计算机操作系统（慕课版）第三章学习笔记

1.1 调度的层次
高级调度、低级调度和中级调度。
中级调度：在内存和外存对换区之间按照给定的原则和策略选择进程对换。
目的：

• 提高主存利用率，调节系统负荷
• 进行程序的调试、检查和改正；
• 当系统出现故障或某些功能受到破坏时，需要挂起某些进程以排除故障。

1.2 进程调度的方式
非抢占方式和抢占方式（允许调度程序根据某种原则，去暂停某个正在执行的进程，将已分配给该进程的处理机重新分配给另一进程）

1.4 批处理系统的目标

• 平均周转时间短：每个任务运行时等待的时间尽量短。
• 系统吞吐量大：单位时间内系统完成的作业数尽量多。（与作业的长度有关，作业越短越好）
• CPU利用率高：保持CPU尽可能忙碌（与作业的计算量有关，作业计算量越大越好)
  
  2.1 关于周转时间等概念
  周转时间：从作业提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。
  周转时间=完成时刻－提交时刻
  平均周转时间=周转时间／n
  带权周转时间：权值为作业周转时间T与系统为之服务时间TS之比

2.2 进程调度算法
先来先服务调度算法(FCFS)
短作业优先调度算法(SJF)
优先级调度算法(PR)
高响应比优先调度算法(HRRN)
教材P79

2.3 先来先服务（FCFS）调度算法

假定作业到达顺序如下: J1 , J2 , J3 该调度的甘特图(Gantt)为:

平均等待时间 = (0 + 24 + 27)/3 = 17
平均周转时间 = (24 + 27 + 30)/3 = 27
FCFS算法有利于长作业，不利于短作业
FCFS有利于CUP繁忙的作业，不利于I/O繁忙的作业

2.4 短作业优先（SJF）调度算法
（1）非抢占式SJF举例


平均等待时间 = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4
平均周转时间=(7+10+4+11)/4= 8

（2）抢占式SJF举例


平均等待时间 = (9 + 1 + 0 +2)/4 = 3
平均周转时间 = (16+ 5 +1+ 6)/4 = 7

优点：缩短作业的等待时间； 提高吞吐量；
缺点：对长作业不利,可能长时间得不到执行；未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级；难以准确估计作业的执行时间

2.5 优先级调度算法PR

• 优先级类型
  • 静态优先级
    -创建进程时确定优先数(整数)，在进程的整个运行期间保持不变
    • 简单易行，系统开销小
    • 不够精确，可能会出现优先级低的进程长期没有被调度的情况
  • 动态优先级
    • 创建进程时先赋予其一个优先级，然后其值随进程的推进或等待时间的增加而改变

(1) 非抢占式静态优先级调度算法举例


平均周转时间=((7-0)+(15-2)+(16-4)+(11-5))/4=8.5
平均等待时间=(0+9+11+2)/4 = 5.5

(2) 抢占式优先权算法—静态优先权例


平均周转时间=((11-0)+(9-2)+(16-4)+(8-5))/4=8.25
平均等待时间=(7+3+11+0)/4 = 5.25

优点：实现简单，考虑了进程的紧迫程度；灵活
缺点：饥饿——低优先级的进程可能永远得不到运行
解决方案:老化——视进程等待时间的延长提高其优先级

2.6 高响应比优先权调度算法
响应比公式：

例题：
在一个单道的程序设计系统中，有3个作业J1、J2、J3，它们到达输入井的时间分别为8：50、9：00、9：30，它们需要执行的时间分别为1.5小时、0.4小时、1小时。
系统在10：00按响应比高者优先算法对它们进行调度，请回答：
（1）作业被选中执行的次序是什么？
（2）三个作业被选中时的响应比分别是多少？

响应比＝等待时间+要求服务时间/要求服务时间=作业周转时间/作业运行时间＝1＋作业等待时间/作业运行时间
以J1为例，它的作业计算时间是1.5小时，即90分钟；J1从8：50到达输入井，在10：00时刻，J1的等待时间为70分钟，因此响应比为
J1：1＋70分钟/90分钟=1.77
J2：1＋60分钟/24分钟=3.5
J3：1＋30分钟/60分钟=1.5
因此按照响应比高者优先算法，优先调度J2。
在10：24，J2完成。这时计算J1、J3的响应比：
J1：1＋（70＋24）分钟/90分钟=2.04 J3：1＋（30＋24）分钟/60分钟=1.9
按照响应比高者优先算法，优先调度J1。
在11：54，J1完成，系统调度J3，
J3的响应比为1＋（30＋24＋90）分钟/60分钟=3.4
因此，作业被选中执行的次序是J2、J1、J3。

2.7 时间片轮转(RR)调度算法 教材P81

举例：

时间片为1

平均周转时间=((15-0)+(12-2)+(6-4)+(16-5))/4=9.5
平均等待时间=(8+6+1+7)/4 = 5.5

时间片为4

平均周转时间=((12-0)+(8-2)+(9-4)+(16-5))/4=8.5
平均等待时间=(5+2+4+7)/4 = 4.5

时间片为7

平均周转时间=((7-0)+(11-2)+(12-4)+(16-5))/4=8.75
平均等待时间=(0+5+7+7)/4 = 4.75

优点：
所有进程时间相等，一定程度上提高响应时间
缺点：
不利于I/O繁忙的型进程，不利于紧迫型进程

3 死锁
死锁（Deadlock）：指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。

3.1 产生死锁的原必要条件
1，互斥条件
2，请求和保持条件
3，不可抢占条件
4，循环等待条件

3.2 死锁原因
1，竞争不可抢占性资源引起死锁
2，竞争可消耗资源引起死锁
3，进程间推进顺序不当引起死锁
注意：只要发生死锁四个条件必然全部成立，若任意一个条件不满足，则不会发生死锁。

3.3 死锁的定义
死锁：如果一组进程中的每个进程都在等待仅由该组进程中的其他进程才能引发的事件发生，那么该组进程死锁的。

3.4 处理死锁的方法
预防死锁；避免死锁；检测死锁；解除死锁

3.5 死锁的预防
破坏死锁的四个必要条件中的一个或几个
破坏互斥条件：互斥条件是共享资源必须的，不仅不能改变，还应加以保证。
1，破坏“请求和保持”条件，资源一次性分配
2，破坏“不可抢占”条件 ，可剥夺资源：
采用的策略：一个已经保持了某些资源的进程，当它再提出新的资源要求而不能立即得到满足时，必须释放它已经保持的所有资源，待以后需要时再重新申请
3，破坏“循环等待”条件，资源有序分配法：
基本思想是：把系统中所有资源类型线性排队，并按递增规则赋予每类资源以唯一的编号。进程申请资源时，必须严格按资源编号的递增顺序进行

3.6死锁的避免
死锁避免定义:在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源，若分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配。

3.7 避免死锁的算法-银行家算法

• 最具有代表性的避免死锁算法是银行家算法。
  教材P100 详细写了，内容较多，看书。