調(diào)度與死鎖課程概述1課程目標(biāo)深入理解操作系統(tǒng)中進(jìn)程調(diào)度與死鎖的原理和機(jī)制。2課程內(nèi)容涵蓋進(jìn)程調(diào)度算法、死鎖的定義、原因、預(yù)防、避免、解決等方面。3學(xué)習(xí)方式理論講解、案例分析、課堂討論、課后練習(xí)相結(jié)合。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源管理是指對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行有效分配和管理的過(guò)程，以確保資源的使用效率和系統(tǒng)性能。資源管理的關(guān)鍵在于平衡資源的利用率和系統(tǒng)的響應(yīng)速度，以滿足用戶的需求。資源管理涵蓋了多個(gè)方面，包括內(nèi)存管理、處理器調(diào)度、I/O設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理等。這些管理機(jī)制共同協(xié)作，以確保系統(tǒng)能夠高效地運(yùn)行，并滿足用戶的需求。進(jìn)程的調(diào)度1分配資源根據(jù)調(diào)度策略，將CPU等資源分配給不同的進(jìn)程。2提高效率通過(guò)合理調(diào)度，提高系統(tǒng)資源利用率，并保證系統(tǒng)性能。3管理進(jìn)程協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程之間的運(yùn)行，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)度策略時(shí)間片輪轉(zhuǎn)將CPU時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片，按順序分配給就緒隊(duì)列中的進(jìn)程，時(shí)間片用完后進(jìn)程進(jìn)入阻塞隊(duì)列，等待下一次分配時(shí)間片優(yōu)先級(jí)調(diào)度根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程優(yōu)先獲得CPU短作業(yè)優(yōu)先選擇估計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的進(jìn)程優(yōu)先運(yùn)行先來(lái)先服務(wù)算法簡(jiǎn)單易懂該算法易于實(shí)現(xiàn)，無(wú)需復(fù)雜的計(jì)算或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。公平性每個(gè)進(jìn)程按照到達(dá)順序依次獲得資源，避免了優(yōu)先級(jí)偏袒。平均等待時(shí)間長(zhǎng)如果存在短進(jìn)程被長(zhǎng)進(jìn)程阻塞，會(huì)導(dǎo)致整體效率低下。短進(jìn)程優(yōu)先算法定義短進(jìn)程優(yōu)先算法是一種非搶占式調(diào)度算法，它將優(yōu)先權(quán)分配給估計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的進(jìn)程。優(yōu)勢(shì)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間較短，可以有效地減少等待時(shí)間，提高系統(tǒng)效率。劣勢(shì)可能導(dǎo)致長(zhǎng)進(jìn)程長(zhǎng)時(shí)間等待，無(wú)法得到及時(shí)處理，影響系統(tǒng)的公平性。最高響應(yīng)比優(yōu)先算法定義在執(zhí)行每個(gè)進(jìn)程之前，計(jì)算其響應(yīng)比，選擇響應(yīng)比最高的進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行。公式響應(yīng)比=(等待時(shí)間+服務(wù)時(shí)間)/服務(wù)時(shí)間優(yōu)點(diǎn)兼顧了短進(jìn)程優(yōu)先和先來(lái)先服務(wù)算法的優(yōu)點(diǎn)，能有效減少平均等待時(shí)間。多級(jí)反饋隊(duì)列算法多個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列時(shí)間片輪轉(zhuǎn)優(yōu)先級(jí)提升實(shí)時(shí)調(diào)度算法時(shí)間敏感性實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，即使在高負(fù)載情況下。優(yōu)先級(jí)調(diào)度實(shí)時(shí)調(diào)度算法根據(jù)任務(wù)的重要性分配優(yōu)先級(jí)，確保關(guān)鍵任務(wù)的及時(shí)完成。確定性任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間應(yīng)是可預(yù)測(cè)的，以便系統(tǒng)可以可靠地計(jì)劃和管理資源。