第五章 资源分配与调度
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第五章 资源分配与调度
5.1 资源管理概述 5.2 资源分配机制 5.3 资源分配策略 5.4 死锁
5.1 资源管理概述
一. 资源管理的目标
1、保证资源的高利用率； 2、在“合理”时间内使所有顾客有获得所需资源的机会 ； 3、对不可共享的资源实施互斥使用； 4、防止由资源分配不当而引起的死锁。
二. 资源管理的功能
直至死锁消失； ④ 从某个存在的中间检测点重新启动各死锁进程。
第五章 小结
一．资源管理概念 二．资源分配机制 1． 资源描述器：定义、内容、组织形式 2． 资源信息块：定义、结构 三．资源分配策略 1． 常用的两种分配策略：先请求先服务、优先调度策略 2． 针对设备特性的调度策略：旋转调度、移臂调度
p(Sn); p(Sb); 过B桥； v(Sb); 过弯道； p(Sa); v(Sn); 过A桥； v(Sa); }
• 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
• 这样就破坏了环路条件，避免了死锁的发生。
二. 资源信息块
资源信息块：描述某类资源的请求者、可用资源情 况和该类资源分配程序等必要信息的数据结构。
等待队列头指针 可利用资源队列头指针 资源分配程序入口地址
pcb1
pcb2
rd1
rd2
pcbk rdn
例1：主存资源描述
分区主存分布
0
OS 20K 作业A 46K
66K
64K
130K 作业B 100K
解：设进程i所需资源数为ri，根据题意： r1+ r2+……+ rp<p+m 即
(r1-1)+ ( r2 -1) +……+ ( rp -1) <m 因此，在最坏的情况下也至少有一个进程能得
到它所需的所有资源，从而可以运行完毕，之后就 可以释放它所占有的资源，近而使所有进程运行完 毕。
5-6
弯道
运河
四．死锁 1． 死锁的定义及例子 2． 产生死锁的原因、必要条件 3． 死锁的预防：资源静态分配 4． 死锁的避免：有序资源分配方法、银行家算法 建议作业题：5-4、5-6
5-5 P个进程共享m个同类资源，每一个资源在 任一时刻只能供一个进程使用，每一进程对任 一资源都只能使用一有限时间，使用完便立即 释放。并且每个进程对该类资源的最大需求量 小于该类资源的数目。设所有进程对资源的最 大需求数目之和小于p+m。试证：该系统中不 会发生死锁。
位置上。而当资源可用时，选取队列中第一个请求，并满
足其需要。
pcbi pcbj
pcbk
…
rib
等待队列头指针 可利用资源队列头指针 资源分配程序入口地址
按优先级高低排序
先
后
三. 针对设备特性才的调度
例：磁盘调度 以尽量减少磁盘旋转次数和活动臂的移臂长度 为原则。
5.4 死锁
一. 死锁的概念
为了最大限度地利用计算机系统资源，操作系 统应采用动态分配各类资源的策略。然而，采用这 种策略时，若分配不当可能出现这种危险：两个或 几个进程彼此之间出现互相等待的情况，即每个进 程都“抓住”一些为其它进程所等待的资源不放， 其结果是谁也得不到所申请的全部资源，所有这些 进程都无法继续运行。
1、资源数据结构的描述 构造资源分配所需的数据结构，应包含该资源的物 理名、逻辑名、类型、地址、分配状态等信息。
2、确定资源的分配原则 (调度原则) 确定资源分配原则，即决定资源应分给谁，何时分
3、实施资源分配 根据所确定的资源分配原则以及用户的要求，执行
资源分配。当资源使用完毕后，收回资源以便重新分 配给其他作业和进程使用。
M-rib
等待队列指针
66K 内存分配程序 入口地址
230K
26K
256K
pcbi
pcbj
…
rd1
标志 0 大小 64K 勾链字
rd2
标志 0 大小 64K 勾链字
例2：中央处理机资源描述
cpu - rib
ready-q-start
pcb1
pcb2
pcbk
running
scheduler-addr
缺点：①资源利用率低。 ②作业等待时间长。
五. 死锁的避免
1. 有序资源使用法 系统中的所有资源类都分给一个唯一的序
