操作系统原理第五章资源分配及调度
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-资源分配
操作系统-资源分配操作系统资源分配在我们日常使用计算机或其他智能设备时，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个高效的管家，默默地管理着各种资源，确保各个程序和任务能够顺利运行。
其中，资源分配是操作系统的核心功能之一。
想象一下，我们的计算机系统就像一个繁忙的工厂，有各种各样的任务在同时进行，比如运行软件、处理数据、连接网络等等。
而资源，就像是工厂里的原材料、设备和工人，包括 CPU 时间、内存空间、磁盘存储、网络带宽等等。
操作系统需要合理地分配这些资源，以满足不同任务的需求，同时避免资源的浪费和冲突。
让我们先来说说 CPU 资源的分配。
CPU 是计算机的大脑，它的运算速度非常快，但也是有限的。
如果多个程序同时请求 CPU 时间，操作系统就需要决定哪个程序先获得，哪个程序需要等待。
这就像是一个老师在课堂上分配回答问题的机会，要保证每个学生都有公平的机会，同时也要让课堂的进度不被耽误。
操作系统通常采用时间片轮转的方法来分配 CPU 时间。
这意味着每个程序都会被分配一个固定的时间片，在这个时间片内，程序可以使用 CPU 进行计算。
当时间片用完后，操作系统会暂停当前程序，切换到下一个程序，依次轮流进行。
这种方式可以保证每个程序都能得到一定的 CPU 资源，不会有某个程序一直独占 CPU 而导致其他程序无法运行。
除了 CPU 时间，内存也是一项重要的资源。
当我们打开多个程序时，它们都需要占用一定的内存空间来存储数据和代码。
如果内存不足，系统可能会变得卡顿甚至崩溃。
操作系统通过内存管理来解决这个问题。
内存管理包括内存分配和回收两个方面。
当一个程序需要使用内存时，操作系统会为其分配一块合适大小的内存空间。
当程序结束运行或不再需要某些内存时，操作系统会将其回收，以便再次分配给其他程序使用。
为了提高内存的利用率，操作系统还会采用一些技术，比如虚拟内存。
虚拟内存使得计算机可以使用硬盘空间来模拟内存，当物理内存不够用时，将一部分暂时不用的数据存储到硬盘上，从而为正在运行的程序腾出更多的内存空间。
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)； ┆ ┆
资源分配与调【PPT课件】
5.1.2 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。
当一个进程(或程序)运行前，将它要求的资源一次分配给该 进程，直到该进程终止，释放其占用的所有资源。
(3) 动态避免死锁的方法
为了提高设备的利用率，可采用动态的设备分配方法，但 应设法避免发生死锁，若存在发生死锁的可能性，则拒绝 分配。
预防死锁： 采用的分配策略本身就否定了产生死锁的四个必要条件之 一，这就保证了不会发生死锁；
死锁避免： 在动态分配资源的策略下采用某种算法来预防可能发生的 死锁，从而拒绝可能产生死锁的某个资源请求。
(2) 资源信息块的内容
2. 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。 每个新产生的请求，按优先级的高低插到相应的位置。而 当资源可用时，选取队列中第一个请求，并满足其需要。
优先级的确定：主要由系统来确定，并可动态改变。 使用范围：由于系统开销大，主要适用于系统中的紧缺资 源。便于资源的动态分配。
l任意一个进程要求资源的最大数量不超过系统能提供的
最大量
l如果一个进程在执行中提出的资源要求能得到满足，那
么它一定能在有限的时间内结束
l一个资源在任何时刻最多只被一个进程所占有 l一个进程一次申请一个资源，且只在资源得不到满足时
才处于等待状态
l一个进程结束时释放它所占有的全部资源 l 系统具有有限个进程和资源
磁盘的最小分配单位：磁盘面中的一个扇区
(2)资源描述器的内容
2024版《操作系统第五章》ppt课件
云计算、大数据等新技术对操作系统影响
要点一
云计算对操作系统的影响
要点二
大数据对操作系统的影响
