1、( Scheduling and Deadlock ),处理机调度与死锁,在多道程序系统中，一个作业从提交到执行完成，要经历多级调度，调度的好坏要影响系统的运行性能，因此调度是多道系统的关键。为了改善系统资源的利用率和提高系统处理能力，多道程序系统中采用多个进程的并发执行，但它也可能发生死锁的危险，研究死锁的原因和产生条件，采用预防死锁、避免死锁、检测死锁和解除死锁等多种方法防止死锁是多道程序系统重要的研究课题。,熟悉处理机三级调度概念和处理机调度模型，掌握作业的状态和作业调度的功能。掌握进程调度的方式和功能，熟悉调度方式和算法的选择准则，掌握七种调度算法及适合范围。掌握死锁的定义和产生死锁的
2、原因，掌握死锁的四个必要条件；熟悉预防死锁的方法，熟练掌握银行家算法及其在死锁避免中的应用；掌握资源分配图的简化及其死锁定理，熟悉解除死锁的方法。,要求,几种OS的简单回顾,批处理操作系统多道程序设计系统分时系统实时系统,作业和进程的关系,作业是用户需要计算机完成某项任务时要求计算机所做的工作的集合。作业的完成要经过作业提交、作业后备、作业执行和作业完成四个阶段。进程是对已提交完毕程序的执行过程的描述，是资源分配的基本单位。,（1）作业是用户向计算机提交任务的实体，而进程是完成用户任务的实体； （2）一个作业可由多个进程组成，且必须至少由一个进程组成。（3）作业的概念主要用在批处理操作系统中，
3、而进程的概念则几乎用在所有的多道程序操作系统中。,提交状态：一个作业在其处于输入设备进入外部存储设备的过程称为提交状态后备状态（收容状态）：输入管理系统不断地将作业输入到外存对应部分（或称输入井），如果一个作业的全部信息已全部输入到输入井，在它还没有被调度去执行前，该作业处于后备状态。运行状态：作业一旦被作用调度程序选中而被送入主存中投入运行。完成状态：作业运行完毕，但它所占用的资源尚未被系统全部回收时，该作业处于完成状态,作业状态及其转换图,spooling系统,提交,收容,外存,就绪,等待,运行,就绪,等待,交换调度,完成,作业调度,进程调度,处理机调度的层次,引言处理机调度的主要目的：分
4、配处理机调度影响的因素：响应的及时性进程是否能在限定时间内获得处理机，对用户进行响应周转时间（等待时间+使用CPU时间）进程是否等待时间太长系统吞吐量CPU是否总是用在刀刃上,调度类型,调度的类型与模型1.调度类型从调度层次：高级调度低级调度中级调度从OS类型：批处理、分时、实时、多处理机调度,（1）高级调度作业调度或长程调度对象：外存上后备队列中的作业动作：调入内存、创建进程、分配资源、新进程进入就绪队列决策内容：接纳作业量、作业类型,高级调度,高级调度,高级调度（作业调度、长程调度）按一定原则对外存输入井上的作业进行调度，并建立进程PCB。它决定允许哪些作业竞争系统资源。由于这种调度决定哪
5、些作业可以进入系统，所以也称收容调度。作业一旦被系统收容，就形成进程。为了管理和调度作业，在多道处理系统中为每个作业设置一个作业控制块（JCB）。所做的工作：1 选择作业； 2 分配资源；3 建立作业的进程； 4 建立有关的表格 5 作业的善后处理。,低级调度（进程调度或短程调度）,对象：就绪队列中的进程动作：决定由哪个进程获得CPU调度方式：非抢占式抢占式,低级调度进程并发执行,高级调度,低级调度（进程调度/短程调度）它决定了存在就绪进程时，哪一个就绪进程将分配到中央处理机，并且把中央处理机实际分配给这个进程（即低级调度是将处理机分配给进程）。 低级调度是由每秒可操作许多次的处理机调度程序执
6、行，处理机调度程序应常驻内存。,进程调度方式,进程调度的方式非抢占式（非剥夺式）现运行进程的CPU使用权不能被中途强行剥夺除非进程主动放弃抢占式（剥夺式）系统按照某种原则剥夺现行进程的CPU使用权将CPU使用权分配给其他进程抢占原则优先权原则时间片原则短进程优先原则,进程调度过程,进程调度对象：就绪队列中的进程进程调度功能及过程记录当前进程的状态、保存CPU现场选取适当的就绪进程进程调度算法分配处理机：恢复选取进程的现场,CPU,就绪队列,交互用户,1,2,3,进程调度,进程调度时机（调度时刻）,阻塞队列,交互用户,阻塞,进程调度,就绪队列,结束,时间片完,唤醒,现进程运行完毕,现进程阻塞,优