号，并要求每个进程均应严格按照递增的次序 请求资源。
有序资源使用法破坏了产生死锁的环路条 件，从而不可能产生死锁。
缺点：对于实际资源使用顺序与资源序号 不一致的作业仍存在着资源浪费现象。
1. 产生死锁的原因 ① 资源不足 ② 进程推进次序不合适
2. 产生死锁的必要条件 ① 互斥条件 一个资源一次只能被一个进程使用。 ② 不可剥夺条件 一个资源仅能被占有它的进程释放。 ③ 部分分配 一个进程已占有了一些资源，但仍然要求其它资源。 ④ 环路条件 系统中存在着一个由若干个进程形成的环形请求链。
B
A
100m
河道
公路
Main() { int Sa=Sb=1; int Sn=n; cobegin Pship( ); Pcar( ); coend }
Pship( ) {
p(Sa); 船头过A桥； p(Sb); 船头过B桥； 船尾过A桥； v(Sa); 船尾过B桥； v(Sb); }
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Pcar( ) {
pcb5
5.3 资源分配策略
策略是要给出资源分配机构的使用方法，它涉及到在 相应资源满足的情况下，批准请求的决策。这也就是要指定 一个资源分配的原则，当某类资源有空闲时，将它分配给哪 一个请求者？分多少？占用多长时间？确定这样一类问题的 原则就是资源分配的策略。
一. 先请求先服务
排序原则：按请求的先后次序排序。 每一个新产生的请求均排在队尾，而当资源可用时，资 源分配程序则从队列中选取第一个请求，并满足其需要。
pcbi pcbj
pcbk
…
rib
等待队列头指针 可利用资源队列头指针 资源分配程序入口地址
按请求的先后次序
先
后
二. 优先调度
在优先调度策略下，对于每一个进程(或作业)要指定一
个优先级，优先级反映了进程要求处理的紧迫程度。
排序原则：按优先级的高低排序。
每一个新产生的请求，按其优先级的高低插到相应的
例1：资源竞争产生死锁 进程P
进程Q
: 请求读卡机
: 请求打印机
: 释放读卡机
: 释放打印机
:
: 请求打印机
: 请求读卡机
: 释放读卡机
: 释放打印机
:
例2：P、V操作使用不当产生死锁
进程P
进程Q
: P（S1）；
: P（S2）；
: V（S1）；
: V（S2）；
:
: P（S2）；
: P（S1）；
: V（S2）；
• 此时，系统中只剩下2个资 源，这时就要考察能满足哪 个进程，不能满足P和R的最 大要求，能满足Q，于是将 剩下的2个资源分配给Q，Q 就能完成，然后释放所占用 的6个资源。
• 可满足P，也可满足R，这时 不论分给谁都能保证完成。
六. 死锁的检测与恢复
1. 死锁的检测
① 由系统提供检测算法 ②由计算机操作员检测
4、存取控制和安全保护 对资源的存取进行控制并对资源实施安全保护措施。
三. 资源的静态分配和动态分配
1. 资源的静态分配 系统对作业一级采用资源静态分配方法。 系统在调度作业时，根据作业所需资源进行分配；并在
作业运行完毕时，收回所分配的全部资源。这种分配通常称 为资源的静态分配。
2. 资源的动态分配 系统对进程一级采用资源静态分配方法。 系统在进程运行中，根据进程提出的资源需求，进行资
: V（S1）；
:
注：S1、S2的初值为1
例3：资源竞争产生死锁
m个资源被n个资源共享，每个进程要求k个资 源，则当 m<=n*(k-1) 时，如果分配不当就可能发 生死锁。
死锁的定义：在两个或多个并发进程中，如果 每个进程持有某种资源而又都等待着别的进程释放 它或它们现在保持着的资源，否则就不能向前推进。 此时每个进程都占用了一定的资源但又都不能向前 推进，称这一组进程产生可死锁。
二. 死锁的起因和条件
P2 进 展
D2
C2
N
B2
危险区
A2
A1
A1: P1 request (r1) B1: P1 request (r2) C1: P1 release (r1) D1: P1 release (r2)
B1 C1 D1
P1进展
A2: P2 request (r2) B2: P2 request (r1) C2: P2 release (r2) D2: P2 release (r1)
