3.1 處理機調度概述
處理機是計算機系統的中的重要資源。
處理機調度算法對整個計算機系統的綜合性能指標有重要影響
處理機調度的三個層次：高級調度（作業）、中級調度、低級調度（進程）
進程調度要解決的問題：
WHAT：按什么原則分配CPU——調度算法
WHEN：何時分配CPU——調度的時機 （一個進程運行完畢或因某種錯誤終止運行、一個進程從運行態變為等待態（等待I/O）、分時系統中的時間片到、有一個優先級更高的進程就緒（搶占式）、執行中的進程執行了某種原語操作（阻塞原語））
HOW：如何分配CPU——CPU調度過程（進程的上下文切換）
進程切換步驟：1.保存當前進程CPU的上下文（PC，寄存器）以及相關信息到運行中的PCB中去
2.把該進程移至合適的隊列——就緒、阻塞
3.從被選中的PCB中重裝入CPU上下文
選擇調度方式和調度算法的准則
面向系統：系統吞吐量高、處理機利用率好、各類資源的平衡利用、公平
面向用戶：周轉時間短、響應時間快、截止時間的保證、優先權准則
周轉時間：結束-進入 帶權周轉：周轉/運行
進程優先級：靜態優先級、動態優先級 （與進程類型、進程對資源要求、用戶要求有關）
搶占/非搶占：可搶占式（有比正在運行進程優先級更高進程就緒時，系統可強行剝奪正在運行的CPU），不可搶占式
3.2 調度算法
指根據系統資源分配所規定的資源分配算法
先來先服務：按進程就緒的先后順序來調度進程，分配處理機。
有利於長作業（進程），不利於短作業。
短作業優先：能有效降低作業的平均等待時間，提高系統的吞吐量
對長作業不利、未考慮作業的緊張程度，作業的估計運行時間不准確
高優先權調度算法：非搶占式優先權算法（批處理系統、對實時性要求不高）、搶占式優先權算法（要求嚴格實時系統，性能要求較高的分時、批處理系統）。
高響應比優先調度算法
響應比：作業周轉時間/作業處理時間
優點：若作業等待時間相同，則處理時間越短，響應比越高，有利於短作業
對於長作業，隨等待時間增加，響應比增高，同樣可獲得處理機
若處理時間相同，等待時間越長，響應比越高，為先來先服務
多級反饋隊列調度算法
等待進程被喚醒時，進入原來的就緒隊列（可能被搶占）
當進程第一次就緒時，進入第一級隊列
多級反饋隊列算法的性能：能較好滿足各種類型用戶的需要 （終端型用戶、短批處理作業用戶、長批處理作業用戶）
3.3 實時調度 實現實時調度的基本條件
1.提供必要的信息 2.系統處理能力強 3.采用搶占式調度機制 4.具有快速切換的機制 （要求快速硬件中斷機構、允許中斷的時間短）
實時調度算法的分類
按任務性質：硬實時和軟實時
按調度方式：非搶占和搶占
按調度時間：靜態和動態
非搶占式調度算法：
1.非搶占式輪轉調度算法 （響應時間在幾秒到數十秒之間，用於不太嚴格的實時控制系統，比如工業生產群控系統）
2.非搶占式優先調度算法 （實時任務到達，放在就緒隊列隊首，等待當前任務的自我終止或運行完成，響應時間數百毫秒，用於較為嚴格的實時系統）
3.基於時鍾中斷的搶占式優先權調度算法 （優先級高於當前任務的實時任務到達，則等到下一個時鍾中斷，搶占當前時鍾處理機。響應時間：幾到幾十ms，應用於較嚴格的實時系統）
4.立即搶占的優先權調度算法 （一旦出現請求中斷的緊急任務，只要當前任務未在臨界區，立即搶占它的CPU。響應時間100微秒到幾毫秒，系統必須具有快速響應外部中斷能力）
常用的兩種實時調用算法
最早截止時間優先算法EDF （以開始截止時間確定優先級，可用於搶占式/非搶占式調度）
最低松弛度優先算法LLF （以任務緊急程度確定優先級，松弛度：必須完成時間-還需運行時間-當前時間，用於可搶占式）
3.4 死鎖的概念
定義：一組進程中，每個進程都無限等待被該組進程中另一進程所占有的資源，因而永遠無法得到該資源
產生原因：1.競爭資源引起進程死鎖（資源分配策略）
2.進程推進順序不當引起死鎖
結論：1.參與死鎖的進程最少是兩個
2.參與死鎖是進程至少有2個已經占有資源
3.參與死鎖的所有進程都在等待資源
4.參與死鎖的進程是當前系統中所有進程的子集
（死鎖發生，會浪費大量系統資源，甚至導致系統崩潰！）
產生死鎖的必要條件
互斥條件 （涉及的資源是非共享的）
不剝奪條件 （不能剝奪進程擁有資源）
請求保持條件 （進程在等待一新資源時繼續占有已分配的資源）
環路條件 （存在一種循環鏈，鏈中每一個進程已獲得的資源同時被鏈中的下一個進程所請求）
處理死鎖的基本方法
A.預防死鎖 （設置某些限制條件，破壞死鎖四個必要條件中的一個或多個）（較易實現，可能導致系統資源利用率和系統資源吞吐量降低）
B.避免死鎖 （在資源動態分配過程中，用某種方法去防止系統進入不安全狀態）（實現較難）
C.檢測死鎖 （事先不采取任何限制，不檢查系統是否進入不安全區，允許死鎖發生，可及時檢測出死鎖發生，精確確定發生死鎖的進程和資 源，采取適當措施，將系統中發生的死鎖清除掉）
D.解除死鎖 （將進程從死鎖狀態解脫出來）（撤銷或掛起一些進程，回收一些資源，再將它們分配給處於阻塞狀態的進程，使之轉為就緒狀態，實現難度大）
破壞請求保持條件：一次性申請整個運行過程中所需全部資源，若系統有足夠資源則完全分配（執行時不提出資源請求，在等待時未占有任何資源）
優點：簡單、易於實現且安全
缺點：一個用戶在運行之前可能提不出它的作業將要使用的全部設備；延遲運行，用戶作業必須等待，直到所有資源滿足運行；資源浪費
破壞不剝奪條件：實現復雜、要付出很大的代價（以前工作的失效，執行的推遲）
破壞環路條件：將所有資源按類型進行線性排序賦予不同的序號，所有進程對資源的請求必須嚴格按照資源序號的次序提出
優點：資源利用率和系統吞吐量有明顯改善
缺點：資源浪費、限制新設備增加
安全狀態：如果系統能按某種順序為每個進程分配其所需的資源，直至所有進程都能運行完成，稱系統處於安全狀態，否則處於不安全狀態
處於不安全狀態不一定會發生死鎖，處於安全狀態一定不會發生死鎖！
保證死鎖不發生：r>=(m-1)*p+1
利用銀行家算法避免死鎖
Available 可利用資源向量 MAX 最大需求矩陣 分配矩陣 ALLocation 需求矩陣 Need
在資源分配圖中，死鎖狀態的充分條件是：當且僅當資源分配圖是不可完全簡化的