進程調(diào)度的時機進程調(diào)度的時機包括進程創(chuàng)建時、進程結(jié)束時、進程阻塞時和進程喚醒時。在這些情況下，操作系統(tǒng)需要重新進行進程調(diào)度，以合理分配處理機資源。進程調(diào)度的任務(wù)進程調(diào)度的任務(wù)與時機ABCD進程調(diào)度的算法先來先服務(wù)（FCFS）算法按照進程到達的先后順序進行調(diào)度，先到達的進程先得到服務(wù)。優(yōu)先級調(diào)度算法根據(jù)進程的優(yōu)先級進行調(diào)度，優(yōu)先級高的進程優(yōu)先得到服務(wù)。短作業(yè)優(yōu)先（SJF）算法根據(jù)進程的服務(wù)時間進行調(diào)度，服務(wù)時間短的進程優(yōu)先得到服務(wù)。時間片輪轉(zhuǎn)（RR）算法將處理機時間劃分為固定大小的時間片，按時間片輪流為各進程服務(wù)。周轉(zhuǎn)時間從進程提交到進程完成所經(jīng)歷的時間，包括等待時間和執(zhí)行時間。等待時間進程在就緒隊列中等待處理機的時間之和。響應(yīng)時間從用戶提交請求到系統(tǒng)首次產(chǎn)生響應(yīng)所用的時間。吞吐量單位時間內(nèi)系統(tǒng)完成作業(yè)的數(shù)量，它反映了系統(tǒng)的整體性能。進程調(diào)度的性能評價PART03死鎖概述REPORTINGWENKUDESIGN死鎖的定義與產(chǎn)生原因死鎖是指兩個或兩個以上的進程在執(zhí)行過程中，由于競爭資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法向前推進。競爭資源當(dāng)系統(tǒng)中供多個進程共享的資源如打印機、公用隊列等，其數(shù)目不足以滿足諸進程的需要時，會引起諸進程對資源的競爭而產(chǎn)生死鎖。進程間推進順序非法進程在運行過程中，請求和釋放資源的順序不當(dāng)，也同樣會導(dǎo)致產(chǎn)生進程死鎖。定義互斥條件一個進程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。請求與保持條件不剝奪條件循環(huán)等待條件01020403若干進程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。一個資源每次只能被一個進程使用。進程已獲得的資源，在末使用完之前，不能強行剝奪。死鎖的必要條件死鎖的預(yù)防與避免預(yù)防死鎖：通過設(shè)置某些限制條件，去破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件中的一個或幾個條件，來防止死鎖的發(fā)生。破壞“互斥”條件:就是在系統(tǒng)里取消互斥。若資源不被一個進程獨占使用，那么死鎖是肯定不會發(fā)生的。但一般來說在所列的四個條件中，“互斥”條件是無法破壞的。破壞“占有并等待”條件:破壞此條件，即進程在運行前一次性地向系統(tǒng)申請它所需要的全部資源。如果某個進程所需的全部資源得不到滿足，則不分配任何資源，此進程暫不運行。只有當(dāng)系統(tǒng)能夠滿足當(dāng)前進程的全部資源需求時，才一次性將其所需資源全部分配給該線程。由于運行的進程已占有了它所需的全部資源，所以不會發(fā)生占有并等待現(xiàn)象，因此可以避免死鎖。該方法可理解為預(yù)分配資源法。缺點也顯而易見，會嚴重浪費系統(tǒng)資源，降低系統(tǒng)資源的利用率。破壞“不可搶占”條件破壞此條件就是允許進程強行從占有者那里奪取某些資源。也就是說，當(dāng)一個進程已占有了某些資源，它又申請新的資源，但不能立即被滿足時，它必須釋放所占有的全部資源，以后再重新申請。它所釋放的資源可以分配給其它進程。這就相當(dāng)于該進程占有的資源被隱蔽地強占了。這種預(yù)防死鎖的方法實現(xiàn)起來困難，會降低系統(tǒng)性能。破壞“循環(huán)等待”條件破壞此條件就是采用順序資源分配法。采用這種策略的一個方法是事先將系統(tǒng)中的所有資源統(tǒng)一編號（例如打印機為1、磁帶機為2、磁盤為3、等等），規(guī)定每個進程必須按編號遞增的順序請求資源，同類資源（即編號相同的資源）一次申請完。一個進程只有已占有了小編號的資源時、才有資格申請更大編號的資源。按此規(guī)則，已持有大編號資源的進程不可能逆向地回來申請小編號的資源，從而就不會產(chǎn)生循環(huán)等待的現(xiàn)象。死鎖的預(yù)防與避免PART04調(diào)度與死鎖的關(guān)系REPORTINGWENKUDESIGN03進程優(yōu)先級調(diào)度程序根據(jù)進程的優(yōu)先級進行資源分配和進程調(diào)度，優(yōu)先級設(shè)置不當(dāng)也可能導(dǎo)致死鎖。01調(diào)度算法的選擇不同的調(diào)度算法可能導(dǎo)致不同的資源分配順序和速度，從而影響死鎖的發(fā)生概率。02資源分配策略調(diào)度程序在分配資源時，如果采用不合理的策略（如一次性分配所有所需資源），可能增加死鎖的風(fēng)險。調(diào)度對死鎖的影響資源占用死鎖發(fā)生時，相關(guān)進程長時間占用系統(tǒng)資源，導(dǎo)致其他進程無法獲得所需資源而阻塞，影響系統(tǒng)整體性能。