死鎖的概念相互等待多個(gè)進(jìn)程互相等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有進(jìn)程都無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。資源競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)中的資源有限，多個(gè)進(jìn)程爭(zhēng)搶同一個(gè)資源，導(dǎo)致死鎖。不可搶占進(jìn)程獲得的資源不能被其他進(jìn)程強(qiáng)行奪取，只有進(jìn)程主動(dòng)釋放才能被其他進(jìn)程使用。死鎖的原因競(jìng)爭(zhēng)資源當(dāng)多個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)同一資源時(shí)，如果資源分配不當(dāng)，就可能導(dǎo)致死鎖。例如，兩個(gè)進(jìn)程都需要使用同一臺(tái)打印機(jī)，而打印機(jī)只能被一個(gè)進(jìn)程使用，就會(huì)出現(xiàn)死鎖。進(jìn)程間相互等待當(dāng)多個(gè)進(jìn)程相互等待對(duì)方釋放資源時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)死鎖。例如，進(jìn)程A等待進(jìn)程B釋放資源，而進(jìn)程B又等待進(jìn)程A釋放資源，這樣兩個(gè)進(jìn)程就陷入死鎖狀態(tài)。死鎖的四個(gè)必要條件1互斥條件一個(gè)資源每次只能被一個(gè)進(jìn)程使用。2占有并請(qǐng)求條件一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)占有至少一個(gè)資源，但又請(qǐng)求其他資源，而該資源被其他進(jìn)程占有。3不可剝奪條件進(jìn)程已經(jīng)獲得的資源在未使用完之前不能被其他進(jìn)程強(qiáng)行剝奪。4循環(huán)等待條件存在一個(gè)封閉的進(jìn)程循環(huán)鏈，鏈中的每個(gè)進(jìn)程都在等待鏈中下一個(gè)進(jìn)程所持有的資源。如何檢測(cè)死鎖1資源分配圖通過(guò)構(gòu)建資源分配圖，可以直觀地判斷系統(tǒng)是否存在死鎖，以及死鎖的具體情況。2算法分析使用特定的算法，例如銀行家算法，可以根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)判斷是否存在死鎖，并找出可能導(dǎo)致死鎖的資源和進(jìn)程。3系統(tǒng)監(jiān)控通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)資源的使用情況，觀察進(jìn)程的等待時(shí)間和資源占用情況，可以間接判斷是否存在死鎖。死鎖的預(yù)防破壞互斥條件某些資源可以被多個(gè)進(jìn)程共享，例如打印機(jī)。但對(duì)于一些資源，例如打印機(jī)，必須以互斥的方式進(jìn)行訪問(wèn)。破壞占有并等待條件要求進(jìn)程在申請(qǐng)資源之前，必須釋放它所占有的所有資源。但這可能導(dǎo)致資源利用率低。破壞不可搶占條件如果一個(gè)進(jìn)程占有了某個(gè)資源，而另一個(gè)進(jìn)程需要該資源，則可以從占有該資源的進(jìn)程中搶占資源。破壞循環(huán)等待條件對(duì)資源進(jìn)行線性排序，并要求進(jìn)程按順序申請(qǐng)資源，避免循環(huán)依賴關(guān)系。死鎖的避免安全狀態(tài)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，意味著存在一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行序列，該序列可以使每個(gè)進(jìn)程都能順利執(zhí)行完，而不會(huì)發(fā)生死鎖。資源分配圖資源分配圖可以用來(lái)判斷系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，通過(guò)分析圖的結(jié)構(gòu)，可以避免死鎖的發(fā)生。銀行家算法安全狀態(tài)銀行家算法旨在確保系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)，即存在一個(gè)安全序列，使得所有進(jìn)程都能順利執(zhí)行完并釋放其資源。資源分配策略該算法允許進(jìn)程申請(qǐng)新的資源，但只有當(dāng)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)時(shí)才批準(zhǔn)申請(qǐng)。這樣可以避免死鎖的發(fā)生。死鎖的解決防止死鎖的發(fā)生，通過(guò)破壞死鎖產(chǎn)生的必要條件。避免死鎖的發(fā)生，通過(guò)動(dòng)態(tài)地分配資源，保證系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)。檢測(cè)死鎖的發(fā)生，一旦檢測(cè)到死鎖，就需要采取措施來(lái)解決死鎖。死鎖的處理1預(yù)防通過(guò)破壞死鎖的必要條件來(lái)防止死鎖的發(fā)生。2避免在資源分配過(guò)程中動(dòng)態(tài)地防止死鎖的發(fā)生。