《处理机调度与死锁》课件

处理机调度与死锁课程概述内容简介学习目标本课程主要介绍处理机调度和死锁两个操作系统核心概念课通过本课程的学习，您将能够理解处理机调度和死锁的基本原程内容涵盖了处理机调度策略的分类、常见调度算法、死锁的理，掌握常见调度算法和死锁处理策略，并能够运用所学知识定义、必要条件、预防策略、避免策略、检测和解除策略，以分析和解决相关问题及资源分配图的构建与应用课程目标理解处理机调度机制理解死锁的概念和产生原因培养分析和解决问题的能力掌握各种调度算法的原理和特点，能够掌握死锁的预防、避免和检测策略，能通过学习处理机调度和死锁问题，培养根据实际情况选择合适的调度算法够解决实际系统中可能出现的死锁问题学生分析问题和解决问题的能力，提高其在实际应用中的解决能力处理机调度概述处理机调度是操作系统中重要的组成部分，负责决定哪个进程应该在何时获得处理机使用权处理机调度算法是操作系统设计的重要组成部分，直接影响着系统的性能，如系统吞吐量、响应时间、资源利用率等调度策略分类批处理系统交互式系统适用于处理大量作业，例如科适合用户交互式操作，例如文学计算或数据分析作业通常本编辑、网页浏览等系统需以批次的方式提交，并按顺序要快速响应用户的输入和操作执行实时系统用于需要及时响应外部事件的应用，例如工业控制、航空航天等系统需要严格的定时约束，保证及时处理事件先来先服务调度算法简单1易于实现公平2所有进程都享有相同的机会非最优3可能导致较长的平均等待时间先来先服务调度算法是最简单的调度算法之一该算法按照进程到达系统的顺序进行调度，先到达的进程先获得处理机该算法的优点是简单易于实现，并且对所有进程都公平，每个进程都有相同的机会获得处理机然而，该算法的缺点是非最优的，它可能导致较长的平均等待时间，因为短作业可能会被长作业阻塞最短作业优先调度算法123算法概述优点缺点选择预计执行时间最短的作业优先执平均周转时间和平均带权周转时间较可能导致长作业长时间等待，无法保行短证短作业的及时完成最短剩余时间优先调度算法算法介绍该算法会选择剩余执行时间最短的进程运行它根据进程剩余时间，而不是整体时间来进行调度优点可有效减少平均等待时间，提高系统吞吐量缺点可能导致短进程优先，长进程被长期延误高响应比优先调度算法响应比1响应比=等待时间+服务时间/服务时间算法2选择响应比最大的进程优先执行特点3兼顾了短作业和长作业的需求多级队列调度算法多个队列1根据优先级划分队列优先级队列2高优先级队列优先执行时间片轮转3每个队列内采用时间片轮转调度多级队列调度算法将进程划分到多个队列，每个队列对应不同的优先级，高优先级队列中的进程优先获得处理机每个队列内部采用时间片轮转调度算法，以确保队列内的公平性优先级调度算法静态优先级1进程创建时就确定动态优先级2进程运行过程中可调整高优先级进程3优先获得CPU时间优先级调度算法根据进程的优先级分配CPU资源死锁概述死锁是指多个进程因竞争资源而陷入的一种互相等待状态，导致系统无法继续执行当每个进程都在等待另一个进程释放资源时，就形成了死锁死锁会造成系统性能下降，甚至导致系统崩溃因此，理解死锁的概念、原因和解决方法非常重要，有助于避免死锁的发生死锁的四个必要条件互斥条件占有且等待条件12资源在任何时刻只能被一个进程使用进程已经占有了至少一个资源，但又申请其他资源，而这些资源被其他进程占有，进程必须等待不可抢占条件循环等待条件34进程已获得的资源在未使用完之前，不能被其他进程抢占存在一个封闭的进程链，链中的每个进程都至少占有一个其他进程正在等待的资源死锁的预防策略破坏互斥条件资源不能独占，例破坏占有并请求条件一次性申请如打印机可以多人共享所有资源，避免占有部分资源后等待其他资源破坏不可剥夺条件允许系统强行破坏循环等待条件给资源排序，剥夺占有资源，例如从低优先级进进程按照顺序申请资源，避免循环程剥夺资源给高优先级进程等待死锁的避免策略资源分配图银行家算法使用资源分配图来描述系统中银行家算法是一种经典的死锁的资源和进程之间的关系，并避免算法，它通过预先分配资通过分析图的特性来判断是否源来确保系统处于安全状态可能发生死锁银行家算法安全状态银行家算法的核心是安全状态的概念它定义了系统中所有进程都能完成运行的状态资源分配算法需要维护一个资源分配矩阵，记录每个进程当前占有的资源数量以及每个资源类型可用的资源数量安全性检查算法通过检查系统当前状态是否处于安全状态来判断是否允许资源分配资源请求当进程请求资源时，算法会模拟分配资源后的状态，并检查是否仍然处于安全状态只有满足安全状态，才会分配资源死锁的检测和解除死锁检测1系统定期运行死锁检测算法，判断系统是否处于死锁状态死锁解除2如果检测到死锁，采取措施解除死锁，恢复系统正常运行安全状态检查算法算法概述安全状态检查算法是用于检测系统是否处于安全状态的一种方法该算法通过分析系统中的资源分配情况，判断系统是否处于安全状态，即是否存在一个安全序列，使得所有进程都能顺利完成步骤该算法主要包括以下步骤

