操作系统资源分配与调度【精选】

操作系统-资源分配操作系统资源分配在我们日常使用计算机或其他智能设备时，操作系统扮演着至关重要的角色。

它就像是一个高效的管家，默默地管理着各种资源，确保各个程序和任务能够顺利运行。

其中，资源分配是操作系统的核心功能之一。

想象一下，我们的计算机系统就像一个繁忙的工厂，有各种各样的任务在同时进行，比如运行软件、处理数据、连接网络等等。

而资源，就像是工厂里的原材料、设备和工人，包括 CPU 时间、内存空间、磁盘存储、网络带宽等等。

操作系统需要合理地分配这些资源，以满足不同任务的需求，同时避免资源的浪费和冲突。

让我们先来说说 CPU 资源的分配。

CPU 是计算机的大脑，它的运算速度非常快，但也是有限的。

如果多个程序同时请求 CPU 时间，操作系统就需要决定哪个程序先获得，哪个程序需要等待。

这就像是一个老师在课堂上分配回答问题的机会，要保证每个学生都有公平的机会，同时也要让课堂的进度不被耽误。

操作系统通常采用时间片轮转的方法来分配 CPU 时间。

这意味着每个程序都会被分配一个固定的时间片，在这个时间片内，程序可以使用 CPU 进行计算。

当时间片用完后，操作系统会暂停当前程序，切换到下一个程序，依次轮流进行。

这种方式可以保证每个程序都能得到一定的 CPU 资源，不会有某个程序一直独占 CPU 而导致其他程序无法运行。

除了 CPU 时间，内存也是一项重要的资源。

当我们打开多个程序时，它们都需要占用一定的内存空间来存储数据和代码。

如果内存不足，系统可能会变得卡顿甚至崩溃。

操作系统通过内存管理来解决这个问题。

内存管理包括内存分配和回收两个方面。

当一个程序需要使用内存时，操作系统会为其分配一块合适大小的内存空间。

当程序结束运行或不再需要某些内存时，操作系统会将其回收，以便再次分配给其他程序使用。

为了提高内存的利用率，操作系统还会采用一些技术，比如虚拟内存。

虚拟内存使得计算机可以使用硬盘空间来模拟内存，当物理内存不够用时，将一部分暂时不用的数据存储到硬盘上，从而为正在运行的程序腾出更多的内存空间。

操作系统中的多任务调度算法在计算机领域，操作系统是必不可少的基础设施。

在操作系统中，多任务调度算法是一个非常重要的概念。

操作系统要负责管理多个任务，使得它们能够协调运行，而这就需要一种高效的调度算法。

本文将介绍多任务调度算法的基础概念和几种常见的调度算法。

什么是多任务调度算法多任务调度算法是一种操作系统中的算法，用于管理多个任务的执行，使得用户可以同时运行多个程序，且这些程序之间的运行不会相互干扰。

比如，用户可以同时进行网页浏览、音乐播放和文本编辑等操作。

实际上，这些任务并不是同时运行的，而是通过多任务调度算法进行交替执行。

多任务调度的基本概念在多任务调度时，每个任务都有一个优先级，这个优先级用来确定任务是否可以被执行。

通常情况下，系统会根据任务的优先级来进行调度。

如果多个任务的优先级相同，系统会采用某种规则来确定哪一个任务将被执行。

在多任务调度中，还有一个重要的概念是上下文切换。

当一个任务被挂起时，系统需要保存该任务的上下文信息（如寄存器的值、进程状态等），以便在该任务被重新调度时，可以重新加载其上下文信息，继续执行。

上下文切换会带来一定的开销，因为上下文信息需要被保存和恢复，所以我们需要尽量减少上下文切换的次数。

常见的多任务调度算法1. 先来先服务（FCFS）先来先服务是最简单的一种调度算法，也是最容易实现的一种算法。

当有多个任务到达时，系统将按照任务到达的时间顺序进行调度，先到的任务先执行，后到的任务后执行。

但是，这种算法存在一定的缺陷，比如长作业会占用 CPU 资源过长时间，导致其他短作业等待时间过长。

2. 最短作业优先（SJF）最短作业优先是一种以作业执行时间为基础的调度算法，该算法会优先调度运行时间最短的作业。

在任务到达时，系统将根据任务的运行时间确定其执行顺序。

