《調(diào)度與死鎖》課件

調(diào)度與死鎖課程概述1課程目標深入理解操作系統(tǒng)中進程調(diào)度與死鎖的原理和機制。2課程內(nèi)容涵蓋進程調(diào)度算法、死鎖的定義、原因、預防、避免、解決等方面。3學習方式理論講解、案例分析、課堂討論、課后練習相結合。計算機系統(tǒng)中的資源管理計算機系統(tǒng)中的資源管理是指對系統(tǒng)資源進行有效分配和管理的過程，以確保資源的使用效率和系統(tǒng)性能。資源管理的關鍵在于平衡資源的利用率和系統(tǒng)的響應速度，以滿足用戶的需求。資源管理涵蓋了多個方面，包括內(nèi)存管理、處理器調(diào)度、I/O設備管理、文件系統(tǒng)管理等。這些管理機制共同協(xié)作，以確保系統(tǒng)能夠高效地運行，并滿足用戶的需求。進程的調(diào)度1分配資源根據(jù)調(diào)度策略，將CPU等資源分配給不同的進程。2提高效率通過合理調(diào)度，提高系統(tǒng)資源利用率，并保證系統(tǒng)性能。3管理進程協(xié)調(diào)多個進程之間的運行，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。調(diào)度策略時間片輪轉(zhuǎn)將CPU時間分成若干個時間片，按順序分配給就緒隊列中的進程，時間片用完后進程進入阻塞隊列，等待下一次分配時間片優(yōu)先級調(diào)度根據(jù)進程的優(yōu)先級進行調(diào)度，優(yōu)先級高的進程優(yōu)先獲得CPU短作業(yè)優(yōu)先選擇估計運行時間最短的進程優(yōu)先運行先來先服務算法簡單易懂該算法易于實現(xiàn)，無需復雜的計算或數(shù)據(jù)結構。公平性每個進程按照到達順序依次獲得資源，避免了優(yōu)先級偏袒。平均等待時間長如果存在短進程被長進程阻塞，會導致整體效率低下。短進程優(yōu)先算法定義短進程優(yōu)先算法是一種非搶占式調(diào)度算法，它將優(yōu)先權分配給估計運行時間最短的進程。優(yōu)勢平均周轉(zhuǎn)時間較短，可以有效地減少等待時間，提高系統(tǒng)效率。劣勢可能導致長進程長時間等待，無法得到及時處理，影響系統(tǒng)的公平性。最高響應比優(yōu)先算法定義在執(zhí)行每個進程之前，計算其響應比，選擇響應比最高的進程優(yōu)先執(zhí)行。公式響應比=(等待時間+服務時間)/服務時間優(yōu)點兼顧了短進程優(yōu)先和先來先服務算法的優(yōu)點，能有效減少平均等待時間。多級反饋隊列算法多個優(yōu)先級隊列時間片輪轉(zhuǎn)優(yōu)先級提升實時調(diào)度算法時間敏感性實時系統(tǒng)要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務，即使在高負載情況下。優(yōu)先級調(diào)度實時調(diào)度算法根據(jù)任務的重要性分配優(yōu)先級，確保關鍵任務的及時完成。確定性任務的執(zhí)行時間應是可預測的，以便系統(tǒng)可以可靠地計劃和管理資源。死鎖的概念相互等待多個進程互相等待對方釋放資源，導致所有進程都無法繼續(xù)執(zhí)行。資源競爭系統(tǒng)中的資源有限，多個進程爭搶同一個資源，導致死鎖。不可搶占進程獲得的資源不能被其他進程強行奪取，只有進程主動釋放才能被其他進程使用。死鎖的原因競爭資源當多個進程競爭同一資源時，如果資源分配不當，就可能導致死鎖。例如，兩個進程都需要使用同一臺打印機，而打印機只能被一個進程使用，就會出現(xiàn)死鎖。進程間相互等待當多個進程相互等待對方釋放資源時，就會出現(xiàn)死鎖。例如，進程A等待進程B釋放資源，而進程B又等待進程A釋放資源，這樣兩個進程就陷入死鎖狀態(tài)。死鎖的四個必要條件1互斥條件一個資源每次只能被一個進程使用。2占有并請求條件一個進程已經(jīng)占有至少一個資源，但又請求其他資源，而該資源被其他進程占有。3不可剝奪條件進程已經(jīng)獲得的資源在未使用完之前不能被其他進程強行剝奪。4循環(huán)等待條件存在一個封閉的進程循環(huán)鏈，鏈中的每個進程都在等待鏈中下一個進程所持有的資源。如何檢測死鎖1資源分配圖通過構建資源分配圖，可以直觀地判斷系統(tǒng)是否存在死鎖，以及死鎖的具體情況。2算法分析使用特定的算法，例如銀行家算法，可以根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)判斷是否存在死鎖，并找出可能導致死鎖的資源和進程。3系統(tǒng)監(jiān)控通過監(jiān)控系統(tǒng)資源的使用情況，觀察進程的等待時間和資源占用情況，可以間接判斷是否存在死鎖。死鎖的預防破壞互斥條件某些資源可以被多個進程共享，例如打印機。但對于一些資源，例如打印機，必須以互斥的方式進行訪問。破壞占有并等待條件要求進程在申請資源之前，必須釋放它所占有的所有資源。但這可能導致資源利用率低。破壞不可搶占條件如果一個進程占有了某個資源，而另一個進程需要該資源，則可以從占有該資源的進程中搶占資源。