操作系统原理 第5章 资源分配与调度
操作系统调度课件
05 操作系统调度的实现
上下文切换
上下文切换是操作系统在进程切换时保存和恢复当前进程运行环境的过程 。
上下文切换包括保存当前进程的上下文（如CPU寄存器、内存信息等）和 恢复新进程的上下文，以便新进程能够继续执行。
上下文切换对于实现多任务处理和资源共享至关重要，可以提高系统的效 率和响应速度。
进程状态转换
VS
详细描述
这是一种常见的调度算法，适用于长作业 环境。系统为每个进程分配一个优先级， 优先级高的进程会优先获得处理器。当多 个进程同时等待时，系统会选择优先级最 高的进程进行调度。这种算法可以满足一 些紧急任务的需求，但可能导致一些低优 先级的进程长时间得不到服务。
多级反馈队列调度
总结词
根据进程的等待时间和优先级进行多级反馈 队列调度。
调度算法分类
先进先出（FIFO）：按照进程到达的先后顺序进行调 度，先到达的进程优先获得处理器。
输标02入题
优先级调度：根据进程优先级的高低进行调度，优先 级高的进程优先获得处理器。
01
03
循环轮转调度（Round Robin）：按照固定的时间片 长度，依次将处理器分配给就绪队列中的进程，时间
片用完后，进程回到就绪队列尾部重新等待。
04
最短剩余时间优先（Shortest Remaining Time First ）：根据进程剩余执行时间进行调度，剩余时间最短 的进程优先获得处理器。
调度策略比较
01
先进先出策略简单易实现，但不 适用于所有场景；
02
优先级调度可以满足紧急任务的 需求，但可能导致低优先级进程
长时间等待；
最短剩余时间优先可以减少等待 时间，但可能导致处理器频繁切 换；
操作系统原理第5章 存储管理
• ⑶最佳适应算法
• 最佳适应算法的空闲链是按空闲区从小到大顺序排 列。为进程选择分区时总是寻找其大小最接近进程 所要求的存储区域。所谓“最佳”是指每次为进程 分配内存时，总是把能满足要求、又是最小的空闲 分区分配给进程，避免“大材小用”。
• 因为每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的， 这样将加速碎片的形成。
• ①如果被回收空闲分区没有空闲伙伴分区，那么保留该分区为一 个独立的空闲分区，否则执行②；
• ②合并回收分区及其伙伴分区，从而得到一个尺寸（2I+1）更大的 回收空闲分区，转移到①；
一个伙伴系统内存分配与回收的例子
• 伙伴系统克服了固定分区和动态分区存储管理技术的缺陷。但是伙伴 系统存在一个问题，即内存空间需要不断地进行分裂和合并，频繁的 伙伴分区合并操作会浪费很多时间。
• ③内存分配原则，以页帧为单位来分配内存，将进程若干个逻辑上连续的 页面装入若干个离散的页帧中，由页表提供进程的页号到存储空间帧号的 映射。
5.2.4伙伴系统
• 其实现原理如下： • 一个伙伴系统内存的用户可用空间为2U。进程申请存储空间时，
系统总是为其分配大小为2I的一个空闲分区。其中S≤I≤U，2S是系 统允许的最小分区尺寸。在实际操作系统中，最小分区尺寸一般 为212。 • 如果进程申请的存储空间大小为K，且2I-1<K≤2I，则将整个2I大小的 分区分配给该进程；否则，该分区被分割成两个大小相等的伙伴 分区，大小为2I-1；再判断K是否满足条件：2I-2<K≤2I-1，若满足条件， 则将两个伙伴中的任何一个分配给该进程。否则，将其中一个伙 伴又分成两个大小相等的伙伴分区；此过程一直继续进行，直到 产生的分区满足条件I-J≥S并2I-J-1<K≤2I-J，将2I-J大小的分区分配给该 进程；当I-J-1<S时，系统不再分割成两个大小相等的伙伴分区，将 2S大小的分区分配给该进程。 • 当进程执行完毕，释放一个尺寸为2I的分区时，系统用下面的算法 回收该分区。
操作系统课件_05资源分配与调度
进程实际需要资源的顺序不一定与资源的编号相一致，因 而仍然会造成资源的浪费。
对资源进行合理的排序，这种方法是有一定实用价值的。
例如：进程PA，使用资源的顺序是R1，R2； 进程PB，使用资源的顺序是R2，R1； 若采用动态分配有可能形成环路条件，造成死锁。 采用有序资源分配法：R1的编号为1，R2的编号为2； PA：申请次序应是：R1，R2 PB：申请次序应是：R1，R2 有序资源分配法破坏了环路条件（必要条件4），避 免了死锁的发生。
条件3（部分分配）：很容易否定
解决办法：只要分配策略上规定一个进程（或程序）
一次将所需资源一次申请到位，用完后释放。 条件4（环路条件）：容易否定 解决办法：有序资源分配法。
（三） 死锁——解决死锁问题的策略
基本点：破坏死锁的某一个必要条件
互斥条件、不剥夺条件、占用并等待、循环等待
解决死锁的策略
死锁的实质是如何使系统不进入不安全状态。
银行家算法目的就是根据进程当前所提出的资源申请判断是否会让系统处于不安全
状态。
死锁及预防和避免
