一、概述

1.1了解调度的层次

• 调度是指，在一个队列中，按照某种方法（算法），选择一个合适的个体的过程。
• 进程调度的功能就是按一定策略、动态地把CPU分配给处于就绪队列中的某一进程，并使之执行。

1. 作业调度（高级调度）：内存与外存之间的调度
2. 内存调度（中级调度）：挂起态和就绪态间的相互转换
3. 进程调度（低级调度）：就绪态转到运行态

 

高级调度 

高级调度（长程调度或作业调度）仅在批处理，外存上处于后备队列的作业调入内存

（1）接纳多少作业到内存：从磁盘的后备队列到内存

（2）接纳哪些作业到内存：通过调度算法选择

抢占的原则有： 

(1)优先权原则。

(2) 短作业(进程)优先原则。

(3) 时间片原则。   

低级调度

低级调度（进程调度或短程调度）：就绪队列中选哪个进程应获得处理机

作业控制块JCB

（1）进程调度的任务：保存cpu的现场；选取要执行的进程执行；把处理机分配给进程

（2）进程调度实现：排队器：队列等数据结构；分派器：调度程序；上下文切换器

（3）进程的调度方式：:

        1）非抢占方式：仅在进程运行完或者阻塞才进行调度

        2）抢占方式：进程在运行过程中可以被抢占CPU，抢占的原则：优先级和时间片

引起进程调度的原因:

①正在运行的进程运行完毕；

②运行中的进程要求I/O操作；

③执行某种原语操作(如P操作)导致进程阻塞；

④一个比正在运行进程优先级更高的进程申请运行（抢占调度方式）；

⑤分配给运行进程的时间片已经用完等等。 

中级调度

中级调度（内存调度）：暂时不能执行的进程调入外存等待（仅了解） 

1.2衡量指标 

（1）资源利用率：资源处于忙状态时间所占的百分比

（2）吞吐量：单位时间内完成的进程数量

（3）周转时间：进程从初始化到结束(包括等待)的总时间

（4）等待时间：进程在就绪队列中的总时间。或者用带权周转时间：带权周转时间=周转时间/服务时间

（5）响应时间：从提交请求到产生响应所花费的总时间

 1.3调度算法

FCFS

特点：实现简单、公平

缺点：没考虑任务特性，周转时间（平均等待时间）可以提高

会计算平均周转时间：计算时，要先找到调度顺序，然后是每个进程的完成时间

FCFS与SJF 举例

SJF 

SJF（SPF）、   SRJF

是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行。

优点：有最小的平均周转时间

缺点：不公平，可能出现进程饥饿，未考虑作业的紧迫程度，对长作业不利

RR

基于时间片的轮转调度算法是一种常见的CPU调度算法，它将CPU时间划分成一定大小的时间片，每个进程在该时间片内运行，然后轮转到下一个进程。如果一个进程不能在该时间片内完成任务，则将其放回就绪队列，等待下一个时间片重新运行。

RR：按时间片来轮转调度

易于满足交互式任务

 

高优先级优先 

非抢占式优先权算法

 在这种方式下，系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后，该进程便一直执行下去，直至完成； 或因发生某事件使该进程放弃处理机时，系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。这种调度算法主要用于批处理系统中；

抢占式优先权调度算法

 在这种方式下，系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但在其执行期间，只要又出现了另一个其优先权更高的进程，进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行，重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。 

如何确定优先级：

静态优先级：进程类型、对资源的需求、根据用户的特点

静态优先级问题是不公平

动态优先级：优先级动态调整，随着等待时间增长而不断增高

问题：算法开销

优先权算法例题

 多级队列调度

 

 

实现简单

多级反馈队列

结合上面算法优点，简单实用的算法

实时调度

FCFS、SJF（SPF）、   SRJF、RR会计算平均周转时间

 1.4死锁

死锁的概念:

多个进程因竞争资源而造成的一种相互等待的局面，若无外力作用，进程将无法向前推进

注意：僵局，是局部现象，可以传播

死锁产生的原因

（1）竞争资源：资源是不可被抢占的临界资源

（2）进程推进次序不当

死锁产生的必要条件

• 互斥
• 请求和保持
• 不可抢占
• 循环等待（出现了环）

处理方法

预防、避免、检测与接触、忽略

死锁的预防-破坏必要条件

1、互斥：不能破坏，资源的固有属性

2、请求和保持：比如：所需要的资源一次性全分配

3、不可抢占：允许抢占，会出现资源反复申请释放、推迟进程的执行

4、循环等待：对资源排序，只能按序申请资源。

死锁的避免 （银行家算法）

引入安全状态的概念。

安全状态:如果系统中的所有进程存在一个可使全部完成的执行序列P1，…Pn，则称系统处于安全状态。不存在这样的全部执行序列时就是不安全状态

安全状态一定没有死锁，不安全状态可能会产生死锁

 银行家算法

   设Requesti是进程Pi的请求向量，如果Requesti［j］=K，表示进程Pi需要K个Rj类型的资源。当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：      