r1
P1
P2
r2
资源——进程有向图
只有四个条件都发生时才会产生死锁
三. 解决死锁问题的策略
1. 预防死锁 （采用静态资源分配法） 2. 避免死锁 （动态资源分配，采用有控分配避免死锁） 3. 当死锁发生时检测出死锁，并设法修复。
四. 死锁的预防
预先静态分配法：仅当系统能满足作业运 行时所需的全部资源时，才把该作业调入内存 运行，同时在作业运行前，将其所需的全部资 源一次性地分配给该作业。作业在运行过程中 不再提出新的资源要求。
2. 银行家算法 检查申请者对各类资源的最大需求量，如
果系统现存的各类资源可以满足它的最大需求 量，就满足当前的申请。
缺点： ①必须事先知道每个进程的资源最大需求量。 ②算法过于保守。 ③要求系统资源与用户数不变。
• 例子：假定系统有10个资源 （为了说明问题的简单，不 管它是什么资源），目前分 配的情况如上表：
通常的方法是程序员的经验，如UNIX系统中， 可考察进程的运行时间。在UNIX系统中有命令PS 可显示进程占用CPU的时间，若发现有一组进程在 一段时间内没有占用CPU，就认为这类进程出现了 死锁。
2. 死锁的恢复
① 撤消陷于死锁的全部进程； ② 逐个撤消陷于死锁的进程，直到死锁不存在； ③ 从陷于死锁的进程中逐个强迫放弃所占用的资源，
源的动态分配和回收。这种分配通常称为资源的动态分配。
5.2 资源分配机制
• 描述资源的管理和控制信息的数据结构称为资源分配 的机构 。
• 在教材上列出了两种：
•
资源描述器
资源信息块
• 在实际的系统中，会根据实际需要设计相应的数据结 构。例如：进程管理主要管理的机构：PCB、就绪队 列和各种等待队列。
一. 资源描述器
资源描述器：描述各类资源的最小分配单位的数据 结构。
如：主存最小分配单位： 在分区分配中——主存分区
磁盘最小分配单位： 磁盘面中的一个扇区
资源描述器的内容
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 描述器链接信息 存取权限 密级 最后一次存取时间 记帐信息 资源其它特性
5.1 资源管理概述 5.2 资源分配机制 5.3 资源分配策略 5.4 死锁
5.1 资源管理概述
一. 资源管理的目标
1、保证资源的高利用率； 2、在“合理”时间内使所有顾客有获得所需资源的机会 ； 3、对不可共享的资源实施互斥使用； 4、防止由资源分配不当而引起的死锁。
二. 资源管理的功能
直至死锁消失； ④ 从某个存在的中间检测点重新启动各死锁进程。
第五章 小结
一．资源管理概念 二．资源分配机制 1． 资源描述器：定义、内容、组织形式 2． 资源信息块：定义、结构 三．资源分配策略 1． 常用的两种分配策略：先请求先服务、优先调度策略 2． 针对设备特性的调度策略：旋转调度、移臂调度
p(Sn); p(Sb); 过B桥； v(Sb); 过弯道； p(Sa); v(Sn); 过A桥； v(Sa); }
• 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
• 这样就破坏了环路条件，避免了死锁的发生。
二. 资源信息块
资源信息块：描述某类资源的请求者、可用资源情 况和该类资源分配程序等必要信息的数据结构。
等待队列头指针 可利用资源队列头指针 资源分配程序入口地址
pcb1
pcb2
rd1
rd2
pcbk rdn
例1：主存资源描述
分区主存分布
0
OS 20K 作业A 46K
66K
64K
130K 作业B 100K
解：设进程i所需资源数为ri，根据题意： r1+ r2+……+ rp<p+m 即
(r1-1)+ ( r2 -1) +……+ ( rp -1) <m 因此，在最坏的情况下也至少有一个进程能得
到它所需的所有资源，从而可以运行完毕，之后就 可以释放它所占有的资源，近而使所有进程运行完 毕。
5-6
弯道
运河
四．死锁 1． 死锁的定义及例子 2． 产生死锁的原因、必要条件 3． 死锁的预防：资源静态分配 4． 死锁的避免：有序资源分配方法、银行家算法 建议作业题：5-4、5-6