例1：我们通过一个例子来说明安全性。假定系统中有三个进程P1、 P2和P3， 共有12台磁带机。进程P1总共要求10台磁带机，P2和P3 分别要求4台和9台。假
设在T0时刻，进程P1、P2和P3已分别获得5台、2台和2台磁带机，尚有3台空闲
（二） 死锁——死锁定义
【例1】 进程PA、PB，共享一台打印机和一台磁带机
用信号灯的P、V操作实现资源的申请和释放。 信号灯设置： S1：表示设备打印机，初值为1 S2：表示设备磁带机，初值为1 讨论两种资源请求序列，哪种情况可能产生互相死等 的局面。
进程A ┆ p(s1)； 占用R1 v(s1)； ┆ p(s2)； 占用R2 v(s2)； ┆ ┆
操作系统原理第五章处理器调度
2)正文段（共享正文段 ） 它是进程执行程序的一部分，可为多个进程共 享执行，作为正文段的程序必须是可重入的。
3)数据段 包括：正文段程序的处理对象－－数据、进程 执 行 程 序 （ 私 有 ） 及 数 据 和 ppda( 进 程 数 据 区）。
4) 用户栈
2、UNIX进程树
0进程：系统初启时由系统初启程 序建立，完成系统初启的相应工 作后，创建1进程；然后的工作有 两项，其一是进程交换（进程图 象的管理）；其二是进程切换 （进程调度）。
1 进程：为系统的每个联机终端 创建一个终端进程，然后就做托 管工作。
2、3、…、n、n+1进程：终端进 程，执行程序是shell，该进程执 行是接受和执行用户键入的shell 命令，或shell命令程序。
用户创建的进程：用户的shell命 令或shell程序所创建的进程；用 户在其程序中创建的进程。
三、进程调度
操作系统为了对进程进行有效的监控， 需要维护一些与进程相关的数据结构， 记录所有进程的运行情况，并在进程让 出处理器或调度程序剥夺处于运行状态 的进程占用的处理器时，选择适当的进 程分配处理器，完成上下文的切换。我 们把操作系统内核中完成这些功能的部 分称为进程调度。
1、进程调度的功能 1）记录系统中所有进程的执行情况 PCB 2）选择占有处理器的进程 3）进行进程上下文的切换 2、进程调度的方式 1）非剥夺调度方式 2）剥夺调度方式
p_flag中的SLOAD为1，表示该进程图象在 内存，否则不在内存。
(四）创建状态
父进程创建子进程时所处的状态，目的 是保证子进程能完全复制父进程的图象。
在UNIX系统中，父进程创建一个子进程 时，子进程要复制父进程的全部的进程 图象（除proc结构外），当有内存空间 时，能很快完成复制工作，但若无内存 空间时，就要在交换区中建立子进程图 象的复本，这时父进程将自己置为创建 状态，以保证自己的图象不被调出内存。
操作系统原理知识点总结
第一章绪论1、操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理的对各类作业进行调度以方便用户的程序集合※2、操作系统的目标：方便性、有效性、可扩展性、开发性※3、操作系统的作用：作为计算机硬件和用户间的接口、作为计算机系统资源的管理者、作为扩充机器4、单批道处理系统：作业处理成批进行，内存中始终保持一道作业（自动性、顺序性、单道性）5、多批道处理系统：系统中同时驻留多个作业，优点：提高CPU利用率、提高I/O设备和内存利用率、提高系统吞吐量（多道性、无序性、调度性）6、分时技术特性：多路性、交互性、独立性、及时性，目标：对用户响应的及时性7、实时系统：及时响应外部请求，在规定时间内完成事件处理，任务类型：周期性、非周期性或硬实时任务、软实时任务※8、操作系统基本特性：并发、共享、虚拟、异步性并行是指两或多个事件在同一时刻发生。
并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。
互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源同时访问：微观上仍是互斥的虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。
异步是指运行进度不可预知。
共享性和并发性是操作系统两个最基本的特征※9、操作系统主要功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户管理第二章进程的描述和控制※1、程序顺序执行特征：顺序性、封闭性、可再现性※2、程序并发执行特征：间断性、失去封闭性、不可再现性3、前趋图：有向无循环图，用于描述进程之间执行的前后关系表示方式：（1）p1--->p2（2）--->={(p1,p2)| p1 必须在p2开始前完成}节点表示：一条语句，一个程序段，一进程。
（详见书P32）※4、进程的定义：(1)是程序的一次执行过程，由程序段、数据段、程序控制块（PBC）三部分构成，总称“进程映像”(2)是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动(3)是程序在一个数据集合上的运行过程(4)进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位进程特征：动态性、并发性、独立性、异步性由“创建”而产生，由“调度”而执行；由得不到资源而“阻塞”，由“撤消”而消亡※5、进程与程序关系※6、进程的三种状态：就绪、阻塞、执行转换：增加挂起：7、进程控制块（PCB）的作用：进程存在的唯一标志。