3檢測(cè)與解除檢測(cè)系統(tǒng)中是否發(fā)生了死鎖，并采取措施解除死鎖。進(jìn)程掛起技術(shù)1臨時(shí)掛起當(dāng)系統(tǒng)資源不足時(shí)，可將一些進(jìn)程掛起，以釋放資源。2永久掛起當(dāng)進(jìn)程不再需要運(yùn)行時(shí)，將其永久掛起。3掛起/激活操作掛起和激活操作可用于控制進(jìn)程在內(nèi)存中的狀態(tài)。資源分配圖資源分配圖是一種圖形化表示方法，用于描述系統(tǒng)中各個(gè)進(jìn)程對(duì)資源的申請(qǐng)和占用情況。它由若干個(gè)節(jié)點(diǎn)和邊組成，節(jié)點(diǎn)代表進(jìn)程和資源，邊代表進(jìn)程對(duì)資源的申請(qǐng)和占用關(guān)系。通過(guò)分析資源分配圖，可以判斷系統(tǒng)中是否存在死鎖，以及如何進(jìn)行死鎖的預(yù)防和解除。安全序列及其判定1安全序列在資源分配圖中，若存在一個(gè)進(jìn)程序列，使得對(duì)于每個(gè)進(jìn)程，其所需要的資源都能在序列中之前的所有進(jìn)程釋放的資源中找到。2判定判定一個(gè)系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，可以根據(jù)資源分配圖進(jìn)行分析，尋找是否存在一個(gè)安全序列。3安全狀態(tài)如果一個(gè)系統(tǒng)存在一個(gè)安全序列，則該系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，反之則處于不安全狀態(tài)。死鎖的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)死鎖在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中比較常見(jiàn)，比如多個(gè)事務(wù)同時(shí)訪問(wèn)同一數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)死鎖。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中也會(huì)出現(xiàn)死鎖，比如多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)資源時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)死鎖。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)本身也要避免死鎖，否則會(huì)影響系統(tǒng)性能。具體案例分析通過(guò)實(shí)際案例，深入了解調(diào)度與死鎖的應(yīng)用場(chǎng)景和問(wèn)題解決方法。例如，討論銀行家算法在資源分配中的應(yīng)用，以及如何避免死鎖的發(fā)生。分析不同調(diào)度策略在實(shí)際系統(tǒng)中的優(yōu)缺點(diǎn)，以及如何根據(jù)具體需求選擇合適的調(diào)度策略。例如，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和批處理系統(tǒng)對(duì)調(diào)度策略的要求不同。課堂討論深入思考通過(guò)課堂討論，深入理解調(diào)度算法和死鎖的原理，并探討實(shí)際應(yīng)用中的案例。互動(dòng)學(xué)習(xí)與同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)交流，分享不同的觀點(diǎn)和見(jiàn)解，共同解決問(wèn)題，提升學(xué)習(xí)效果。拓展知識(shí)在討論中，發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)進(jìn)一步研究的興趣。課程總結(jié)調(diào)度與死鎖調(diào)度與死鎖是操作系統(tǒng)中兩個(gè)重要的概念，涉及到如何管理系統(tǒng)資源和避免資源競(jìng)爭(zhēng)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性。課程收獲通過(guò)本課程，我們了解了調(diào)度策略、死鎖的概念、原因、預(yù)防、避免和處理方法，掌握了相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)踐技巧。復(fù)習(xí)與展望回顧課程內(nèi)容重新審視“調(diào)度與死鎖”的概念，加深理解。鞏固知識(shí)體系通過(guò)練習(xí)和案例分析，將理論應(yīng)用于實(shí)踐。拓展學(xué)習(xí)領(lǐng)域關(guān)注最新的調(diào)度算法和死鎖解決技術(shù)，不斷提升。課程回顧調(diào)度策略我們學(xué)習(xí)了多種調(diào)度策略，包括先來(lái)先服務(wù)、短進(jìn)程優(yōu)先、最高響應(yīng)比優(yōu)先、多級(jí)反饋隊(duì)列和實(shí)時(shí)調(diào)度算法。死鎖我們探討了死鎖的概念、原因、條件和處理方法，并學(xué)習(xí)了銀行