云计算是一种基于互联网的计算方式，它将计算资源和服务 以虚拟化的形式提供给用户。云计算对操作系统提出了新的 要求，如支持虚拟化技术、提供弹性资源调度、保障数据安 全性等。
大数据是一种基于海量数据的存储和处理技术，它要求操作 系统能够提供高效的数据存储、管理和处理能力。为了适应 大数据的需求，操作系统需要采用一系列优化技术，如分布 式文件系统、内存数据库等，提高数据处理效率和可靠性。 同时，还需要加强对数据安全和隐私的保护。
要点二内 地址两部分组成。
要点三
内存分配
在为进程分配内存时，以块为单位将进 程中的若干个页分别装入到多个可以不 相邻接的物理块中。
分段存储管理方式
基本原理
地址结构
分段存储管理方式是按照用户进程中的 自然段划分逻辑空间。例如，用户进程 由主程序、两个子程序、符号表、栈和 一组数据组成，于是可以把这个用户进 程划分为5个段，每一段的起始地址由 用户给出。
进程通信
指进程之间的信息交换。进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此 各进程拥有的内存地址空间相互独立。为了保证安全，一个进程不能直接访问另一 个进程的地址空间。但是进程之间的信息交换又是必须实现的。
03
CATALOGUE
内存管理
内存基本概念及原理
01
内存定义
内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机
中断技术原理及应用
01
中断技术应用
02
实现多道程序并发执行。
03
实现实时处理。
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- 选择题
操作系统原理- 选择题操作系统原理- 选择题1. 进程管理1.1 什么是进程？答：进程是计算机中正在运行的程序的实例。
它是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
1.2 进程的状态有哪些？答：进程的状态包括就绪、运行和阻塞三种状态。
1.3 进程的调度算法有哪些？答：进程的调度算法包括先来先服务调度算法、短作业优先调度算法、最高优先级调度算法和轮转调度算法等。
1.4 什么是进程同步？答：进程同步是指多个进程在共享资源的情况下，按照一定的规则进行合作，以避免产生竞态条件。
1.5 进程的通信方式有哪些？答：进程的通信方式包括共享存储器通信、消息传递通信和管道通信等。
2. 内存管理2.1 什么是虚拟内存？答：虚拟内存是一种将物理内存和磁盘存储结合起来使用的技术。
它提供了一种抽象的、统一的地址空间。
2.2 虚拟内存的作用是什么？答：虚拟内存可以扩充物理内存的容量，使得更多的进程能够在有限的物理内存下运行。
2.3 什么是页面置换算法？答：页面置换算法是虚拟存储管理中用来选择被换出页面的算法。
2.4 常用的页面置换算法有哪些？答：常用的页面置换算法有最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法和时钟置换算法等。
2.5 什么是页面抖动？答：页面抖动指的是系统频繁地进行页面置换，导致性能下降。
3. 文件系统3.1 什么是文件系统？答：文件系统是指计算机操作系统中用于组织和管理存储设备上文件的一组功能和方法。
3.2 文件系统的基本组成有哪些？答：文件系统的基本组成包括文件、目录和文件操作接口等。
3.3 文件系统的各级目录有什么作用？答：文件系统的各级目录用于组织和管理文件，实现文件的层次结构管理。
3.4 文件系统的文件保护机制有哪些？答：文件系统的文件保护机制包括访问控制表、文件权限和文件加密等。
3.5 文件系统的磁盘空间管理方式有哪些？答：文件系统的磁盘空间管理方式包括位图、索引节点和空闲块链表等。
4. 设备管理4.1 什么是设备管理？答：设备管理是指操作系统对计算机中的各种设备进行管理和控制。
资源分配与调度
云计算平台
总结词：降低成本
详细描述：云计算平台采用按需付费的模式，用户只需为其实际使用的资源付费，从而降低成本。
云计算平台
总结词
数据安全保障
详细描述
云计算平台提供完善的数据加密和安全防护措施，确保用户数据的安全性和隐 私性。
大数据处理系统
总结词
高效处理能力
详细描述
大数据处理系统具备高效的数据处理能力， 能够快速处理海量数据，满足各种数据分析 需求。
提高决策效率
详细描述