 (1) 如果Requesti［j］≤Need［i,j］，便转向步骤2；否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。      

 

(2) 如果Requesti［j］≤Available［j］，便转向步骤(3)；否则， 表示尚无足够资源，Pi须等待。

 (3) 系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值：   Available［j］∶=Available［j］-Requesti［j］;   Allocation［i,j］∶=Allocation［i,j］+Requesti［j］;   Need［i,j］∶=Need［i,j］-Requesti［j］;      

 (4) 系统执行安全性算法，检查此次资源分配后，系统是否处于安全状态。若安全，才正式将资源分配给进程Pi，以完成本次分配；否则， 将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。

  (2) P1请求资源：P1发出请求向量Request1(1，0，2)，系统按银行家算法进行检查：         ① Request1(1, 0, 2)≤Need1(1, 2, 2)        

② Request1(1, 0, 2)≤Available1(3, 3, 2)        

③ 系统先假定可为P1分配资源，并修改Available, Allocation1和Need1向量，由此形成的资源变化情况如图 3-15 中的圆括号所示。        

④ 再利用安全性算法检查此时系统是否安全。

死锁的检测与解除

资源分配图

理解资源分配图的顶点、边的含义，比如：进程节点、资源节点、分配边、请求边，孤立节点、阻塞节点（有请求边，但可用资源不够用的进程节点）。

2、资源分配图的简化：在资源分配图中找既不是阻塞也不是孤立的进程节点，可得到资源完成；完成后释放资源，即删除它的分配边和请求边，使成为孤立节点；重复为之，若能消去所有的边，所有节点都为孤立节点，则资源分配图为可完全简化的，反之为不可完全简化的。

3、死锁定理：死锁状态的充分条件，当且仅当该状态的资源分配图是不可完全简化的。

4、死锁的检测的解除（了解）

检测过程就是简化资源分配图，实现算法和银行家算法类似的，开销较大，有时候完全忽略死锁，不处理死锁。

二、习题

1.时间片轮转调度算法是为了()。
A.多个终端能够得到系统及时响应
B.使系统变得高效
C.优先级较高的进程得到及时响应
D.需要CPU时间最少的进程最先做.

答案：A。 时间片轮转调度算法是一种基于时间片的调度算法，其主要目的是保证多个终端用户能够得到系统及时响应，从而提高系统的交互性。当一个进程占用CPU的时间达到了限定的时间片长度后，便会被系统强制中断，然后放入后备队列，让其他进程继续执行。这种算法能够确保每个进程都能够及时获得CPU的执行时间，从而提高系统的效率和响应速度。

 2.下面有关选择进程调度算法的准则中不正确的是()。·
A.尽快响应交互式用户的请求
B.尽量提高处理器利用率
C.尽可能提高系统吞吐量
D.适当增长进程就绪队列的等待时间

D.适当增长进程就绪队列的等待时间是不正确的，因为进程等待时间越长，用户体验越差。正确的准则是尽可能减少进程等待时间并提高系统吞吐量。

 3.设有4个作业同时到达，每个作业的执行时间均为2h,它们在一台处理器上按单道运行，则平均周转时间为()。。
A.1h
B.5h
C.2.5h
D.8h.

B5h。

假设这4个作业按照顺序分别为A、B、C、D。如果按照单道运行，那么每个作业都需要等待前一道作业执行完毕后才能开始执行。因此，作业A的等待时间为0，作业B的等待时间为2h，作业C的等待时间为4h，作业D的等待时间为6h。

则这4个作业的平均周转时间为为：

(2+4+6+8)/4=5h

4.若每个作业只能建立一个进程，为了照顾短作业用户，应采用(B):为了照顾紧急作业用户，应采用(E):为了能实现人机交互，应采用(C):而能使短作业.长作和交互作业用户都满意，应采用(D)。。
A.FCFS调度算法
B.短作业优先调度算法
C.时间片轮转调度算法
D.多级反馈队列调度算法
E.剥夺式优先级调度算法

答案：

A. FCFS调度算法只考虑作业的到达顺序，不能够照顾短作业用户。

B. 短作业优先调度算法可以照顾短作业用户，因为它优先调度执行时间短的作业。

C. 时间片轮转调度算法可以实现人机交互，因为它将CPU划分为时间片，每个进程轮流执行。

D. 多级反馈队列调度算法可以同时照顾短作业、长作业和交互作业用户，因为它将作业划分为多个队列，并根据作业的特点进行调度。

E. 剥夺式优先级调度算法只考虑优先级高的进程，不能照顾紧急作业用户。

因此，正确答案为B短作业优先调度算法照顾短作业用户，E剥夺式优先级调度算法照顾紧急作业用户，C时间片轮转调度算法实现人机交互，D多级反馈队列调度算法照顾短作业、长作业和交互作业用户。

5.设有三个作业，其运行时间分别是2h,5h,3h,假定它们同时到达，并在同一台处理器上以单道方式运行，则平均周转时间最小的执行顺序是()。·
A.J1,J2,J3
B.J3,J2,J1
C.J2,J1,J3
D.J1,J3,J2.