操作系统原理 第5章 资源分配与调度
移臂调度：
改进1：如果当 前移动臂位于1 号柱面，按右表 顺序访问，则移 动臂将从1号柱 面移到2 号柱面， 再移到5 号柱面， 然后到40号柱面。
顺序 1 2 3 4 5 柱面号 2 5 5 5 40 盘面号 7 2 3 3 6 块号 7 1 8 5 3
移臂调度：在满足一个磁盘请求时， 总是选取与当前移动臂前进方向上最 短的那个请求，使移臂距离最短。
例２ PV 操作使用不当产生死锁。
设进程Q1 和Q2 共享两个资源r1 和r2，s1 和s2 是分别代表资源r1 和r2 能否被使用的 信号量。 假定两个进程都要求使用两个资源，由于资 源是共享的，必须互斥使用，所以s1 和s2 的初值均为1。它们的程序编制如下：
产生死锁吗？
进程Q1 … P(s1); 使用r1; P(s2); 使用r2; … V(s1); 释放r1; V(s2); 释放r2; …
打印机R1 P1 输入机R2 P2
例１ 进程推进顺序不当产生死锁。
设系统有打印机、读卡机各一台，它 们被进程Ｐ和Ｑ共享。两个进程并发 执行，它们按下列次序请求和释放资 源：
请求 读卡机 请求 打印机 释放 读卡机 释放 打印机
进程Ｐ
进程Q
请求 打印机
请求 读卡机
释放 读卡机
释放 打印机
说明：
旋转调度
顺序 顺序 柱面号 柱面号 盘面号 盘面号 块号 块号
改进2：由于5 号 柱面要进行3次 访问，所以可以 调整访问顺序， 减少旋转圈数。
11
22 3 4 5 3 4 5
22
55 5 5 5
77
22 3 3 6 3 3 6
2024年度《操作系统原理》教学大纲
介绍RBAC的基本概念和实现方法，如何通 过角色来管理用户的权限。
2024/2/2
35
加密技术在操作系统中的应用
加密技术的基本概念
解释加密技术的核心思想，包括加密 算法、密钥管理等。
文件加密
描述操作系统中文件加密的实现方法 和技术，如EFS（加密文件系统）。
2024/2/2
磁盘加密
阐述磁盘加密的原理和实现方法，包 括全盘加密和分区加密等。
微型化与嵌入式操作系统
随着物联网和智能终端的普及 ，微型化和嵌入式操作系统将 成为未来发展的重要方向，它 们需要更加轻量级、高效和安 全。
云计算与分布式操作系统
云计算和分布式系统的快速发 展对操作系统提出了新的挑战 和机遇，未来的操作系统需要 支持大规模并发处理、资源动 态管理和跨平台协作等功能。
人工智能与操作系统融合
优点分析
解决了内存碎片问题，提高了内存利用率。允许程序的大小超过可用内存的大小，通过虚 拟内存技术实现。提供了更好的内存保护，每个程序只能访问自己的内存空间，不能访问 其他程序的内存空间。
缺点分析
需要复杂的软件和硬件支持，如页表、段表等数据结构以及相应的内存管理算法。在页式 存储管理中，会产生页面抖动现象，即频繁地换入换出页面导致系统性能下降。
34
访问控制机制的实现原理
访问控制的基本概念
访问控制列表（ACL）
解释访问控制的核心思想，即主体对客体 的访问权限管理。
描述ACL的工作原理和实现方法，如何通过 ACL来管理用户对资源的访问权限。
强制访问控制（MAC）
基于角色的访问控制（RBAC）
阐述MAC的特点和实现原理，如基于格模 型的访问控制。
2024/2/2
操作系统原理第五章 资源分配与调度
5.3 死锁
(2) 银行家算法
避免死锁的办法是否有效与采用的算法有很大的关系。它能在 死锁发生前察觉它们的存在，代表算法是Dijkstra E W于1968 年提出的银行家算法（可用于银行系统）。 申请者事先说明对各类资源的最大需求量。在进程活动期间动 态申请某类资源时，由系统审查系统现有该类资源的数目是否 能满足当前进程的最大需求量，如能满足就予以分配，否则进 程等待。 按银行算法来分配资源是不会产生死锁的。因为，按该算分配 资源时，每次分配后总存在着一个进程，如果让它单独进行下 去，必然可以获得它所需的全部资源。 这种算法的主要问题是，要求每个进程必须先知道资源的最大 需求量，过于谨慎及所花费的开销较大是使用银行算法的主要 障碍。
5.3 死锁
3. 产生死锁的必要条件
(1) 互斥条件
涉及的资源是非共享的，即为临界资源。
(2) 不剥夺条件（非抢夺）
进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行夺走。
(3) 占用并等待（部分分配）
进程每次申请它所需要的一部分资源。在等待一新资源的同时， 进程继续占用已分配到的资源。
(4) 环路条件（循环等待）