ERP系统提供实时数据和报表，帮助企业做出更快速、准确的决策，从而提高企业的竞争力。
企业资源计划（ERP）系统
总结词
强化供应链管理
VS
详细描述
ERP系统通过整合供应链资源，优化供应 商和客户的合作关系，实现更高效的供应 链管理。
企业资源计划（ERP）系统
总结词
支持多元化业务
详细描述
任务延迟问题
任务延迟问题
由于任务之间的依赖关系或资源冲突，可能导致某些 任务无法按时完成。
解决方案
优化任务调度算法，引入动态调整策略，根据任务执 行情况和资源可用性进行实时调度，确保任务按时完 成。
系统扩展性问题
系统扩展性问题
随着业务规模的不断扩大，现有系统可能无法满足资 源分配与调度的需求。
解决方案
详细描述
贪婪分配通过比较任务的优先级或权重，优 先满足最高优先级或权重最大的任务或进程 。这种策略可以保证高优先级或权重大的任 务或进程得到足够的资源，提高系统性能和 响应速度。但需要注意的是，贪婪分配可能 会导致低优先级或权重小的任务或进程得不 到足够的资源，造成系统不稳定或效率低下
。
04
资源调度的优化
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
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
资源分配与调度
8
产生死锁旳原因和必要条件
产生死锁旳根本原因：系统资源不足
21
5.3.6 死锁旳防止
例2：设系统中有3种类型资源(A、B、C)和5个进程P1、P2、P3、P4
、P5。已知A、B、C旳总数量为[17,5,20]，在T0时刻旳状态如表
5-1所示。
进程
最大需求矩阵
A
B
C
已分配矩阵
A
B
C
P1
5
5
9
1
2
P2
5
3
6
4
0
2
P3
4
0
11
4
0
5
P4
4
2
5
2
0
4
P5
4
2
4
16
死锁旳防止
1、有序资源分配法
系统中全部资源都给定一种唯一旳编号，全部分配祈 求必须以上升旳顺序进行。当遵守上升顺序旳规则时， 若资源可用，则予以分配；不然，祈求者等待。
17
5.3.6 死锁旳防止
2、银行家算法
操作系统在动态分配过程中对每一次旳分配都要采用某 种策略去判断一下目前旳分配有无造成死锁旳可能性， 没有则实施分配，有则拒绝分配，从而动态地防止死锁
v1至他o：2wi少所d至hp有使ilh多e一用il只(1ot种过rs允uo哲旳ep许)h学两e四{r1家支(个i能筷n哲t够子i学)进，{家餐从同，而步最可进终使餐总更，会多以释旳确放哲保出学
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______。
操作系统调度与资源管理
操作系统调度与资源管理现代计算机系统中的操作系统扮演着重要的角色，它负责管理计算机的各种资源，并为用户提供良好的使用体验。
其中，操作系统的调度和资源管理是关键的组成部分。
本文将介绍操作系统调度与资源管理的基本概念、调度算法以及资源管理策略。
一、调度的概念及作用调度是操作系统中的一个重要任务，它负责决定系统中各个进程的执行顺序，以及为每个进程分配CPU时间。
调度的目标是提高系统的吞吐量、响应时间和资源利用率。
调度算法根据不同的调度准则，将就绪队列中的进程选择出一个最优进程来执行。
常用的调度准则包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转等。
二、调度算法的分类和特点1. 非抢占式调度算法非抢占式调度算法指在进程执行期间，不允许其他进程抢占CPU 资源。
例如，先来先服务（FCFS）和最短作业优先（SJF）算法。
先来先服务（FCFS）算法按照进程到达的先后顺序，依次分配CPU时间片，适用于长作业的场景。
但是，FCFS算法容易产生“饥饿”现象，即长作业占用了所有的CPU时间，导致其他短作业无法得到执行。
最短作业优先（SJF）算法根据进程的执行时间，选择最短的作业先执行。
SJF算法能够最大限度地减少平均等待时间，但对于预测作业的执行时间存在困难。
2. 抢占式调度算法抢占式调度算法指在进程执行期间，其他高优先级的进程可以抢占CPU资源。
例如，优先级调度和时间片轮转算法。
优先级调度算法为每个进程分配一个优先级，优先级高的进程优先获得CPU资源。
