第四章调度与死锁

4.1.3 调度算法
二、短作业(进程)优先调度算法
有效降低作业的平均等待时间和提高系统的吞吐量
三、时间片轮转调度算法
四、优先权调度算法
静态优先级、动态优先级
完成下表（P102）：
进程名 到达时间 服务时间 FCFS 完成时间 A 0 4 B 1 3 C 2 5 D 3 2 E 4 4 平均
周转时间
3.短作业优先
例2：
在一个两道作业的操作系统中，设在一段时间内先后到 达4个作业，它们的提交时刻和运行时间由下表给出。若作业 调度采用短作业优先的调度算法，进程调度采用优先权调度 算法（数值越小，优先级越高）。完成下列表格：
带权周 估计运 进入内 完成时间周转时间 优先数 进程名 到达时间 转时间 行时间 存时间 A 0 4 5 4 1 0 4
4.1.1 调度的类型和模型
一、调度类型—OS的三级调度
4.1 进 程 调 度
1.作业调度--高级调度
用于决定将外存上处于后备队列中的哪些作 业调入内存，处于内存就绪队列，准备执行；
2.进程调度—低级调度
决定就绪队列中哪个进程将获的是提高内存的利用率和系统吞吐量。
安全状态 银行家算法
4.2.3
避免死锁
安全状态:所谓安全状态，是指系统能按某种进程 顺序(P1, P2, …，Pn)(称〈P1, P2, …, Pn〉序 列为安全序列)，来为每个进程Pi分配其所需资源， 直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程 都可顺利地完成。如果系统无法找到这样一个安全 序列，则称系统处于不安全状态。
4.2.3
避免死锁
银行家算法实例:(P126-128）
补充例题：见WORD文件“死锁试题”
4.2.4 检测和解除死锁
一、RAG图
二、死锁定理
三、利用RAG图化简法判断死锁的实例
4.2.3 避免死锁——银行家算法
一、银行家算法中的数据结构
1.Available[ j ](一维数组):其中的每一个元素表示当前某 一类资源的可用数目; 若Available［j］=k，则表示系统中现有j类资源k个。 其初始值是系统中所提供的每类资源的最大数目。 2.Max[ i ][ j ]:表示第i个进程对第j类资源的最大需求； 3.Allocation[ i ][ j ]: 它表示第i个进程已分配到第j类资 源的个数；
4.2.3
二、安全性算法 1.设置两个向量：
避免死锁
(1)工作向量Work[m]: 它表示系统可提供 给进程继续运行所需的各类资源数目， Work初∶=Available; (2) Finish[n]: 它表示系统是否有足够的资 源分配给进程，使之运行完成。 false表示 未完成， true表示完成。
4.1.2 进程调度
一、进程调度方式
1.非剥夺方式（非抢占方式）
一旦占有CPU，直至完成或阻塞； 不利于实时任务；不利于短作业；
2.剥夺方式（抢占方式）
在一定情况下，可剥夺一进程占有的处理机；
抢占的原则有：
(1)短作业(进程)优先原则; (2)时间片原则;
(3)优先权原则。
4.1.1 调度的类型和模型
4.2.3 避免死锁——银行家算法
4.系统执行安全性算法，检查此次资源分配后，系统是 否处于安全状态。若安全，才正式将资源分配给进程Pi， 以完成本次分配；否则，将本次的试探分配作废，恢复 原来的资源分配状态，让进程Pi等待。
三、安全性算法
1．设置两个向量： ①Work［i］: 它表示当前状态下，系统可提供给进程 继续运行所需的各类资源数目，在执行安全算法开始时， 其初值Work=Available; ②Finish［i］: 它表示系统是否有足够的资源分配给该 进程，使之运行完成。初始令Finish［i］=false; 当有足 够资源分配给进程时再令Finish［i］=true。
完成 撤消
等事件 (I/O请求)
调度时机
4.1.2 进程调度
二、引起进程调度的因素(进程调度时机)
1.正在执行的进程执行完毕;
2.执行中的进程因提出I/O请求或发生等事 件而暂停执行; 3.时间片完成; 4.在进程通信或同步过程中执行了某种原语 操作，如P操作(wait操作)阻塞; 5.高优先者进入;
Finish [ i] ＝ true
y
返回安全状态
返回不安全状态
4.2.3
三、银行家算法
避免死锁
设进程i申请资源，表示为：Request i
1. 2. 3.
4.
若request i ≤ need i，转2，否则出错。 若request i ≤ Available，转3，否则进程阻塞。 试分配： Available =Available-Request i Allocation i= Allocation i+Request i Need i=Need i-Request i 调用安全检查算法 若为安全状态，则正式分配 若为不安全状态，则不分配，进程i阻塞。恢复系统状态
4.Need[ i ][ j ]: 表示第i个进程尚需第j类资源的个数。
Max=Allocation+Need
4.2.3 避免死锁——银行家算法
二、银行家算法的实现过程
设Request［j］是进程Pi 的需求向量，如果Request ［j］=k，表示进程Pi需要k个j类资源。当Pi发出资源请 求后，系统按下述步骤进行检查： 1.若Request≤Need，便转向步骤2；否则认为出错，因 为它所请求的资源数已超过它所需的最大值； 2.若Request≤Available，便转向步骤(3)；否则， 表 示系统尚无足够资源，Pi须等待； 3.系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构 中的数值： Need = Need - Request; Allocation = Allocation + Request; Available = Available - Request;
1.互斥条件
2.请求和保持条件 3.不剥夺条件 4.环路等待条件
4.2.1 死锁的概念
四、处理死锁的基本方法
1.预防死锁：通过破坏产生死锁的四个必要条件之一
2.避免死锁：不破坏死锁产生的四个必要条件，在资 源的动态分配中，防止进程进入可能发生死锁的不安 全状态。 3.检测死锁 4.解除死锁 允许系统出现死锁，但系统设置了检测机制， 及时检测出死锁；检测出死锁后，系统将采取措施 解除死锁。
事 件 出 现
阻塞，挂起队列
中级调度
挂起
阻塞队列 等待事件
4.1.2 进程调度
三、就绪队列的组织方式
1.按先后次序排队,由调度策略选择;
2.按调度策略排队,选队首进程;
4.1.3调度算法
调 度 策 略 的 性 能 衡 量