1.构建一个安全序列，

2.检查该序列是否满足安全状态条件应用场景该算法主要用于死锁的预防和避免，通过提前检查系统状态，确保系统不会进入死锁状态死锁检测算法123构建资源分配图寻找环路处理环路利用资源分配图来表示进程和资源之在资源分配图中，如果存在环路，则检测到环路后，需要采取措施来解除间的关系，可以直观地展示资源分配说明系统中存在死锁死锁，例如撤销进程、抢占资源等情况死锁解除算法进程回滚1撤销部分或全部已完成的操作，恢复到之前的状态资源抢占2从一个进程中抢占资源并分配给另一个进程终止进程3终止一个或多个进程以打破死锁资源分配图资源分配图是用来描述系统中进程和资源之间的关系的一种图示方法它可以清晰地表示系统中各个进程对各个资源的申请和占用情况，以及资源之间的依赖关系资源分配图可以帮助我们直观地识别系统中是否出现死锁，以及死锁是如何产生的通过分析资源分配图，我们可以采取相应的策略来预防、避免或解除死锁进程资源分配图资源分配图图示资源分配图是一种图形化工具，用于描述系统中进程和资源之图示中的圆圈代表进程，而矩形代表资源箭头表示进程对资间的关系源的请求或拥有关系资源分配图的构建节点1进程和资源边2进程对资源的请求和占有方向3请求用虚线，占有用实线资源分配图是用于表示系统中进程与资源之间的关系的一种图形表示方法它包含节点和边，节点代表进程和资源，边代表进程对资源的请求和占有，方向指示请求或占有关系资源分配图的死锁检测图的遍历通过遍历资源分配图，检测图中是否存在环路如果存在环路，则说明系统处于死锁状态环路判定当遍历过程中发现一个环路时，该环路中所有进程都无法获得所需的资源，从而处于死锁状态死锁检测结果如果遍历完成后没有发现环路，则说明系统没有处于死锁状态否则，需要采取措施解除死锁死锁检测的复杂度分析Om*n N-P复杂度时间m是资源类型数，n是进程数N是资源总数，P是进程总数死锁解除策略进程终止策略资源抢占策略12选择一个或多个进程，撤销它们，释放它们占有的资源，可从一个或多个进程中抢占某些资源，分配给其他进程，可能能会导致进程丢失会导致资源丢失回滚策略资源补充策略34将一个或多个进程回滚到先前状态，重新分配资源，可能会增加系统资源，例如增加内存或磁盘空间，可能会提高系统降低系统效率效率进程优先级策略为每个进程设置优先级，高优先级的进可通过计时器定期降低进程优先级，避可根据进程的属性（如I/O操作次数）动程优先被分配处理器免低优先级进程一直等待态调整优先级抢占资源策略概念特点当一个进程正在使用某个资源时，另一个进程需要该资源，可可以有效地避免死锁，但可能导致正在运行的进程被中断，降以强行从当前进程手中夺取资源，让另一个进程使用低系统效率进程终止策略强制终止延迟终止优雅终止强行终止一个进程，使其释放占用的资让进程运行一段时间后再终止，以便其给进程发送一个信号，使其有机会清理源，但可能会导致数据丢失或系统不稳完成重要的任务，但可能会占用过多资资源或保存数据后安全退出，避免数据定源或导致其他进程等待丢失或系统故障补充资源策略增加资源资源回收12通过增加系统资源，如内存通过定期回收未使用的资源、CPU或I/O设备，可以缓，可以减少资源的占用，降解资源竞争，降低死锁的可低死锁发生的概率能性资源分配策略3采用更合理的资源分配策略，例如优先级分配、动态分配等，可以减少资源冲突，降低死锁的可能性总结与思考本课程涵盖了操作系统中处理机调度和死锁的关键概念我们学习了各种调度算法，并深入分析了死锁的本质、发生条件以及预防、避免、检测和解除方法。