优先级调度算法是一种灵活的调度策略，但可能导致低优先级进程长时间等待。
时间片轮转算法将CPU时间分成固定大小的时间片，每个进程按顺序执行一个时间片，然后切换到下一个进程。
时间片轮转算法适用于多用户的分时系统，确保每个用户都能得到一定的CPU时间。
三、资源管理的概念及策略资源管理是操作系统中的另一个重要任务，它负责对系统的各种资源进行分配和管理，包括CPU、内存、设备等。
操作系统的进程调度与资源管理
操作系统的进程调度与资源管理操作系统是计算机系统中最为重要的软件之一，它负责管理和调度计算机中的进程以及分配和管理系统资源。
进程调度和资源管理是操作系统中两个核心的功能，对于系统的性能和效率有着重要的影响。
本文将深入探讨操作系统的进程调度与资源管理。
一、进程调度进程调度是指操作系统根据一定的策略从就绪队列中选择一个进程，并将CPU的控制权转交给选定的进程。
常见的进程调度算法有先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、轮转法、优先级调度以及多级队列调度等。
1. 先来先服务（FCFS）先来先服务是最简单的调度算法，即按照进程到达的顺序进行调度。
当一个进程结束后，才会调度下一个进程执行。
这种算法的优点是简单易懂，但是缺点是会导致长作业等待时间过长，可能出现"饥饿"现象。
2. 最短作业优先（SJF）最短作业优先是根据进程的执行时间进行调度，执行时间短的优先执行。
这种算法可以减少平均等待时间，提高系统的吞吐量。
然而，该算法容易导致长作业的"饥饿"问题，因为短作业总是优先执行。
3. 轮转法轮转法是将CPU的控制权按时间片轮转分配给每个进程，每个进程按照轮转周期依次执行。
这种算法适用于多任务系统，能够公平地分配CPU时间。
然而，此算法可能导致进程运行时间过长或时间片过短，影响系统的响应速度。
4. 优先级调度优先级调度是根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行。
这种算法可以根据系统的需求给不同的进程分配不同的优先级，保证重要任务能够及时得到执行。
但是，如果优先级设置不当，可能会导致优先级反转等问题。
5. 多级队列调度多级队列调度算法将进程根据优先级划分为多个队列，每个队列具有不同的调度算法。
常见的多级队列调度策略有固定优先级、时间片轮转等。
这种算法能够根据进程的特性和要求进行灵活调度，提高系统的效率和响应速度。
二、资源管理资源管理是操作系统的另一个重要功能，通过合理分配和管理系统资源，保证进程能够按照预期顺利执行。
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系统对进程一级采用资源动态分配方法。 系统在进程运行中，根据进程提出的资源需求，进行
资源的动态分配和回收。称为资源的动态分配。
2
5.1 资源管理概述
资源管理的目的
目的：为用户提供一种简单而有效地使用资源的方法， 充分发挥各资源的作用。
应达到的目标：
保证资源的高利用率； 在“合理”时间内使所有顾客有获得所需资源的机会； 对不可共享的资源实施互斥使用； 防止由资源分配不当而引起死锁。
多访问入口资源（可以为多个进程共享使用） 等同资源（多个完全相同的设备） 虚拟资源（cpu、一定容量的主存、数量有限的外设），如
虚拟存储器
3. 资源管理的机构和策略
机构：进行资源分配的必需的基本设施和部件，它包括描 述资源状态的数据结构、保证资源互斥的同步机构及资源 请求排队的手段。
策略：这些机构所使用的方法，资源分配的原则
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 死锁概念
5.1 资源管理概述
1. 资源管理的目的和任务
资源的静态分配和动态分配 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。称为资 源的静态分配。
┅
表头
高
Hale Waihona Puke 按优先级的高低排序低
按优先级高低排列的就绪队列
12
5.3 死锁
一. 死锁的概念
1. 死锁的例子 （1）同类资源的死锁 （2）非同类资源的死锁
进程p1、p2 共享一台打印机和一台光标记阅读机 时刻t1，进程 p1——占用打印机