根据最短作业优先（SJF）调度算法，应该先运行运行时间短的作业。因此，执行顺序应该是J1,J3,J2，即选项D。

6.下列调度算法中，()调度算法是绝对可抢占的。
A.先来先服务
B.时间片轮转
C.优先级
D.短进程优先

答案：B. 时间片轮转。

解析：

先来先服务算法是非可抢占的，一旦进程开始运行就一直运行到结束，不会被其他进程抢占CPU资源。

优先级调度算法可以是可抢占的或非可抢占的，取决于是否存在更高优先级的进程需要运行。

短进程优先算法也是非可抢占的，一旦进程开始运行就一直运行到结束，不会被其他进程抢占CPU资源。

时间片轮转算法是绝对可抢占的，每个进程分配一个时间片运行，当时间片用完时，进程会被抢占，被放回就绪队列等待执行。

7.【2011年计算机联考真题】下列选项中，满足短作业优先且不会发生饥饿现
象的是()调度算法。
A.先来先服务
B.高响应比优先
C.时间片轮转
D.非抢占式短作业优先
 8.死锁的避免是根据()采取措施实现的。。
A.配置足够的系统资源
B.使进程的推进顺序合理。
C.破坏死锁的四个必要条件之一
D.防止系统进入不安全状态

AB与题意不符，C是预防

 8.某系统中有三个并发进程都需要四个同类资源，则该系统必然不会发生死锁
的最少资源是()。
A.9
B.10
C.11
D.12.

3个进程要想不死锁 每个进程都需要4个同类资源 所以。。 
只要每个进程都有3个资源 另外一个在给一个额外的资源。 那么3个进程中有一个可以运行。。运行完以后 释放资源然后其余的 进程在申请资源就可以了啊 。

9.采用资源剥夺法可以解除死锁，还可以采用()方法解除死锁。·
A.执行并行操作
B.撤销进程
C.拒绝分配新资源
D.修改信号量

资源剥夺法允许一个进程强行剥夺其他进程所占有的系统资源。而撤销进程是强行释放一个进程己占有的系统资源，与资源剥夺法同理，都是通过破坏死锁的“请求和保持”条件来解除死锁。拒绝分配新资源只能维持死锁的现状，无法解除死锁。

10.以下有关资源分配图的描述中正确的是()。~
A.有向边包括进程指向资源类的分配边和资源类指向进程申请边两类
B.矩形框表示进程，其中圆点表示申请同一类资源的各个进程
C.圆圈节点表示资源类
D.资源分配图是一个有向图，用于表示某时刻系统资源与进程之间的状态

在资源分配图中，用圆圈代表一个进程，用矩形框代表一类资源。由于一种类型的资源可能有多个，用矩形框中的一个点代表一类资源中的一个资源。从进程到资源的有向边叫请求边，表示该进程申请一个单位的该资源；从资源到进程的边叫分配边，表示该资源已经有一个被分配给了该进程。由上所述知D选项为正确答案。

11.死锁检测时检查的是()。·
A.资源有向图
B.前驱图
C.搜索树
D.安全图.

死锁检测一般采用两种方法：资源有向图法和资源矩阵法。前驱图只是说明进程之间的同步关系，搜索树用于数据结构的分析，安全图并不存在。

12.系统的资源分配图在下列情况中，无法判断是否处于死锁的情况有()。。
I.出现了环路
II.没有环路
III.每种资源只有一个，并出现环路
IV.每个进程节点至少有一条请求边
A.I、II、III、IV
B.I、III、IV
C.I、IV
D.以上答案都不正确

解析：

I：出现了环路，只是满足了循环等待的必要条件，但是并不能保证一定出现死锁。

II：没有环路，说明破坏了循环等待条件，所以一定不会发生死锁。

III：每种资源只有一个，又出现了环路，这是死锁的充分必要条件，所以，一定会有死锁的出现。

IV：每个进程至少有一条请求边的时候，如果资源充足，则不会发生死锁，但若资源不充足，就有发生死锁的可能。故只有I，IV可以确定是否产生死锁