破壞循環(huán)等待條件對資源進行線性排序，并要求進程按順序申請資源，避免循環(huán)依賴關系。死鎖的避免安全狀態(tài)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，意味著存在一個進程執(zhí)行序列，該序列可以使每個進程都能順利執(zhí)行完，而不會發(fā)生死鎖。資源分配圖資源分配圖可以用來判斷系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，通過分析圖的結構，可以避免死鎖的發(fā)生。銀行家算法安全狀態(tài)銀行家算法旨在確保系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)，即存在一個安全序列，使得所有進程都能順利執(zhí)行完并釋放其資源。資源分配策略該算法允許進程申請新的資源，但只有當系統(tǒng)處于安全狀態(tài)時才批準申請。這樣可以避免死鎖的發(fā)生。死鎖的解決防止死鎖的發(fā)生，通過破壞死鎖產(chǎn)生的必要條件。避免死鎖的發(fā)生，通過動態(tài)地分配資源，保證系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)。檢測死鎖的發(fā)生，一旦檢測到死鎖，就需要采取措施來解決死鎖。死鎖的處理1預防通過破壞死鎖的必要條件來防止死鎖的發(fā)生。2避免在資源分配過程中動態(tài)地防止死鎖的發(fā)生。3檢測與解除檢測系統(tǒng)中是否發(fā)生了死鎖，并采取措施解除死鎖。進程掛起技術1臨時掛起當系統(tǒng)資源不足時，可將一些進程掛起，以釋放資源。2永久掛起當進程不再需要運行時，將其永久掛起。3掛起/激活操作掛起和激活操作可用于控制進程在內(nèi)存中的狀態(tài)。資源分配圖資源分配圖是一種圖形化表示方法，用于描述系統(tǒng)中各個進程對資源的申請和占用情況。它由若干個節(jié)點和邊組成，節(jié)點代表進程和資源，邊代表進程對資源的申請和占用關系。通過分析資源分配圖，可以判斷系統(tǒng)中是否存在死鎖，以及如何進行死鎖的預防和解除。安全序列及其判定1安全序列在資源分配圖中，若存在一個進程序列，使得對于每個進程，其所需要的資源都能在序列中之前的所有進程釋放的資源中找到。2判定判定一個系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，可以根據(jù)資源分配圖進行分析，尋找是否存在一個安全序列。3安全狀態(tài)如果一個系統(tǒng)存在一個安全序列，則該系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，反之則處于不安全狀態(tài)。死鎖的應用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)死鎖在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中比較常見，比如多個事務同時訪問同一數(shù)據(jù)時，可能會出現(xiàn)死鎖。網(wǎng)絡系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)中也會出現(xiàn)死鎖，比如多個節(jié)點同時訪問同一個資源時，可能會出現(xiàn)死鎖。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)本身也要避免死鎖，否則會影響系統(tǒng)性能。具體案例分析通過實際案例，深入了解調(diào)度與死鎖的應用場景和問題解決方法。例如，討論銀行家算法在資源分配中的應用，以及如何避免死鎖的發(fā)生。分析不同調(diào)度策略在實際系統(tǒng)中的優(yōu)缺點，以及如何根據(jù)具體需求選擇合適的調(diào)度策略。例如，實時系統(tǒng)和批處理系統(tǒng)對調(diào)度策略的要求不同。課堂討論深入思考通過課堂討論，深入理解調(diào)度算法和死鎖的原理，并探討實際應用中的案例。互動學習與同學進行互動交流，分享不同的觀點和見解，共同解決問題，提升學習效果。拓展知識在討論中，發(fā)現(xiàn)新的問題，拓展學習內(nèi)容，激發(fā)進一步研究的興趣。課程總結調(diào)度與死鎖調(diào)度與死鎖是操作系統(tǒng)中兩個重要的概念，涉及到如何管理系統(tǒng)資源和避免資源競爭，保證系統(tǒng)運行的效率和穩(wěn)定性。課程收獲通過本課程，我們了解了調(diào)度策略、死鎖的概念、原因、預防、避免和處理方法，掌握了相關理論知識和實踐技巧。復習與展望回顧課程內(nèi)容重新審視“調(diào)度與死鎖”的概念，加深理解。鞏固知識體系通過練習和案例分析，將理論應用于實踐。拓展學習領域關注最新的調(diào)度算法和死鎖解決技術，不斷提升。課程回顧調(diào)度策略我們學習了多種調(diào)度策略，包括先來先服務、短進程優(yōu)先、最高響應比優(yōu)先、多級反饋隊列和實時調(diào)度算法。死鎖我們探討了死鎖的概念、原因、條件和處理方法，并學習了銀行