5-5 P个进程共享m个同类资源，每一个资源在 任一时刻只能供一个进程使用，每一进程对任 一资源都只能使用一有限时间，使用完便立即 释放。并且每个进程对该类资源的最大需求量 小于该类资源的数目。设所有进程对资源的最 大需求数目之和小于p+m。试证：该系统中不 会发生死锁。
位置上。而当资源可用时，选取队列中第一个请求，并满
足其需要。
pcbi pcbj
pcbk
…
rib
等待队列头指针 可利用资源队列头指针 资源分配程序入口地址
按优先级高低排序
先
后
三. 针对设备特性才的调度
例：磁盘调度 以尽量减少磁盘旋转次数和活动臂的移臂长度 为原则。
5.4 死锁
一. 死锁的概念
为了最大限度地利用计算机系统资源，操作系 统应采用动态分配各类资源的策略。然而，采用这 种策略时，若分配不当可能出现这种危险：两个或 几个进程彼此之间出现互相等待的情况，即每个进 程都“抓住”一些为其它进程所等待的资源不放， 其结果是谁也得不到所申请的全部资源，所有这些 进程都无法继续运行。
1、资源数据结构的描述 构造资源分配所需的数据结构，应包含该资源的物 理名、逻辑名、类型、地址、分配状态等信息。
2、确定资源的分配原则 (调度原则) 确定资源分配原则，即决定资源应分给谁，何时分
3、实施资源分配 根据所确定的资源分配原则以及用户的要求，执行
资源分配。当资源使用完毕后，收回资源以便重新分 配给其他作业和进程使用。
M-rib
等待队列指针
66K 内存分配程序 入口地址
230K
26K
256K
pcbi
pcbj
…
rd1
标志 0 大小 64K 勾链字
rd2
标志 0 大小 64K 勾链字
例2：中央处理机资源描述
cpu - rib
ready-q-start
pcb1
pcb2
pcbk
running
scheduler-addr
缺点：①资源利用率低。 ②作业等待时间长。
五. 死锁的避免
1. 有序资源使用法 系统中的所有资源类都分给一个唯一的序
号，并要求每个进程均应严格按照递增的次序 请求资源。
有序资源使用法破坏了产生死锁的环路条 件，从而不可能产生死锁。
缺点：对于实际资源使用顺序与资源序号 不一致的作业仍存在着资源浪费现象。
1. 产生死锁的原因 ① 资源不足 ② 进程推进次序不合适
2. 产生死锁的必要条件 ① 互斥条件 一个资源一次只能被一个进程使用。 ② 不可剥夺条件 一个资源仅能被占有它的进程释放。 ③ 部分分配 一个进程已占有了一些资源，但仍然要求其它资源。 ④ 环路条件 系统中存在着一个由若干个进程形成的环形请求链。
B
A
100m
河道
公路
Main() { int Sa=Sb=1; int Sn=n; cobegin Pship( ); Pcar( ); coend }
Pship( ) {
p(Sa); 船头过A桥； p(Sb); 船头过B桥； 船尾过A桥； v(Sa); 船尾过B桥； v(Sb); }
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Pcar( ) {
pcb5
5.3 资源分配策略
策略是要给出资源分配机构的使用方法，它涉及到在 相应资源满足的情况下，批准请求的决策。这也就是要指定 一个资源分配的原则，当某类资源有空闲时，将它分配给哪 一个请求者？分多少？占用多长时间？确定这样一类问题的 原则就是资源分配的策略。
一. 先请求先服务
排序原则：按请求的先后次序排序。 每一个新产生的请求均排在队尾，而当资源可用时，资 源分配程序则从队列中选取第一个请求，并满足其需要。
pcbi pcbj
pcbk
…
rib
等待队列头指针 可利用资源队列头指针 资源分配程序入口地址
按请求的先后次序
先
后
二. 优先调度
在优先调度策略下，对于每一个进程(或作业)要指定一
个优先级，优先级反映了进程要求处理的紧迫程度。
排序原则：按优先级的高低排序。
每一个新产生的请求，按其优先级的高低插到相应的
例1：资源竞争产生死锁 进程P
进程Q
: 请求读卡机
: 请求打印机
: 释放读卡机
: 释放打印机
:
: 请求打印机
: 请求读卡机
: 释放读卡机