系统中所有资源都给定一个唯一的编号，所有分配请求 必须以上升的次序进行。当遵守上升次序的规则时，若 资源可用，分配程序则予以分配；否则，请求者等待。 （线性方式破坏了死锁的环路条件） 缺点：进程实际需要资源的顺序不一定与资源的编号相 一致，因而仍然会造成资源的浪费。 对资源进行合理的排序，这种方法是有一定实用价值的。
3
5.1 资源管理概述
资源管理的任务
任务：解决资源分配问题，防止死锁；解决对资源的 存取、使用方法问题 资源管理的功能
资源数据结构的描述 确定资源的分配原则和调度原则 执行资源分配 存取控制和安全保护
操作系统-资源分配与调度
p2
R1
R2
申请1
申请2
申请1
申请2
p1
p2
R1
R2
分配
申请
申请
分配
导致死锁
不导致死锁
5.4 死锁
5.4 死锁
检测死锁并恢复
01
静态预防死锁
02
有序的分配资源
03
忽略死锁（鸵鸟算法）
04
小结：处理死锁的四种策略
银行家算法（避免死锁）
当进程申请一组资源时，需要检查申请者对资源的最大需求量，如果系统现存的各类资源的数量满足当前它对各类资源的最大需求量时，则满足其申请； 否则，进程必须等待，直到其他进程释放足够的资源为止。 即：仅当申请者可以在一定时间内无条件的归还它所申请的全部资源时，才进行资源分配。
5.4 死锁
5.4.1 死锁的概念 例3：设系统只有一台打印机(R1)，和一台光标记阅读机(R2) ，由进程p1、p2 共享。用信号灯的P、V操作，控制资源的申请和释放。其信号灯的设置为： s1：表示R1是否可用，初值为1。 s2：表示R2是否可用，初值为1。
进 程 P1 进 程 P2 p(s1) ；申请R1 p(s2)；申请R2 p(s2) ；又申请R2 p(s1)；又申请R1 ．．． ．．． v(s1) ；释放R1 v(s2)；释放R2 ．．． ．．． v(s2) ；释放R2 v(s1)；释放R1
5.4 死锁
分配
R1
申请
死锁的起因 例：对打印机（R1）-输出机（R2）死锁问题的解释 p2 分配
5.4.2 死锁的起因 死锁的必要条件： 互斥条件：涉及的资源为临界资源 部分分配：进程每次仅申请所需资源的一部分，在占有资源以后，还会继续申请新的资源，只有不满足才等待。 不剥夺条件：进程占有的资源，不能被其他进程强行剥夺 环路条件：在进程与资源有向图中，存在有向环。 只要其中一条不成立，死锁就不会发生
操作系统原理 ch5 处理机调度PPT文档95页
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
操作系统原理 是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
天大《操作系统原理》学习笔记五
主 题： 《操作系统原理》学习笔记内 容：《操作系统原理》学习笔记五——设备管理输入设备和输出设备在主机之外，它们统称为外部设备、外围设备。
外部设备是计算机与外部世界进行信息交换的装置。
设备管理是指对计算机系统中除处理机和主存储器以外的所有其它设备的管理。
一、设备分类和设备管理功能：目前的计算机系统，特别是大型计算机都配置有多种设备，它们大部分是用于完成输入输出（I/O）工作。
有的是做为外存储器保存文件信息。
这些设备需要按照不同的种类进行管理和提供给用户使用，操作系统的设备管理提供了有关的功能。
1、设备的分类从数据的传输和组织特性分为两类：l块设备。
以一定大小的数据块为单位输入输出数据的，并且在设备中的数据也是以物理块为单位进行组织和管理的。
l字符设备。
以字符为单位输入输出数据的设备，并且以字符为单位对设备中的信息进行组织和处理。
设备按其所属关系分为：l系统设备。
在操作系统生成时已登记在系统中的标准设备称为系统设备。
l用户设备。
在系统生成时并未登记到系统中，由用户根据其运行需要向系统提供的设备称为用户设备。
设备的处理程序也是由用户提供的。
从系统对资源分配的角度分为：l独占设备。
由一个用户作业独占。
l共享设备。
同时分配给多个用户作业共享使用。
l虚拟设备。
使用虚拟技术把独占设备改造成共享设备。
2．设备管理的设计目标2.1向用户提供使用设备的方便、统一的接口。
面对用户把设备复杂的物理特性屏蔽起来，由操作系统承担起对设备的控制和管理。
向用户提供一个使用设备的统一接口。
2.2设备独立于用户程序。
用户程序不能直接对物理设备进行操作。
操作系统把物理设备逻辑化，仅向用户提供逻辑设备。
用户在程序中使用的是逻辑设备，由操作系统建立逻辑设备与物理设备的联系。
这种特性称为设备无关性2.3充分提高设备利用率和工作效率使设备和处理机能够做到高度的并行工作。
各个设备之间也要能够并行工作从而达到提高设备利用率的目的为各个作业或进程合理地分配各种设备，处理好多个进程对设备的竞争与共享。
《操作系统原理》课件(北大)05
生活中类比例子：
进程的分类： 系统进程 用户进程
系统进程优先于用户进程 daemon: 守护进程/精灵进程
2.进程的基本状态及其转换
进程的三种基本状态： 进程在生命消亡前处于且仅处于三种基本 状态之一
