医软11大三第一学期第5章1

1、第五章 操作系统的资源管理操作系统的资源管理5.1资源管理的机制与策略5.2死锁及其解决方法5.3处理机管理（2学时）5.4主存管理（2学时）5.5设备管理（2学时）5.6文件系统（2学时）1操作系统的资源管理 主要内容5.1资源管理的机制与策略5.2死锁及其解决方法操作系统的资源管理 (1) 2资源管理概述资源分配机构和策略死锁41. 资源管理功能资源数据结构的描述 包含资源的物理名、逻辑名、类型、地址、分配状态等信息。确定资源的分配原则 (调度原则) 决定资源应分给谁，何时分配，分配多少等问题。实施资源分配 执行资源分配；资源收回工作。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

2、全保护措施。操作系统的资源管理 (1) 5.1.1资源管理概述 52. 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 系统对进程一级采用资源动态分配方法。 系统在进程运行中，根据进程提出的资源需求，进行资源 的动态分配和回收。这种分配通常称为资源的动态分配。操作系统的资源管理 (1) 5.1.1资源管理概述 105.1.4. 资源分配策略常用的资源分配策略先请求先服务每一个新产生的请求均排在队尾；当资源可用时，取队首元素，并

3、满足其需要。 排序原则：按请求的先后次序排序。 表头按请求的先后次序先后按自然顺序排列的队列操作系统的资源管理 (1) 资源分配机构与策略 11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。 表头按按优先级的高低排序高低按优先级高低排列的就绪队列操作系统的资源管理 (1) 资源分配机构与策略 12针对设备特性的调度策略调度的目标 例如： 当有大量I/O请求时，降低完成这些I/O服务的总时间。 操作系统的资源管理 (1) 资源分配机构与策略 下面发生了什么情况？10进程P1 进程P

4、2 请求资源R1 请求资源R2 请求资源R2 请求资源R1 释放资源R1 释放资源R2 释放资源R2 释放资源R1 R1R2 两个进程死锁的典型情况 15死锁的例设备共享 进程 p1、p2共享一台打印机和一台输入机 时刻 t1：进程 p1 占用打印机， 进程 p2 占用输入机； 时刻 t2：进程 p1 又请求输入机， 进程 p2 又请求打印机。 1. 什么是死锁操作系统的资源管理 (1) 5.2死锁 16用信号灯的P、V操作描述死锁 设进程p1与进程p2共享一台打印机(r1) 和一台输入机(r2)， 用信号灯的p、v操作表示资源的申请和释放。 信号灯设置 s1：表示r1可用，初值为1 s2：表

5、示r2可用，初值为1 讨论两种资源请求序列，哪种情况可能产生互相死等的 局面。操作系统的资源管理 (1) 死锁 17用信号灯的P、V操作描述死锁 进程p1 进程p2 进程p1 进程p2 p(s1)； p(s2)； p(s1)； p(s2)； 占用r1 占用r2 占用r1 占用r2 v(s1)； v(s2)； p(s2)； p(s1)； 又占用r2 又占用r1 p(s2)； p(s1)； 占用r2 占用r1 v(s1)； v(s2)；v(s2)； v(s1)； v(s2)； v(s1)； 操作系统的资源管理 (1) 死锁 死锁啦！18什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

6、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. 死锁的起因和条件引起死锁的原因系统资源不足进程推进顺序非法操作系统的资源管理 (1) 死锁 19死锁图解N0A1B1C1D1A2B2C2D2P1进程P2进程A1： p1 request (r1) B1： p1 request (r2) C1： p1 release (r1) D1： p1 release (r2) A2： p2 request (r2) B2： p2 request (r1) C2： p2 release (r2) D2： p2 release (r1)操作系统的资源管理

7、 (1) 死锁 20互斥条件涉及的资源是非共享的，即为临界资源。不剥夺条件进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其 他进程强行夺走。产生死锁的必要条件操作系统的资源管理 (1) 死锁 21部分分配进程每次申请它所需要的一部分资源。在等待一新 资源的同时，进程继续占用已分配到的资源。环路条件存在一种进程的循环链，链中的每一个进程已获得 的资源同时被链中下一个进程所请求。操作系统的资源管理 (1) 死锁 产生死锁的必要条件3.处理死锁的基本方法破坏产生死锁的四个必要条件之一(1) 预防死锁。 (2) 避免死锁。 (3) 检测死锁。(4) 解除死锁。(5)忽略不见。234. 死锁的预防静态预防死锁

