第三章 处理机调度与死锁
3.1 处理机的调度层次
- 高级调度：又称长调度或作业调度，用于调度作业。主要功能是将外存上处于后备队列的作业调入内存，为他们创建进程，分配资源，并将他们放入就行队列中。高级调度主要用于多道批处理系统中，在分时和实时系统中不设置高级调度。
- 低级调度：进程调度或短程调度，调度对象是进程，主要工作是决定就绪队列中那个进程获得处理机，在多道批，分时，实时这三种系统中都必须有低级调度。
- 中级调度：内存调度，为了提高内存利用率和系统吞吐量，把暂时不用的进程，调至外存等候（挂起），当机会合适时，又重新调入内存。
3.2 处理机调度算法的目标
1. 处理机利用率： CPU利用率=（CPU的有效工作时间）/(CPU有效工作时间+CPU空闲等待时间)
- 公平性，使所以进程都合理的获得CPU时间
- 平衡性
- 策略强制执行
- 批处理系统目标：平均周转时间，带权周转时间（作业的周转时间与系统为它提供的服务的时间之比）短，系统吞吐量高，处理机利用率高。
- 分时系统的目标：响应时间快，均衡性。
- 实时系统的目标：截止时间保证（必须完成的最迟时间），可预测性。
作业和作业调度
1. 作业：作业不仅包含了通常的程序和数据，而且还应配有一份作业说明书。在批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存的 2. 作业步：在作业运行期间，每个作业必须经过若干个相互独立又相互关联的顺序加工步骤才能得到，每一个加工步骤就叫一个作业步。 3. 作业控制块JCB：保存了系统对作业进行管理和调度的全部信息。 4. 作业运行的三个阶段：收容阶段（把作业输入在硬盘上，再为该作业建立JCB，并放入后备队列中）。运行阶段（从第一次进入就绪状态开始，到运行结束）。完成阶段（作业运行完成） 5. 作业三状态：后备状态，运行状态，完成状态 6. 先来先服务算法FCFS：即可用于作业调度，也可用于进程调度。 7. 段作业优先SJF：效率最高，但不公正。可分别用于进程调度和作业调度，采用它时，无法实现人机交互 8. 优先级调度算法PSA：根据外部赋予的优先级 9. 高响应比优先级调度HRRN：既考滤运行时间，又考虑等待时间。优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间；等待时间+要求服务时间=响应时间。非常的公平。
进程调度
1. 进程调度的任务：保存处理机现场信息，按某种算法选取进程，把处理机分配给进程。 2. 进程调度机制：排队器（将就绪进程先放排队器内，一旦成为就绪状态，就立即放入就绪队列中）。分配器（从就绪队列中出来，等待上下文切换），上下文切换器（完成旧信息的保留，新信息的装入）。 3. 非抢占式：不因时钟中断或任何原因去抢占当前正在运行进程的处理机。 4. 抢占方式：可以防止一个长进程长时间占用处理机，在分时系统中，只有抢占方式才能实现人机交互。允许优先权高的抢占当前进程，短进程优先，时间片原则（当前进程的一个时间片完成后，理解进行重新调度）。 5. 轮转调度算法：每隔一段时间进行一次中断，完成一次调度，将CPU分配给队首进程。 6. 进程切换时机：若一个时间片还没有结束，正在运行的进程便已经完成，就立即激活调度程序；或在一个时间片用完时，进程还没有结束，就把它放队尾，让队首进程获得CPU。 7. 多级反馈队列调度算法：不必事先知道各进程所需时间。设置多个就绪队列，不同队列优先级不同，优先级越高，赋予的时间片越短。每个队列都采用FCFS算法。每当一个新进程进入时，先放在第一队列末尾，如果可以在一个时间片内完成，那就就结束，否则下放到第二个队列中.....依次这样，直到到最后一个队列中，执行RR方式到结束。始终先调度优先级高的
死锁问题
1. 资源： 可重用资源：每一个可重用资源单元只能分配给一个进程使用，系统中每一类可重用资源都是相对固定的。可消耗资源：在运行期间由进程动态产生的 2. 可抢占性资源（CPU和主存）和不可抢占资源（打印机等）。 3. 竞争不可抢占资源，引起死锁，竞争可消耗资源引起死锁，进程推进顺序不当引起死锁。 4. 死锁必要条件：互斥条件，请求和保持条件，不可抢占条件，循环等待 5. 处理死锁的方法：预防死锁，避免死锁，检测死锁，解除死锁。
预防死锁
1. 破坏请求保持和条件：一个进程在开始运行之前，必须一次性的申请其在整个运行过程中所需要的全部资源；或允许只获得运行初期所需要的资源，在运行过程中，逐步释放不需要资源，然后再请求新的所需资源。 2. 破坏不可抢占条件：当一个已经保持了一些不可抢占资源的进程，提出新的资源请求而不能得到满足时，它必须释放已经保持的所有资源。 3. 破坏循环等待条件：给资源进行编号，排序，规定低的能申请高的，但高的要申请低的，必须先释放比他更高的。