运行
1
2
3
就绪
4
等待
进程的状态及其转换
进程状态转换：
在进程运行过程中，由于进程自身进展情况及外 界环境的变化，这三种基本状态可以依据一定 的条件相互转换 1 就绪—运行 2 运行—就绪 3 运行—等待 4 等待—就绪
进程转换
就绪 --> 运行
调度程序选择一个新的进程运行
运行 --> 就绪
七状态进程模型（续3）
活动
挂起 事件 发生
活动
挂起
挂起 调度
超时
事件 发生
等待 事件
释放
Linux进程状态
Linux的进程状态有五种 TASK_RUNNING：表示进程具备运行的资格，正在运
行或等待被调度执行。进程控制块中有一个run_list成 员，所有处于TASK_RUNNING状态的进程都通过该成 员链在一起，称之为可运行队列
get;
copy;
put;
f
s
t
g
Coend
与时间有关的错误（续2）
f
st g
初始状态 3,4,...,m 2 2 (1,2)
g,c,p
4,5,...,m 3 3 (1,2,3) √
g,p,c
4,5,...,m 3 3 (1,2,2) X
操作系统—资源分配与调度
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13
5.3 资源分配策略
• 5.3.3 优先调度：系统对每个进程(或作业)，都指定一个优先级 以反映请求资源的紧迫程度
• 排序原则：按优先级的高低排序。即：新产生的请求，按其优先 级的高低插入到队列中相应的位置。
• 优点：系统可进行干预，以优化资源的使用方式
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7
5.2 资源分配机制
• 5.2.1 资源描述器（resource descriptor ，RD ） • 资源描述器（表5.1，p121）：描述资源的数据结构。
操作系统通过这些数据结构而感知到资源的存在，并 对资源进行管理。 • 最小分配单位：某一类资源根据需要划分为不可再分 割的基本分配单位。一个最小分配单位通过一个资源 描述器加以描述。
4
5.1 资源管理概述
• 5.1.1 资源管理的目的和任务 • 资源管理的任务 1. 资源数据结构的描述 2. 确定资源的分配原则和调度原则 3. 执行资源分配 4. 存储控制和安全保护
5.
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5
5.1 资源管理概述
• 5.1.2 资源的分类方法（p120） • 物理资源与程序资源 • 单一访问入口资源和多访问入口的资源 • 等同资源 • 虚拟资源
第五章 资源分配与调度
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1
5.1 资源管理概述
• 5.1.1 资源管理的目的和任务 • 什么是资源？ • 资源包括硬件资源和软件资源。是指执
行一个用户程序所需要的全部硬件设备、 软件设施和数据。
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2
5.1 资源管理概述
• 5.1.1 资源管理的目的和任务 • 什么是资源管理？ • 根据不同资源的不同特点，按用户要求
5操作系统原理 (西安交大网络教育 )习题答案
一、单项选择题1、（信号量）是一种只能进行P、V操作的特殊变量。
2、一个进程是（PCB结构与程序和数据的组合）。
3、操作系统中，当（时间片完），进程从执行状态转变为就绪状态。
4，设有三个作业J1，J2，J3同时到达，运行时间分别为T1，T2，T3，且T1≤T2 ≤ T3。
若它们在一台处理机上按单道运行，采用短作业优先算法，则平均周转时间为（T1+ 2/3T2 + 1/3T3）。
5、在操作系统中，死锁出现是指（若干进程因竞争资源而无限等待其他进程释放已占有的资源）6.若系统有三个并发进程，都需要同类资源4个，试问该系统不会发生死锁的最少资源数是( 10 ) 。
7、预防死锁的论述中，（可以通过破坏产生死锁的四个必要条件之一或其中几个的方法，来预防发生死锁）条是正确的论述。
8、关于死锁与不安全状态的关系，下列描述正确的有（死锁是一种不安全状态）：9、银行家算法是一种（死锁避免）算法。
10、以下哪种算法不属于多个分区的可变分区存储管理方式的主存分配算法（最后适应分配算法）11、在固定分区管理方式中，处理器执行作业时，对每条指令中的地址要求满足（下限地址≤绝对地址≤上限地址）12、以下叙述中，不正确的是（采用动态和静态重定位的系统都支持“程序浮动”）13、在页式存储管理中，假定地址用m个二进制位表示，其中页内地址部分占用了n个二进制位，那么最大的作业允许有（2(m-n) ）个页面。