7、先权高的进程进入就绪队列,现进程“超时”,/被中断,CPU,中级（Medium-term）调度,中级调度中程调度对象：外存中因暂时不能运行而被挂起的进程动作：将外存挂起的进程激活，调入内存，进入就绪队列目的：提高内存利用率和系统吞吐量,处理机三级调度,中级调度（中程调度）它决定允许哪些进程竞争处理机。中级调度通过使进程临时挂起和激活的方法对系统负载波动作出反映，以便获得平稳的系统操作和实现较好的系统综合性能目标，中级调度的作用使作为作业进入系统和将中央处理机分配给这些作业二者之间的一个缓冲。 引入中级调度的目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量。,处理机三级调度图：,作业调度 作业运行状态,外
8、存(盘)交换区,作业后备状态,作业提交状态,作业完成状态,终止作业,就绪态,阻塞态,外存,中级调度,作业是用户向计算机提交任务的任务实体。 进程是计算机为了完成用户任务实体而设置的执行实体。 显然，计算机要完成一个任务实体，必须要有一个以上的执行实体，一个作业总是由一个以上的多个进程组成。,作业与进程的关系,作业调度和进程调度的区别,作业调度为进程活动做准备，进程调度使进程活跃起来。作业调度次数少，进程调度频繁。有的系统可以 无作业调度，但进程调度必不可少。,调度队列模型和调度准则,1.仅有进程调度的调度队列模型 在分时系统中通常仅设置了进程调度。此时系统有一个就绪队列，每个进程运行一个时间片
9、，进程运行一个时间片后如未完成，则被放在就绪队列末尾。如进程运行中因等待某事件（例如申请I/O而等待I/O完成），则需排入阻塞队列，系统因阻塞的原因不同可设几个阻塞队列。,1.单级调度队列模型（仅有进程调度）,阻塞队列,交互用户,阻塞,进程调度是最基本的调度，必须配置,CPU,进程调度,就绪队列,结束,时间片完/被中断,唤醒,2.具有高级调度和低级调度的调度队列模型,在多道批处理系统中，一般处理机管理设置作业和进程两级调度。它比第一个模型增加了高级调度。模型增加了在磁盘的作业后备队列，作业调度的任务是从作业后备队列中选一个作业为它创建至少一个进程，并分配资源，将它排入内存进程就绪队列末尾。,2
10、.二级调度队列模型（作业、进程调度）,CPU,就绪队列,阻塞队列,时间片完,阻塞,唤醒,进程调度,作业调度,在批处理或类似系统中需要从外存后备队列中调入作业,3.同时具有三级调度的调度队列模型,在通用系统的多模式OS中，一般采用具有三级调度的调度队列模型，由于多模式OS同时支持批处理、分时和实时处理，所以它必须具有以上模型，具有三级调度的调度队列模型如图所示：,CPU,就绪队列,阻塞队列,时间片完,阻塞,唤醒,挂起,挂起,事件出现,外存阻塞队列,外存就绪队列,配置中级调度机制可以提高内存利用率,进程调度,作业调度,中级调度,从多个目标（就绪进程）中选取一个进程投入运行准则,面向用户,面向系统,
11、周转时间,响应时间,截止时间,优先权,系统吞吐量,处理机利用率,各类资源的利用,短,快,保证,可设置,大,高,平衡,调度方式和算法的选择准则,调度方式和算法的选择准则,1.面向用户的准则和评价周转时间短:它是评价批处理系统的重要性能指标。作业周转时间Ti是指从作业提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。 平均周转时间T = 1/n 平均带权周转时间 W = 1/n 一个作业的带权周转时间Wi=Ti/Tsi（作业的周转时间Ti/实际服务时间Tsi） 响应时间快 响应时间是评价分时系统的性能指标。响应时间是从用户通过键盘提交一个请求开始，直至系统首次产生响应为止的时间。,调度方式和算法的选择
12、准则-1,截止时间的保证 它是用来评价实时系统的重要指标，截止时间是某任务必须执行的最迟时间，或完成的最迟时间。优先权准则 在选择批处理、分时和实时系统的调度算法时，都可引用优先权准则，以便让那些紧急的作业（或事件），得到及时的处理。在要求较严格的场合，往往还需选择抢占调度方式，才能保证紧急作业得到及时的处理。2.面向系统的准则达到系统设计目标 系统的设计目标是选择算法的主要依据。例如批处理系统所追求的是充分发挥和提高计算机的效率，分时系统则侧重于保护用户的请求及时给予响应，实时系统所关心的是不要丢失实时信息并给予处理。,调度方式和算法的选择准则-2,系统吞吐量大 这是用来评价批处理系统的重要指标。系统吞吐量是单位时间内完成的作业数，它与批处理作业的平均长度具有密切关系。处理机利用率高 对于大中型多用户系统，由于CPU价格十分昂贵，所以处理机利用率成为衡量大、中型系统性能的重要指标，但对单用户微机或某些实时系统，该准则就不那么重要。各类资源的平衡利用 在大中型系统中，有效地利用各类资源（包括CPU、外存、I/O设备等）也是一个重要指标，对于微型机和某些实时系统，该准则也不重要。,
