处理及调度与死锁
1.处理机调度：多道程序环境下，动态的把处理机分配给就绪队列中的一个进程使之执行。
2.提高处理机的利用率、改善系统性能，很大程度上取决于处理机调度的性能。
3.处理机调度便成为OS设计的中心问题之一。分配的任务由处理机调度程序完成。
一.处理机调度的基本概念
作业进入系统驻留在外存的后备队列上，再至调入内存运行完毕，可能要经历下述三级调度。
1.高级调度（High Scheduling）（管理的方面比较多）
又称作业调度或长程调度(Long-Term Scheduling),接纳调度(Admission Scheduling)
主要在早期批处理阶段，处理在外存上的作业。
1）决定外存后备队列中的哪些作业调入内存;
2）为它们创建进程、分配必要的资源;
3）将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。
PS：外存的作业形成队列，调度在队列中进行选择，选择后创建进程。
2.中级调度（Intermediate-Level Scheduling）
又称交换调度或中程调度（Medium-Term Scheduling）
引入目的：提高内存利用率和系统吞吐量。根据条件将一些进程调出或再调入内存。
3.低级调度（Low Level Scheduling）
也称为进程调度、微观调度或短程调度（Short-Term Scheduling）
决定内存就绪队列中的哪个进程获得处理机，进行分配工作。是最基本的一种调度，在三种基本OS中都有。
进程调度的方式：非抢占方式、抢占方式
|进程调度方式 |进程调度时机 |特点
|非抢占方式 |程序完成；发生某事件阻塞；|实现简单、系统开销小；功能也简单，适用于大多数批处理OS，但在要求较严格的实时系统，不宜采用该方式
|抢占方式 | 程序完成；发生某事件阻塞；新进程就绪； |抢占的原则有很多种：优先权高的可以抢占优先级低的进程的处理机。短作业（进程）可以抢占长作业（进程）的处理机。各进程按时间片运行，一个时间片用完时重新进行调度。
调度程序的任务职能：调度和分派。
(1) 记录系统中所有进程的有关情况
(2) 确定分配处理机的原则
(3) 分配处理机给进程
(4) 从进程收回处理机
PS：
1.三种调度的频率和复杂度
进程调度：运行频率最高，算法不能太复杂，以免占用太多的CPU时间。分时系统通常10~100ms便进行一次。
作业调度：一个作业运行完毕退出系统时即触发重新调度一个新作业入内存，周期较长，大约几分钟一次。因而也允许作业调度算法花费较多的时间。
中级调度：运行频率基本上介于上述两种调度之间。
2.三种调度程序的比较
调度类型 运行频率 运行时间 算法复杂性
进程调度 高 短 低
中程调度 中等 较短 中等
作业调度 低 长 高
二.调度队列模型
不论高级、中级或者低级调度，都涉及到进程队列，由此形成了三类调度队列模型。从这三种方式中体验调度的过程。
① 仅有进程调度的调度队列模型
② 具有高级和低级调度的调度队列模型
③ 同时具有三级调度的调度队列模型
1）仅有进程调度的调度队列模型
常见情况：分时系统。（时间片调度：先来先入队）
通常仅设置进程调度，用户键入的命令和数据，都直接送入内存。
调度对象：处于就绪状态的进程。
组织形式：栈、树或一个无序链表
用何种形式取决于OS类型和采用的调度算法。如：分时系统中把就绪进程组织成FIFO队列形式：按时间片轮转方式运行。
进程调度过程中每个进程在执行时按规定的时间片算法，在给定时间片内任务有三种执行情况：
① 完成工作，释放处理机进入完成状态
② 未完成，将该任务再放入就绪队列末尾
③ 因某事件而被阻塞，被OS放入阻塞队列
2）具有高级和低级调度的调度队列模型
批处理系统中，还需要作业调度
3）同时具有三级调度的调度队列模型
引入中级调度后，进程的状态变化：
就绪状态：分为内存就绪和外存就绪。
阻塞状态：分为内存阻塞和外存阻塞。
中级调度使进程在上述状态间变化，并使数据在内外存间互换。
三、选择调度方式和调度算法的若干准则
不同的情况和对象需求不同，适用的方式和算法也不同，所以没有哪种算法是最好的。
1）面向用户的准则
周转时间短：
针对批处理系统的性能指标。作业从提交到完成所经历的时间。
响应时间快：针对分时系统。用户输入一个请求（如击键）到系统给出首次响应（如屏幕显示）的时间
均衡性：系统响应时间的快慢与用户所请求的复杂性相适应。
截止时间的保证：针对实时系统的性能指标。开始截止时间和完成截止时间。任务必须按规定的时间开始或完成，调度方式和算法必须能保证该要求。
优先权准则：三大基本OS在调度算法的选择时都可遵循。可以使关键任务达到更好的指标。
2）面向系统的准则
系统吞吐量高：批处理系统的重要指标。
单位时间内所完成的作业数，跟作业本身（与作业平均长度密切相关）和调度算法都有关系；
处理机利用率好(主要针对大中型主机)
各类资源的平衡利用(主要针对大中型主机)
不同系统需求各有侧重，所以在选择算法上也有不同。
各系统的需求情况：
批处理系统(作业量小的先做)：平均周转时间短、系统吞吐量高、处理机利用率好。
分时系统：响应时间快、均衡。
实时系统：截至时间的保证、可预测性。
PS:
1.时长的表示：
1）CPU执行用时Ts
2）总的等待时间Tw = 在后备队列中等待 + 就绪队列上等待+ 阻塞队列中等待（等待I/O操作用时）
3）周转时间T=Ts+Tw
4）带权周转时间W= T/Ts
5）平均周转时间、平均带权周转时间（n个作业求平均）
2.处理机的利用率就是CPU的真正工作时间。