8、的方法在作业调度时为选中的作业分配它所需要的所有资 源，当资源一旦分配给该作业后，在其整个运行期 间这些资源为它独占。动态预防死锁的方法避免死锁有序资源分配法系统中所有资源都给定一个唯一的编号，所有分配请 求必须以上升的次序进行。当遵守上升次序的规则 时，若资源可用，则予以分配；否则，请求者等待。银行家算法 操作系统的资源管理 (1) 死锁 20为了说明死锁避免的策略，我们把系统的状态分为安全状态和不安全状态，引入了安全状态的定义：所谓安全状态是指如果系统中的所有进程能够按照某一种次序依次执行完，则说系统处于安全状态，否则称系统处于不安全状态。 只要系统处于安全状态，系统便可避免进入死锁状态。

9、因此，避免死锁的实质在于如何保证系统处于安全状态。1）系统安全状态避免死锁-银行家算法详解2）安全状态之例 假定系统中有三个进程P1、P2和P3，共有12台磁带机。进程P1总共要求10台磁带机，P2和P3分别要求4台和9台。假设在T0时刻，进程P1、P2和P3已分别获得5台、2台和2台磁带机，尚有3台空闲未分配，如下表所示： 在T0时刻以后，P3又请求1台磁带机，若此时系统把剩余3台中的1台分配给P3，则系统便进入不安全状态。避免死锁-银行家算法详解223）利用银行家算法避免死锁 最具有代表性的避免死锁的算法称为银行家算法。这种算法要求事先知道每个进程对资源的最大需求量。 基本思想：当一个新进

10、程进入系统时，它必须申明其资源的最大需求量，即每个资源类各需多少资源，当进程发出资源申请命令而且系统能够满足该请求时，在分配资源前，系统先要进行一个序列检查，以判断如果分配资源，系统的状态是否为安全，如果安全则分配资源，并让申请者继续执行；否则，不分配资源，并让申请者等待。避免死锁-银行家算法详解23 银行家算法是通过动态地检测系统中资源分配情况和进程对资源的需求情况来决定如何分配资源的，在能确保系统处于安全状态时才把资源分配给申请者，从而避免系统发生死锁。 避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例假定系统中有5个进程 P0、P1、P2、P3、P4和三种类型的资源A、B、C，数量分别

11、为10、5、7，在T0时刻的资源分配情况如下所示。 资源情况进程 Max Allocation Need Available A B C A B C A B C A B C P0 7 5 3 0 1 0 7 4 3 3 3 2 P1 3 2 2 2 0 0 1 2 2 P2 9 0 2 3 0 2 6 0 0 P3 2 2 2 2 1 1 0 1 1 P4 4 3 3 0 0 2 4 3 1避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例T0时刻的安全性利用安全性算法对T0时刻的资源分配情况进行分析，可得如下所示的T0时刻的安全性分析。 避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例T0

12、时刻的安全性检查：Need0：7,4,3 Need1：1,2,2 Need2：6,0,0 Need3：0,1,1 Need4：4,3,1Alloc0： 0,1,0 Alloc1： 2,0,0 Alloc2：3,0,2 Alloc3： 2,1,1 Alloc4：0,0,2Avail 332 true true true true true Finish 5 3 2 2 0 01 2 2 3 3 2 P17 5 5 0 1 07 4 37 4 5 P010 5 7 3 0 2 6 0 07 5 5 P2 7 4 5 0 0 2 4 3 1 7 4 3 P4 A B C A B CA B CA B

13、C 7 4 3 2 1 1 0 1 1 5 3 2 P3Work+Alloc AllocNeed Work 资源情况进程避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例T0时刻是安全的从上述分析得知，T0时刻存在着一个安全序列，故系统是安全的。避免死锁-银行家算法详解4.死锁的避免银行家算法例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) Available(3，3，2)3）系统先假定可为P1分配资源，并修改Available、Allocation1 、N