14、关于一个分区的存储管理，以下叙述不正确的是（一个分区的存储管理中，必须采用动态重定位的方式进行地址转换）15、下面哪种算法不属于页式虚拟存储管理中的页面调度算法（优先数调度算法）16、缺页中断率与哪个因素无关（作业的逻辑地址）17、很好地解决了“零头”问题的存储管理方法是（页式存储管理）18、在存储管理中，（可变分区管理）可与覆盖技术配合.19、虚拟存储器的最大容量（由计算机的地址结构决定）20、下述（先进先出）页面淘汰算法会产生BELADY现象.21、计算机系统的二级存储包括（主存储器和辅助存储器）22、以下关于主存空间的说法中正确的是（操作系统与硬件的接口信息、操作系统的管理信息和程序等存放在主存储器的系统区）23、联想存储器在计算机系统中是用于（地址变换）24、以下有关可变分区管理中采用的主存分配算法说法中错误的是（最佳适应算法是最好的算法，但后过的较大作业很难得到满足）25、下面关于重定位的有关描述，错误的是（静态重定位中装入主存的作业仍然保持原来的逻辑地址）26、在可变式分区分配方案中，最佳适应算法是将空闲区在空闲区表中按（容量递增）次序排列27、在分页存储系统中，页表是由（操作系统）建立的28、CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为解决这一矛盾，采用（缓冲技术）29、如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成,这种数据交换方式是（DMA 方式）30、在下列文件的物理结构中，不利于文件长度动态增长的是（连续结构）31、操作系统有多种类型：允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统，称为（分时操作系统）。
《操作系统原理》5资源管理(死锁)习题
第五章死锁练习题(一)单项选择题1．系统出现死锁的根本原因是( )。
A．作业调度不当B．系统中进程太多C．资源的独占性D．资源管理和进程推进顺序都不得当2．死锁的防止是根据( )采取措施实现的。
A．配置足够的系统资源B．使进程的推进顺序合理C．破坏产生死锁的四个必要条件之一D．防止系统进入不安全状态3．采用按序分配资源的策略可以防止死锁．这是利用了使( )条件不成立。
A．互斥使用资源B循环等待资源C．不可抢夺资源D．占有并等待资源4．可抢夺的资源分配策略可预防死锁，但它只适用于( )。
A．打印机B．磁带机C．绘图仪D．主存空间和处理器5．进程调度算法中的( )属于抢夺式的分配处理器的策略。
A．时间片轮转算法B．非抢占式优先数算法C．先来先服务算法D．分级调度算法6．用银行家算法避免死锁时，检测到( )时才分配资源。
A．进程首次申请资源时对资源的最大需求量超过系统现存的资源量B．进程己占用的资源数与本次申请资源数之和超过对资源的最大需求量C．进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和不超过对资源的最大需求量，且现存资源能满足尚需的最大资源量D进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和不超过对资源的最大需求量，且现存资源能满足本次申请量，但不能满足尚需的最大资源量7．实际的操作系统要兼顾资源的使用效率和安全可靠，对资源的分配策略，往往采用( )策略。
A死锁的防止B．死锁的避免C．死锁的检测D．死锁的防止、避免和检测的混合(二)填空题1．若系统中存在一种进程，它们中的每一个进程都占有了某种资源而又都在等待其中另一个进程所占用的资源。
这种等待永远不能结束,则说明出现了______。
2．如果操作系统对______或没有顾及进程______可能出现的情况，则就可能形成死锁。
3．系统出现死锁的四个必要条件是：互斥使用资源，______，不可抢夺资源和______。
4．如果进程申请一个某类资源时，可以把该类资源中的任意一个空闲资源分配给进程，则说该类资源中的所有资源是______。
操作系统原理-(目录版)
操作系统原理一、引言操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它负责管理和协调计算机硬件与软件资源，为用户提供高效、便捷的服务。
操作系统原理是研究操作系统设计、实现和优化的理论基础。
本文将从操作系统的基本概念、功能、结构等方面进行详细阐述，以帮助读者更好地理解操作系统的工作原理。
二、操作系统的基本概念1.定义：操作系统（OperatingSystem，简称OS）是计算机系统中最基本的系统软件，它负责管理和协调计算机硬件与软件资源，为用户提供高效、便捷的服务。
2.功能：操作系统的主要功能包括资源管理、进程管理、存储管理、文件管理、作业管理和用户接口等。
3.目的：操作系统的目的是提高计算机系统的资源利用率，为用户提供良好的运行环境，降低软件开发难度，提高系统稳定性。
4.分类：根据操作系统的功能和特点，可分为批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式操作系统等。