这种算法可以让短作业优先得到执行，但是如果有大量的长作业存在，会导致短作业一直等待。

3. 优先级调度优先级调度是一种调度算法，每个任务都有一个优先级，系统会根据任务的优先级来进行调度。

v(s2)；
占用r1
v(s1)；
v(s1)；
v(s2)；
v(s2)；
v(s1)；




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资源分配与调度——死锁
什么是死锁
在两个或多个并发进程中，如果每个进程持有某种 资源而又都等待着别的进程释放它或它们现在保持 着的资源，否则就不能向前推进。此时，称这一组 进程产生了死锁。
2. 死锁的起因和条件
表头
先
按请求的先后次序 按自然顺序排列的队列
后
9
资源分配与调度——资源分配机构和策略 优先调度
对每一个进程指定一个优先级；
每一个新产生的请求，按其优先级的高低插到相应
的位置；
当资源可用时，取队首元素，并满足其需要。 排序原则：按优先级的高低排序。
表头

高 按按优先级的高低排序 按优先级高低排列的就绪队列
总是选取与当前移动臂前进方向上最近的那个I/O请
求，使移臂距离最短。
对磁盘访问的5个请求应作如下调度
柱面号 盘面号 块号 2 7 7
5
5 5
2
3 3
1
8 5
40
6
3
12
资源分配与调度——资源分配机构和策略 针对设备特性的调度策略 旋转调度 总是选取与当前读写头最近的那个I/O请求，使旋转圈 数最少。 对磁盘访问的5个请求应作如下调度
存取控制和安全保护
对资源的存取进行控制并对资源实施安全保护措施。
2
资源分配与调度——资源管理概述
2. 资源资源的静态分配和动态分配
资源的静态分配
系统对作业一级采用资源静态分配方法。
系统在调度作业时，根据作业所需资源进行分配；并在作 业运行完毕 时，收回所分配的全部资源。这种分配通常称 为资源的静态分配。 资源的动态分配

缺点：进程实际需要资源的顺序不一定与资源 的编号一致，因此仍会造成资源浪费，系统增 加新设备较困难。
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5.2.7 避免死锁
死锁的避免是动态的预防措施,系统允许进程动 态地申请资源,如果措施得当,可以使系统获得较 为满意的系统性能.
具体的办法是:系统为进程分配资源之前,首先对 系统的安全性进行计算,如果为进程分配了所需 资源后,系统仍处于安全状态,那么就把资源分配 给该进程,反之则不为该进程分配资源.
该方法的优点和缺点如下：
①简单、安全、易于实现。
②程序在运行之前很难提出将要使用的全部设备。
③直到所有资源满足才能运行，实际上某些资源可 能要到运行后期才会用到。
④一个进程运行期间，对某些设备的使用时间很短 ，甚至不会用到。
⑤作业的周转时间被加长,系统资源的使用率被降低
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4、条件4（环路条件）
银行家算法:该问题是研究一个银行家如何将其 总数一定的现金,安全的借给若干个顾客,使这些 顾客既能满足对资金的要求又能完成其交易,也 使银行家可以收回自己的资金不至于破产.
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一、系统的安全状态和不安全状态
安全状态:是指系统能按某种进程推进顺序 (p1,p2,…pn),来为每个进程分配其所需资源, 直至最大需求,使每个进程都能顺利完成其任 务.只要系统存在这样的安全序列 <p1,p2,…pn>,则系统处于安全状态.
设Requesti（r1,r2,…rm)是进程Pi的请求向量。如果 Requesti[ j]＝k，表示进程Pi只需要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<=Needi，则执行步骤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。