14、eed1向量，由此形成的资源变化情况如下所示。 避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例4）再利用安全性算法检查此时系统是否安全，可得如下所示的安全性分析。 资源情况进程 Max Allocation Need Available A B C A B C A B C A B C P0 7 5 3 0 1 0 7 4 3 2 3 0 P1 3 2 2 3 0 2 0 2 0 P2 9 0 2 3 0 2 6 0 0 P3 2 2 2 2 1 1 0 1 1 P4 4 3 3 0 0 2 4 3 1为P1试分配资源后避免死锁-银行家算法详解4.死锁的避免银行家算法例P1申请资源后的安全性

15、检查：Need0：7,4,3 Need1：0,2,0 Need2：6,0,0 Need3：0,1,1 Need4：4,3,1Alloc0：1,1,0 Alloc1：3,0,2 Alloc2： 3,0,2 Alloc3： 2,1,1 Alloc4：0,0,2Avail 230 true true true true true Finish 5 3 2 3 0 20 2 0 2 3 0 P110 5 7 3 0 26 0 07 5 5 P27 5 5 0 1 0 7 4 37 4 5 P0 7 4 5 0 0 2 4 3 1 7 4 3 P4 A B C A B CA B CA B C 7 4 3

16、 2 1 1 0 1 1 5 3 2 P3Work+Alloc Alloc Need Work资源情况进程避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例可以为P1分配资源：从上述分析得知，可以找到安全序列，系统安全，可以分配。避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例P4请求资源P4发出请求向量Request4(3，3，0)，系统按银行家算法进行检查：1）Request4(3，3，0) Need4(4，3，1)2）Request4(3，3，0) Available(2，3，0)，让P4等待。避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例P0请求资源P0发出请求向量Request

17、0 (0，2，0)，系统按银行家算法进行检查：1）Request0(0，2，0) Need0(7，4，3)2）Request0(0，2，0) Available(2，3，0)3）系统先假定可为P0分配资源，并修改有关数据，如下所示。 避免死锁-银行家算法详解4）死锁的避免银行家算法例4）再利用安全性算法检查此时系统是否安全。从上表中可以看出，可用资源Available（2，1，0 ）已不能满足任何进程的需要，故系统进入不安全状态，此时系统不分配资源。 资源情况进程 Max Allocation Need Available A B C A B C A B C A B C P0 7 5 3 0

18、3 0 7 2 3 2 1 0 P1 3 2 2 3 0 2 0 2 0 P2 9 0 2 3 0 2 6 0 0 P3 2 2 2 2 1 1 0 1 1 P4 4 3 3 0 0 2 4 3 1为P0试分配资源后避免死锁-银行家算法详解5. 银行家算法实现1）银行家算法中的数据结构(1) 可利用资源向量Available。这是一个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。如果Availablej=K，则表示系统中现有R j类资源K个。(2) 最大需求矩阵Max。这是一个nm的矩阵，

19、它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。如果Maxi,j=K，则表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。 避免死锁-银行家算法详解(3) 分配矩阵Allocation。这也是一个nm的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果Allocationi,j=K，则表示进程i当前已分得R j类资源的数目为K。(4) 需求矩阵Need。这也是一个nm的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果Needi,j=K，则表示进程i还需要R j类资源K个，方能完成其任务。上述三个矩阵间存在下述关系：Needi, j=Maxi, j-Allocationi, j 避免

20、死锁-银行家算法详解2）银行家算法设Request i是进程Pi的请求向量，如果Request ij=K，表示进程P i需要K个R j类型的资源。当P i发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：(1) 如果Request ijNeedi,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RequestijAvailablej，便转向步骤(3)；否则，表示尚无足够资源，Pi须等待。 避免死锁-银行家算法详解(3) 系统试探着把资源分配给进程P i，并修改下面数据结构中的数值：Availablej:= Availablej-Request ij；Allocationi,j:= Allocationi,j+Request ij；Needi,j:= Needi