: 释放打印机
:
例2：P、V操作使用不当产生死锁
进程P
进程Q
: P（S1）；
: P（S2）；
: V（S1）；
: V（S2）；
:
: P（S2）；
: P（S1）；
: V（S2）；
• 此时，系统中只剩下2个资 源，这时就要考察能满足哪 个进程，不能满足P和R的最 大要求，能满足Q，于是将 剩下的2个资源分配给Q，Q 就能完成，然后释放所占用 的6个资源。
• 可满足P，也可满足R，这时 不论分给谁都能保证完成。
六. 死锁的检测与恢复
1. 死锁的检测
① 由系统提供检测算法 ②由计算机操作员检测
4、存取控制和安全保护 对资源的存取进行控制并对资源实施安全保护措施。
三. 资源的静态分配和动态分配
1. 资源的静态分配 系统对作业一级采用资源静态分配方法。 系统在调度作业时，根据作业所需资源进行分配；并在
作业运行完毕时，收回所分配的全部资源。这种分配通常称 为资源的静态分配。
2. 资源的动态分配 系统对进程一级采用资源静态分配方法。 系统在进程运行中，根据进程提出的资源需求，进行资
: V（S1）；
:
注：S1、S2的初值为1
例3：资源竞争产生死锁
m个资源被n个资源共享，每个进程要求k个资 源，则当 m<=n*(k-1) 时，如果分配不当就可能发 生死锁。
死锁的定义：在两个或多个并发进程中，如果 每个进程持有某种资源而又都等待着别的进程释放 它或它们现在保持着的资源，否则就不能向前推进。 此时每个进程都占用了一定的资源但又都不能向前 推进，称这一组进程产生可死锁。
二. 死锁的起因和条件
P2 进 展
D2
C2
N
B2
危险区
A2
A1
A1: P1 request (r1) B1: P1 request (r2) C1: P1 release (r1) D1: P1 release (r2)
B1 C1 D1
P1进展
A2: P2 request (r2) B2: P2 request (r1) C2: P2 release (r2) D2: P2 release (r1)
r1
P1
P2
r2
资源——进程有向图
只有四个条件都发生时才会产生死锁
三. 解决死锁问题的策略
1. 预防死锁 （采用静态资源分配法） 2. 避免死锁 （动态资源分配，采用有控分配避免死锁） 3. 当死锁发生时检测出死锁，并设法修复。
四. 死锁的预防
预先静态分配法：仅当系统能满足作业运 行时所需的全部资源时，才把该作业调入内存 运行，同时在作业运行前，将其所需的全部资 源一次性地分配给该作业。作业在运行过程中 不再提出新的资源要求。
2. 银行家算法 检查申请者对各类资源的最大需求量，如
果系统现存的各类资源可以满足它的最大需求 量，就满足当前的申请。
缺点： ①必须事先知道每个进程的资源最大需求量。 ②算法过于保守。 ③要求系统资源与用户数不变。
• 例子：假定系统有10个资源 （为了说明问题的简单，不 管它是什么资源），目前分 配的情况如上表：
通常的方法是程序员的经验，如UNIX系统中， 可考察进程的运行时间。在UNIX系统中有命令PS 可显示进程占用CPU的时间，若发现有一组进程在 一段时间内没有占用CPU，就认为这类进程出现了 死锁。
2. 死锁的恢复
① 撤消陷于死锁的全部进程； ② 逐个撤消陷于死锁的进程，直到死锁不存在； ③ 从陷于死锁的进程中逐个强迫放弃所占用的资源，
源的动态分配和回收。这种分配通常称为资源的动态分配。
5.2 资源分配机制
• 描述资源的管理和控制信息的数据结构称为资源分配 的机构 。
• 在教材上列出了两种：
•
资源描述器
资源信息块
• 在实际的系统中，会根据实际需要设计相应的数据结 构。例如：进程管理主要管理的机构：PCB、就绪队 列和各种等待队列。
一. 资源描述器
资源描述器：描述各类资源的最小分配单位的数据 结构。
如：主存最小分配单位： 在分区分配中——主存分区
磁盘最小分配单位： 磁盘面中的一个扇区
资源描述器的内容
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 描述器链接信息 存取权限 密级 最后一次存取时间 记帐信息 资源其它特性