操作系统（ 第三章 ：处理机调度与死锁）知识点总结
3.1 处理机调度概述
处理机是计算机系统的中的重要资源。
处理机调度算法对整个计算机系统的综合性能指标有重要影响
处理机调度的三个层次：高级调度（作业）、中级调度、低级调度（进程）
进程调度要解决的问题：
WHAT：按什么原则分配CPU——调度算法
WHEN：何时分配CPU——调度的时机 （一个进程运行完毕或因某种错误终止运行、一个进程从运行态变为等待态（等待I/O）、分时系统中的时间片到、有一个优先级更高的进程就绪（抢占式）、执行中的进程执行了某种原语操作（阻塞原语））
HOW：如何分配CPU——CPU调度过程（进程的上下文切换）
进程切换步骤：1.保存当前进程CPU的上下文（PC，寄存器）以及相关信息到运行中的PCB中去
2.把该进程移至合适的队列——就绪、阻塞
3.从被选中的PCB中重装入CPU上下文
选择调度方式和调度算法的准则
面向系统：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用、公平
面向用户：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则
周转时间：结束-进入 带权周转：周转/运行
进程优先级：静态优先级、动态优先级 （与进程类型、进程对资源要求、用户要求有关）
抢占/非抢占：可抢占式（有比正在运行进程优先级更高进程就绪时，系统可强行剥夺正在运行的CPU），不可抢占式
3.2 调度算法
指根据系统资源分配所规定的资源分配算法
先来先服务：按进程就绪的先后顺序来调度进程，分配处理机。
有利于长作业（进程），不利于短作业。
短作业优先：能有效降低作业的平均等待时间，提高系统的吞吐量
对长作业不利、未考虑作业的紧张程度，作业的估计运行时间不准确
高优先权调度算法：非抢占式优先权算法（批处理系统、对实时性要求不高）、抢占式优先权算法（要求严格实时系统，性能要求较高的分时、批处理系统）。
高响应比优先调度算法
响应比：作业周转时间/作业处理时间
优点：若作业等待时间相同，则处理时间越短，响应比越高，有利于短作业
对于长作业，随等待时间增加，响应比增高，同样可获得处理机
若处理时间相同，等待时间越长，响应比越高，为先来先服务
多级反馈队列调度算法
等待进程被唤醒时，进入原来的就绪队列（可能被抢占）
当进程第一次就绪时，进入第一级队列
多级反馈队列算法的性能：能较好满足各种类型用户的需要 （终端型用户、短批处理作业用户、长批处理作业用户）
3.3 实时调度 实现实时调度的基本条件
1.提供必要的信息 2.系统处理能力强 3.采用抢占式调度机制 4.具有快速切换的机制 （要求快速硬件中断机构、允许中断的时间短）
实时调度算法的分类
按任务性质：硬实时和软实时
按调度方式：非抢占和抢占
按调度时间：静态和动态
非抢占式调度算法：
1.非抢占式轮转调度算法 （响应时间在几秒到数十秒之间，用于不太严格的实时控制系统，比如工业生产群控系统）
2.非抢占式优先调度算法 （实时任务到达，放在就绪队列队首，等待当前任务的自我终止或运行完成，响应时间数百毫秒，用于较为严格的实时系统）
3.基于时钟中断的抢占式优先权调度算法 （优先级高于当前任务的实时任务到达，则等到下一个时钟中断，抢占当前时钟处理机。响应时间：几到几十ms，应用于较严格的实时系统）
4.立即抢占的优先权调度算法 （一旦出现请求中断的紧急任务，只要当前任务未在临界区，立即抢占它的CPU。响应时间100微秒到几毫秒，系统必须具有快速响应外部中断能力）
常用的两种实时调用算法
最早截止时间优先算法EDF （以开始截止时间确定优先级，可用于抢占式/非抢占式调度）
最低松弛度优先算法LLF （以任务紧急程度确定优先级，松弛度：必须完成时间-还需运行时间-当前时间，用于可抢占式）
3.4 死锁的概念
定义：一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到该资源
产生原因：1.竞争资源引起进程死锁（资源分配策略）
2.进程推进顺序不当引起死锁
结论：1.参与死锁的进程最少是两个
2.参与死锁是进程至少有2个已经占有资源
3.参与死锁的所有进程都在等待资源
4.参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集
（死锁发生，会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃！）
产生死锁的必要条件
互斥条件 （涉及的资源是非共享的）
不剥夺条件 （不能剥夺进程拥有资源）
请求保持条件 （进程在等待一新资源时继续占有已分配的资源）
环路条件 （存在一种循环链，链中每一个进程已获得的资源同时被链中的下一个进程所请求）
处理死锁的基本方法
A.预防死锁 （设置某些限制条件，破坏死锁四个必要条件中的一个或多个）（较易实现，可能导致系统资源利用率和系统资源吞吐量降低）
B.避免死锁 （在资源动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态）（实现较难）
C.检测死锁 （事先不采取任何限制，不检查系统是否进入不安全区，允许死锁发生，可及时检测出死锁发生，精确确定发生死锁的进程和资 源，采取适当措施，将系统中发生的死锁清除掉）
D.解除死锁 （将进程从死锁状态解脱出来）（撤销或挂起一些进程，回收一些资源，再将它们分配给处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态，实现难度大）
破坏请求保持条件：一次性申请整个运行过程中所需全部资源，若系统有足够资源则完全分配（执行时不提出资源请求，在等待时未占有任何资源）
优点：简单、易于实现且安全
缺点：一个用户在运行之前可能提不出它的作业将要使用的全部设备；延迟运行，用户作业必须等待，直到所有资源满足运行；资源浪费
破坏不剥夺条件：实现复杂、要付出很大的代价（以前工作的失效，执行的推迟）
破坏环路条件：将所有资源按类型进行线性排序赋予不同的序号，所有进程对资源的请求必须严格按照资源序号的次序提出
优点：资源利用率和系统吞吐量有明显改善
缺点：资源浪费、限制新设备增加
安全状态：如果系统能按某种顺序为每个进程分配其所需的资源，直至所有进程都能运行完成，称系统处于安全状态，否则处于不安全状态
处于不安全状态不一定会发生死锁，处于安全状态一定不会发生死锁！
保证死锁不发生：r>=(m-1)*p+1
利用银行家算法避免死锁
Available 可利用资源向量 MAX 最大需求矩阵 分配矩阵 ALLocation 需求矩阵 Need
在资源分配图中，死锁状态的充分条件是：当且仅当资源分配图是不可完全简化的