进程 p2——占用光标记阅读机。 时刻t2，进程 p1——又请求光标记阅读机
局面。
14
5.3 死锁
进程A
┆
p(s1)； 占用R1 v(s1)；
┆
p(s2)； 占用R2 v(s2)；
┆
┆
进程B
┆
p(s2)； 占用R2 v(s2)；
┆
p(s1)； 占用R1 v(s1)；
┆
┆
A进程
┆
p(s1) 占用R1 p(s2)； 又占用R2
┆
v(s1 ) ┆
v(s2)； ┆
进程B
┆
p(s2)； 占用R2 p(s1)； 又占用R1
6
5.2 资源分配机制
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 记账信息
0 20KB 52KB
os
作业1
66KB 作业3
130KB
作业4
230KB
256KB1
主存
7
5.2 资源分配机制
2. 资源信息块
什么是资源信息块（rib）
描述某类资源的请求者、可用资源和该类资源分配程 序等必要信息的数据结构。
对于每一类可利用的资源，可将其组织成可利用资源 队列。在资源信息块中有指向这两个队列的队列指针， 另外还有一项为该类资源分配程序的入口地址 。
资源分配程序是接收分配命令把资源分配给请求者的 例程。 资源分配程序包括：分配程序和回收程序。
8
5.2 资源分配机制
资源信息块的内容
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
┅
pcbk
rd1
rd2
rdn
┅
资源分配程序
9
5.3 资源分配策略
资源分配的方式取决于设计者所选择的目标，以及与应用 每一类资源相联系的特定限制。
目的是使吞吐率尽可能地高，响应时间尽可能地短，即既 要充分地利用系统各种资源，又要尽可能地满足用户要求。
一个资源进行分配的问题，在一般情况下，是由这样两个 方面组成的：管理请求的排队站（分配策略）与在等同资 源间选择资源。
分配程序可以用不同的策略选择进程请求；
按照请求来到的次序进行查看； 将进程请求者的优先权结合到每一个请求中； 满足能更合理地应用这一资源的那个请求。
10
5.3 资源分配策略
┆
v(s2)； ┆
v(s1)； ┆
15
5.3 死锁
2. 什么是死锁
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，称这一组进程产生了死锁。
死锁是两个或多个进程被无限期地阻塞、相互等待的一 种状态。
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
4
5.1 资源管理概述
2. 资源的分类方法
物理资源和程序资源(处理器、外设等；消息或文件等) 单一访问入口资源（不可重入，只能为一个进程使用）和
先
后
按请求的先后次序
按自然顺序排列的队列
11
5.3 资源分配策略
(2) 优先调度
在优先调度策略下，对于每一个进程要指定一个优先级，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。
进程 p2——又请求打印机
13
5.3 死锁
(2) 用信号灯的P、V操作描述死锁
设进程A与进程B共享一台打印机(R1) 和一台光标记阅 读机(R2) 。
用信号灯的P、V操作表示资源的申请和释放。 信号灯设置—— s1：表示R1可用，初值为1。
s2：表示R2可用，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
5
5.2 资源分配机制
1. 资源描述器
什么是资源描述器
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)。
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
描述器的组织方式取决于资源分配单位的数量和这一 数量是固定不变的、还是可以变化的这一特征。
1. 常用的资源分配策略
(1) 先请求先服务(FIFO(First In First Out)策略)
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。
这种策略可用于对进程或作业的调度，或外设、主存分配 表头
┅