三、操作系统的功能模块1.进程管理：操作系统负责创建、调度、同步和终止进程，以实现多道程序并发执行。
进程管理主要包括进程控制、进程同步、进程通信、进程调度等。
2.存储管理：操作系统负责管理计算机系统的内存资源，主要包括内存分配、内存回收、内存保护、内存扩充等。
3.文件管理：操作系统负责管理计算机系统的文件资源，主要包括文件存储空间分配、文件存取控制、文件目录管理、文件系统优化等。
4.设备管理：操作系统负责管理计算机系统的硬件设备，主要包括设备分配、设备驱动、设备中断处理、设备状态监控等。
5.作业管理：操作系统负责管理用户提交的作业，主要包括作业调度、作业控制、作业监控、作业性能分析等。
6.用户接口：操作系统为用户提供交互界面，使用户能够方便地使用计算机系统。
用户接口主要包括命令接口、程序接口和图形界面等。
四、操作系统的结构1.简单结构：早期操作系统采用简单结构，将所有功能模块集成在一起，如单内核结构。
2.层次结构：为了提高操作系统的模块化程度，层次结构将操作系统划分为多个层次，每个层次实现特定的功能。
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1） 解决资源分配问题； 2） 资源分配中防止出现死锁； 3） 解决资源的存取、使用方法问题； 4 ）提供资源的存取的控制和实施安全保护 措施。
5.1.2 资源的分类方法
1． 2． 3． 4．
物理和程序资源 单入口和多入口资源 等同资源 虚拟资源
5.1.3 资源管理的的机构和策略
5.4 死锁（deadlock ）
5.4.1死锁的概念 死锁是两个或多个进程无止境地等候着 永远不会成立的条件的一种系统状态。 也可以说，死锁是两个或两个以上的进 程中的每一个都在等待其中另一个进程 释放资源而被封锁，它们都无法向前推 进，这种现象称为死锁。
死锁的表示
死锁可以用有向图来表示，有向图形成 环路则形成死锁。例如，有 P1 ， P2 两个 进程，共享一台打印机资源 R1 和一台输 入机 R2 ，在工作使用时，共享资源被独 占。死锁的有向示意图
p2
p3
5.4.2 死锁的起因
1、死锁的起因
死锁的起因是并发进程的资源竞争。产生死 锁的根本原因， 系统提供的资源个数少于并发进程所需要的 该类资源数和进程推进顺序非法。 我们可以采用适当的资源分配算法，以达到 消除死锁的目的。
死锁的图解
进程p1、p2运行线路
说明：R1、 R2各只有1 个。且两进 程只有同时 拥有R1和 R2才可以完 成任务！
打印机R1 P1 输入机R2 P2
例１ 进程推进顺序不当产生死锁。
设系统有打印机、读卡机各一台，它 们被进程Ｐ和Ｑ共享。两个进程并发 执行，它们按下列次序请求和释放资 源：
请求 读卡机 请求 打印机 释放 读卡机 释放 打印机
进程Ｐ
进程Q
请求 打印机
请求 读卡机
释放 读卡机
释放 打印机
说明：
2. 资源描述器 rd 的内 容(见左)：
描述器rd的链接信息
存取权限 密级
5.2.2 资源信息块rid (resource information block)
rib 等待队列头指针
pcb1
pcb2
…
pcbn
可利用资源队列头指针
资源分配程序入口地址
rd1
rd2
…
rdm
5.3 资源分配策略
3、关于死锁的进一步说明
（ 1 ）死锁是进程之间的一种特殊关系， 是由资源竞争引起的僵局关系，因此， 当我们提到死锁时，至少涉及到两个进 程。
虽然单个进程也可能锁住自己，但那是程 序设计错误而不是死锁；
（ 2 ）当出现死锁时，首先要弄清楚被 锁的是哪些进程因竞争哪些资源被锁；
（ 3 ）在多数情况下，一系统出现死锁，是 指系统内的一些而不是全部进程被锁，它们 是因竞争某些而不是全部资源而进入死锁。
5.3.1 概述 对计算机资源进行分配，我们一般考虑三方面 的情况：
1． 如何管理请求资源的队列； 2． 如何对等同资源的选择； 3． 如何确定实施资源分配时机
（1） 处理机空闲； （2） 存储区释放为空闲区； （3）外部设备发生中断；
5.3.2 先请求先服务FIFO（First In First Out）
缺1个 m
n
例４ 对临时性资源使用不加限制引起死锁 进程通信时使用的信件可以看作是一种 临时性资源。如果对信件的发送和接收 不加限制的话，则可能引起死锁。
比如，进程P1 等待进程P3 的 信件S3 ，之后再向进程P2 发 送信件S1； P2 又要等待P1 的信件S1 ，之 p1 后再向P3 发送信件S2； 而P3 也要等待P2 的信件S2 ， 之后才能发出信件S3。 在这种情况下就形成了循环等 待，永远结束不了，产生死锁。
进程Q2 ……… P(s2); 使用r2 P(s1); 使用r1 … V(s2); 释放r2; V(s1); 释放r1; …
(分析)由于Q1 和Q2 并发执行，于是可能产生 这样的情况：