調(diào)度效率死鎖可能導(dǎo)致調(diào)度程序反復(fù)進行無效的進程切換和資源分配嘗試，降低調(diào)度效率。系統(tǒng)穩(wěn)定性長時間的死鎖可能導(dǎo)致系統(tǒng)資源耗盡或進程崩潰，進而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。死鎖對調(diào)度的影響死鎖檢測與調(diào)度調(diào)整當(dāng)檢測到死鎖時，可以通過調(diào)整調(diào)度策略（如撤銷部分進程、改變資源分配順序等）來解除死鎖。調(diào)度優(yōu)化與死鎖避免通過優(yōu)化調(diào)度算法和資源分配策略，可以在一定程度上避免死鎖的發(fā)生，提高系統(tǒng)性能。調(diào)度策略與死鎖預(yù)防通過合理的調(diào)度策略（如避免循環(huán)等待、按序分配資源等），可以降低死鎖發(fā)生的概率。調(diào)度與死鎖的相互作用PART05調(diào)度與死鎖的解決方法REPORTINGWENKUDESIGN調(diào)度的解決方法先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法按照進程到達的先后順序進行服務(wù)，先到先得。短進程優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法根據(jù)進程服務(wù)時間的長短進行排序，服務(wù)時間短的優(yōu)先得到服務(wù)。優(yōu)先級調(diào)度算法為每個進程分配一個優(yōu)先級，優(yōu)先級高的進程優(yōu)先得到服務(wù)。時間片輪轉(zhuǎn)（RR）調(diào)度算法將CPU時間劃分為固定大小的時間片，每個進程輪流執(zhí)行一個時間片，執(zhí)行完則切換到下一個進程。通過設(shè)置某些限制條件，破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件之一，從而防止死鎖的發(fā)生。預(yù)防死鎖在資源的動態(tài)分配過程中，用某種方法防止系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)，從而避免死鎖的發(fā)生。避免死鎖允許系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生死鎖，但可通過檢測機構(gòu)及時檢測出死鎖的發(fā)生，然后采取適當(dāng)措施解除死鎖。檢測死鎖當(dāng)檢測出死鎖后，采取適當(dāng)措施將進程從死鎖狀態(tài)中解脫出來。解除死鎖死鎖的解決方法銀行家算法該算法用于避免死鎖并合理地進行資源分配。它首先判斷請求資源的進程是否處于安全狀態(tài)，若是，則分配資源；否則，進程等待直到安全狀態(tài)再分配資源。優(yōu)先級繼承協(xié)議該協(xié)議用于解決由于優(yōu)先級反轉(zhuǎn)引起的死鎖問題。當(dāng)一個低優(yōu)先級的進程持有一個高優(yōu)先級進程所需要的資源時，低優(yōu)先級進程會繼承高優(yōu)先級進程的優(yōu)先級，從而避免死鎖的發(fā)生。饑餓問題解決方案針對長時間得不到服務(wù)的進程（即饑餓進程），可以采用老化技術(shù)，即逐漸降低等待時間較長的進程的優(yōu)先級，使它們有機會得到服務(wù)。調(diào)度與死鎖的綜合解決方法PART06自測題解析與討論REPORTINGWENKUDESIGN什么是進程調(diào)度？為什么需要進程調(diào)度？題目1進程調(diào)度是操作系統(tǒng)中負責(zé)管理和分配CPU資源給就緒進程的核心功能。通過進程調(diào)度，操作系統(tǒng)可以確保多個進程公平、有效地共享CPU，從而提高系統(tǒng)的整體性能和吞吐量。答案自測題解析FCFS(先來先服務(wù))按照進程到達的順序進行調(diào)度，先到先得。SJF(短作業(yè)優(yōu)先)根據(jù)進程的服務(wù)時間進行調(diào)度，服務(wù)時間短的進程優(yōu)先得到CPU。自測題解析自測題解析每個進程被賦予一個優(yōu)先級，優(yōu)先級高的進程優(yōu)先得到CPU。優(yōu)先級調(diào)度類似于SJF，但考慮的是剩余服務(wù)時間，即當(dāng)新進程到達時，選擇剩余服務(wù)時間最短的進程。SRTF(最短剩余時間優(yōu)先)將CPU時間劃分為固定長度的時間片，每個進程分配一個時間片。當(dāng)時間片用完時，進程被放到就緒隊列的末尾，等待下一個時間片。RR(時間片輪轉(zhuǎn))什么是死鎖？列舉死鎖的四個必要條件。死鎖是指兩個或更多進程因競爭系統(tǒng)資源而陷入的一種狀態(tài)，每個進程都在等待其他進程釋放它們所需要的資源，從而導(dǎo)致所有進程都無法繼續(xù)執(zhí)行。死鎖的四個必要條件是：互斥條件、請求與保持條件、不剝奪條件和環(huán)路等待條件。題目3答案自測題解析討論點1在實際系統(tǒng)中，哪種調(diào)度算法更為常用？為什么？討論在實際系統(tǒng)中，RR（時間片輪轉(zhuǎn)）和優(yōu)先級調(diào)度算法較為常用。RR算法可以確保所有進程都能得到公平的CPU時間，而優(yōu)先級調(diào)度則可以根據(jù)進程的緊