作业周转时间
Ti =T完成—T到达

平均周转时间
1 i T Ti n i 1
二、安全性算法
2.安全性检测
4.2.3
避 免 死 锁
Work＝Available Finish 根据Need赋值
寻找进程i，满足 Finish [ i]＝ false 且Need i<=work 找到
没找到
n
所有进程的 Finish [ i] ＝ true？
Work=work+Allocation i
Available［j］=K，则表示系统中现有Rj类资源K 个，初值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目。
2.Max[n][m]:最大需求矩阵。
3.Allocation [n][m]:分配矩阵。
4.Need[n][m]:需求矩阵。
Need［i][j］=Max［i][j］-Allocation［i][j］
可能出现反复申请、释放资源而被无限延迟执行的现象；
4.2.3
避免死锁
避免死锁:它允许三个必要条件，但通过明智的 选择，确保永远不会到达死锁点，因此避免比预 防允许更多的并发; 思想:系统在进行资源分配之前，应先计算此 次资源分配后状态的安全性。若此次分配后的状 态是安全状态，则将资源分配给进程；否则，令 进程等待。 避免死锁的算法：银行家算法
Wi= Ti /T服务

带权周转时间

1 n Ti 平均带权周转时间 W n i 1 T服务
4.1.3 调度算法
一、先来先服务调度算法(FCFS)
作业i的周转时间=作业i的完成时间-作业i的提交时间 作业i的带权周转时间=作业i的周转时间/作业i的执行时间
结论：FCFS调度算法利于长作业，不利于短作业。
4.2.3
安全状态之例：
进 程 最大需求
避免死锁
已分配
尚需
可用
P1 P2 P3
10 4 9
5 2 2
5 2
3
7
该状态安全性： 安全 ，安全序列P2、 P1、 P3 若此时，P3请求一台磁带机，能否分配？
不能，因为分配后状态不安全
4.2.3
避免死锁
一、银行家算法中的数据结构 设系统中有n个进程，提供m类资源： 1.Available[m]:可利用资源向量。
可能出现反复申请、释放资源而被无限延迟执行的现象；
4.2.2 预防死锁
---静态资源分配法 一、破坏“请求和保持条件” 1.思想：资源调度时，若资源全满足，则调度，否则等待。 2.缺点： 资源浪费；
进程延迟运行，降低进程的并发性；
二、破坏“不剥夺条件”
1.思想：进程新申请资源得不到满足时,必须释放已占有资源 2.缺点： 保存放弃资源时的现场及以后的现场恢复；
就 绪 队 列
CPU
事件1出现
等待事件1
事件2出现
等待事件2
…
事件n出现