进程Q1 执行了P(s1)后，在执行P(s2)之前，进程Q2 执行了P(s2)，当进程Q1 再执行P(s2)时将等待，此 时，Q2再继续执行P(s1)，也处于等待。 这种等待都必须由对方来释放，显然，这不可能的， 产生了死锁。 注意这里发生死锁未涉及到资源，而是P 操作安排不 当，所以，死锁也可能在不包括资源的情况下产生。
旋转调度
顺序 顺序 柱面号 柱面号 盘面号 盘面号 块号 块号
改进2：由于5 号 柱面要进行3次 访问，所以可以 调整访问顺序， 减少旋转圈数。
11
22 3 4 5 3 4 5
22
55 5 5 5
77
22 3 3 6 3 3 6
77
11 8 5 3 5 8 3
5 40 40
旋转调度：在满足一个磁盘请求时，总是选 取与当前读写磁头旋转方向上最近的那个请 求，使旋转圈数最少。
4、采用剥夺式调度方法可以破坏第三个条件 （不剥夺条件），但剥夺调度方法目前只适用 于对主存资源和处理器资源的分配，当进程在 申请资源未获准许的情况下，如能主动释放资 源（一种剥夺式），然后才去等待，以后再一 起向系统提出申请，也能防止死锁，但这些办 法不适用于所有资源。
解决死锁问题的三个策略（1）
例３ 同类资源分配不当引起死锁
若系统中有m个资源被n个进程共享，当每 个进程都要求k个资源，而m < n*k时（即资 源数小于进程所要求的总数时），如果分配 不得当就可能引起死锁。
例如，m=3，n=3，k=2，采用的分配策略 是为每个进程轮流分配。首先，为每个进程 轮流分配一个资源，这时，系统中的资源都 已分配完了；于是第二轮分配时，各进程都 处于等待状态，导致了死锁。
由于进程P 和Q 执行时，相对速度无法预知，当出 现进程Ｐ占用了读卡机，进程Ｑ占用了打印机后， 进程Ｐ又请求打印机，但因打印机被进程Ｑ占用， 故进程Ｐ处于等待资源状态； 这时，进程Ｑ执行，它又请求读卡机，但因读卡机 被进程Ｐ占用而也只好处于等待资源状态。 它们分别等待对方占用的资源，致使无法结束这种 等待，产生了死锁。 但是如果它们速度有快有慢，避免了上述僵局是可 以不产生死锁的。
第5章 资源分配与调度
主要内容：
1．资源管理概述 2．资源分配机构 3． 资源分配策略 4． 死锁
5.1 概述
如何满足？ 有限资源
众多的请求分配资源
实际上，操作系统进行资源管理时，可 以采用某种技术，使一些相互竞争的进 程共享有的限资源。
5.1.1 资源管理的目的和任务
1． 资源管理的目的
为计算机用户提供一种简单而有效地使用资 源的方法，充分发挥各种资源的作用。其应 达到的目的是：
1） 保证资源的高利用率； 2） 在“合理”的时间内使所有用户有获得所需 资源的机会； 3） 对不可共享的资源实行互斥； 4） 防止由资源分配不当而引起的死锁。
2． 资源管理的任务
这些条件并不完全独立。但单独考虑每个条件 是有用的，只要能破坏这四个必要条件之一， 死锁就可防止。
说明： 1、以上前三个条件是死锁存在的必要条件， 但不是充分条件。 2、第四个条件是前三个条件同时存在时产生 的结果。
3、破坏第一个条件（互斥条件），使资源可同 时访问而不是互斥使用，是个简单的办法，磁盘 可用这种办法管理，但有许多资源往往是不能同 时访问的，所以，这种做法许多场合行不通。
就绪队列表指针
pcb1 pcb2
。。。
pcbn
先
按请求的先后次序
后
5.3.3 优先调度1（优先级高为先）
就绪队列表指针
pcb1 pcb2
。。。
pcbn
按优先级的高低
高 低
单就绪队列
5.3.3 优先调度2（优先级高为先）
高 就绪队列表指针
。。。
优 先 级
。。。
。。。
低
按请求的先后次序 先 后
多就绪队列
1．静态分配资源
静态分配是指一个进程必须在执行前就申请它 所要的全部资源，并且直到它所要的资源都得 到满足后才开始执行。 无疑的，所有并发执行的进程要求的资源总和 不超过系统拥有的资源数。
采用静态分配后，进程在执行中不再申请资源， 因而，不会出现占有了某些资源再等待另一些资 源的情况，即破坏了第二个条件（占有和等待条 件）的出现。静态分配策略实现简单，被许多操 作系统采用。但这种策略严重地降低了资源利用 率。
5.3.4 针对设备特性的调度
扇区
第0道
硬盘图示
5.3.4 针对设备特性的调度（实例） 例如，对 磁盘同时 有5个访 问请求如 左表示。
顺序 1 2 3 4 5 柱面号 5 5 5 40 2 盘面号 2 3 3 6 7 块号 1 8 5 3 7
分析：如果当前移动臂位于1号柱面， 按上述顺序访问移动臂移动如下：
机构
包括描述资源的数据结构、资源共享和互斥的技术等。
பைடு நூலகம்
策略
给出资源管理的的机构的使用方法，即给出资源的使用 方法。
5.2 资源分配机制
5.2.1资源描述器 1 ．描述各类资源的 最小分配单位的数据 结构称为资源描述器
rd（resource descriptor
资源名 资源类型 最小分配单位的大小 最小分配单位的地址 分配标志
解决死锁问题的三个策略（2）
2．动态分配资源 既进行分配资源时，阻止第四个条件（循 环等待条件）的出现。 如：有序资源分配策略。