【正文】 1 資源管理概述 OS的資源：包括各種 硬件資源 和 軟件資源 。 根據(jù)對(duì)資源的 使用方式 ，可將資源分為： ● 共享資源。 如： CPU、內(nèi)存空間、磁頭、 可重入的程序 等 使用方式： 只讓用，不讓占 ● 獨(dú)占資源。 如： 打印機(jī)、卡片輸入機(jī) 互斥的 變量、隊(duì)列、表格、文件 等 會(huì)修改 的數(shù)據(jù) 使用方式： 只要不釋放，系統(tǒng)不能強(qiáng)行收回 ★ 2 一 、 資源管理的 一般功能 構(gòu)造描述資源的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)通過這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而 感知 到資源的存在，并對(duì)資源進(jìn)行 管理 這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)包含描述資源的： 物理名 (內(nèi)部標(biāo)識(shí) )、 邏輯名 (用戶定義的名稱 ) 分配狀態(tài) 類型、地址、等所有信息 ★ 3 3. 實(shí)施資源的 分配 (及回收 ) 根據(jù)分配原則，將資源分配給請(qǐng)求的用戶 并完成相應(yīng)操作。 如 : CPU： 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 內(nèi)存： 將程序調(diào)入內(nèi)存、改內(nèi)存分配標(biāo)志 獨(dú)占資源： 上鎖 2. 制定資源的 分配原則 決定資源應(yīng) 先分給誰 (當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求時(shí) ) 何時(shí)分配，分配多少等問題 當(dāng)資源使用完畢后，收回資源 ★ 4 4. 存取控制和安全保護(hù) 對(duì)資源的存取進(jìn)行控制 并對(duì)資源實(shí)施安全保護(hù)措施 (如：內(nèi)存 、 文件的保護(hù) ) 5. 其他的 特殊 功能 ★ 5 三 . 資源的分配方式 (接受者 ) 1. 靜態(tài)分配 (接受者是 作業(yè) ) 系統(tǒng)在調(diào)度一個(gè)作業(yè)運(yùn)行時(shí)： 根據(jù) 作業(yè)的需求 進(jìn)行資源的分配 在作業(yè)運(yùn)行完畢后，才收回所分配的全部資源 2. 動(dòng)態(tài)分配 (接受者是 進(jìn)程 ) 在進(jìn)程的運(yùn)行過程中，根據(jù) 進(jìn)程提出的請(qǐng)求 進(jìn)行資源的分配 資源 使用完畢 (共享 )、 或 被進(jìn)程釋放 (獨(dú)占 )后 回收該資源 ★ 6 四 . 資源的分類 為了 簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ，對(duì)不同的資源，可采用不同的方式進(jìn)行分類。常用的分類方式有： 1. 硬件資源和軟件資源 硬件：如處理機(jī)、主存、外部設(shè)備 軟件：如文件、消息、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2. 同類資源 如：打印機(jī)類、顯示器類、內(nèi)存區(qū)域等 ３ . 虛擬資源 和實(shí)際資源 ★ 虛擬資源和實(shí)際資源 用戶 獨(dú)占資源 A 共享資源 B 請(qǐng)求 用戶操作 系統(tǒng)完成 實(shí)際 資源 虛擬 資源 目的： 提高獨(dú)占資源的利用率 ★ 5. 3 資源分配的策略 資源的分配策略 指獲得資源的先后次序 通常的實(shí)現(xiàn)方法是： 將資源的 請(qǐng)求者 按某種原則 形成一個(gè)具有 先后次序 的請(qǐng)求隊(duì)列 當(dāng)資源可用時(shí)， 按隊(duì)列的次序 分配 資源 ★ 9 1. 先請(qǐng)求先服務(wù) ( FIFO — First In First Out) 排序原則： 按請(qǐng)求的先后排序。 即： 新產(chǎn)生的請(qǐng)求均排在 隊(duì)尾 ，分配時(shí)在 隊(duì)首 按請(qǐng)求的先后次序 先 后 表頭 適用范圍 ： 系統(tǒng)中的一切資源 優(yōu)點(diǎn)： 簡單、次序不會(huì)改變， 因此系統(tǒng)開銷小 缺點(diǎn)： 有時(shí)顯得 不合理 、系統(tǒng) 無法 進(jìn)行 干預(yù) ★ 10 ★ 2. 優(yōu)先調(diào)度 系統(tǒng)對(duì)每個(gè)進(jìn)程 (或作業(yè) )，都 指定一個(gè) 優(yōu)先級(jí) 以反映請(qǐng)求資源的緊迫程度 表頭 按優(yōu)先級(jí)的高低 高 低 排序原則： 按優(yōu)先級(jí)的高低排序 即： 新產(chǎn)生的請(qǐng)求，按其 優(yōu)先級(jí) 的高低 插入到隊(duì)列中相應(yīng)的位置 11 優(yōu)點(diǎn)： 系統(tǒng)可進(jìn)行干預(yù)，以優(yōu)化資源的使用方式 優(yōu)先級(jí)的確定： 主要由系統(tǒng)定，并可動(dòng)態(tài)改變。如： 進(jìn)程 時(shí)間片到： 收回 CPU，優(yōu)先級(jí)降低 自動(dòng) 放棄 CPU： 優(yōu)先級(jí)升高 問題： 優(yōu)先級(jí)相同的多個(gè)請(qǐng)求，如何排序？ ★ 缺點(diǎn)： 插入時(shí)要搜索隊(duì)列、 有時(shí)無法用隊(duì)列實(shí)現(xiàn) 適用的資源： 由于系統(tǒng)開銷較大，主要用于 系統(tǒng)中的緊缺資源 (如處理機(jī) ) 12 多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列 適用于： 每個(gè)優(yōu)先級(jí)上，有很多進(jìn)程 排序： 優(yōu)先級(jí)不同，所排的隊(duì)列不同 優(yōu)先級(jí)相同，在同一隊(duì)列中按 FIFO排序 表頭 n 按請(qǐng)求的先后次序 先 后 表頭 1 按請(qǐng)求的先后次序 先 后 ．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．． 高 優(yōu)先級(jí) 低 分配方式 ： 僅當(dāng)高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為空時(shí) 才考慮低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列 優(yōu)點(diǎn)： 減少了系統(tǒng)的排序開銷 ★ 3. 針對(duì)設(shè)備特性的調(diào)度 思想：分配策略制定的資源 訪問次序 應(yīng)與資源的實(shí)際 使用次序 相一致 目的： 提高資源訪問的 平均速度 如：讀、寫磁盤上的多個(gè)扇區(qū)時(shí) ★ 對(duì)數(shù)據(jù)的訪問，涉及到磁頭定位的： 柱面 (磁道 )： 由磁頭的直線運(yùn)動(dòng)得到 耗時(shí)較長 扇區(qū)： 通過磁盤的旋轉(zhuǎn)得到， 耗時(shí)較短 盤面： 由不同的磁頭的得到， 不耗時(shí) 故要根據(jù) 耗時(shí)的長短 ，依次決定訪問次序 ★ 例：不好的訪問次序 好的訪問次序： 應(yīng)在磁頭的 一次移動(dòng) 或磁盤的 一周旋轉(zhuǎn) 中完成 ★ 磁頭 16 5. 4 死鎖的概念 一 . 什么是死鎖 1. 死鎖的例子 (1) 交通堵塞 ★ 17 (2) 不恰當(dāng)?shù)? P 操作 當(dāng)： mutex=1 full=0 empty=n 時(shí) p1( ) p2( ) { while(生產(chǎn)未完成 ) { while(還要繼續(xù) 消費(fèi) ) { ．．． { p(mutex) 生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品； p(full)； ； p(empty)； 從緩沖區(qū)中取產(chǎn)品； p(mutex)； v(mutex)； 送一個(gè)產(chǎn)品到緩沖區(qū)； v(empty)； v(mutex)； ．．． v(full)； 消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品； } } } } ★ 18 (3) 設(shè)備的共享 例：設(shè)系統(tǒng)只有一臺(tái)打印機(jī) (R1)，和一臺(tái)光標(biāo) 記閱讀機(jī) (R2) ，由進(jìn)程 p p2 共享。 用信號(hào)燈的 P、 V操作，控制資源的申請(qǐng)和釋放 其信號(hào)燈的設(shè)置為： s1：表示 R1是否可用，初值為 1 s2：表示 R2是否可用，初值為 1 討論資源分配的各個(gè) 環(huán)節(jié) ，看什么情況是 安全的 先看資源的請(qǐng)求方式： ★ 19 進(jìn)程 P1 進(jìn)程 P2 p(s1)； p(s2)； 申請(qǐng) R1 申請(qǐng) R2 ．．． ．．． 釋放 R1 釋放 R2 v(s1)； v(s2)； ．．． ．．． p(s2)； p(s1)； 申請(qǐng) R2 申請(qǐng) R1 ．．． ．．． 釋放 R2 釋放 R1 v(s2)； v(s1)； 原因： 會(huì)同時(shí)封鎖二個(gè)資源★ 進(jìn)程 P1 進(jìn)程 P2 p(s1)； p(s2)； 申請(qǐng) R1 申請(qǐng) R2 p(s2)； p(s1)； 申請(qǐng) R2 申請(qǐng) R1 ．．． ．．． ．．． ．．． 釋放 R1 釋放 R2 v(s1)； v(s2)； 釋放 R2 釋放 R1 v(s2)； v(s1)； 安全！ 不足： 對(duì)同一個(gè)進(jìn)程來說 資源的使用沒有并發(fā) 不安全！ 20 進(jìn) 程 P1 進(jìn) 程 P2 p(s1)； p(s2)； 申請(qǐng) R1 申請(qǐng) R2 p(s2)； p(s1)； 又申請(qǐng) R2 又申請(qǐng) R1 ．．． ．．． 釋放 R1 釋放 R2 v(s1)； v(s2)； ．．． ．．． 釋放 R2 釋放 R1 v(s2)； v(s1)； 思考 ： 若二進(jìn)程順序執(zhí)行，是否 安全 呢？ 二進(jìn)程如何執(zhí)行，才會(huì)發(fā)生 死鎖？ 等待 等待 ★ 由于系統(tǒng)已 沒有 它們 所等待的資源 而占有資源的進(jìn)程本身也在等待 (無法 釋放資源 ) 從而造成一種 永久的相互等待 ——死鎖 21 ● 發(fā)生死鎖的 進(jìn)程執(zhí)行序列 : 時(shí)刻 t1： 進(jìn)程 p1占用打印機(jī) 時(shí)刻 t2： 進(jìn)程 p2占用光標(biāo)記閱讀機(jī) 時(shí)刻 t3：進(jìn)程 p1又請(qǐng)求 光標(biāo)記閱讀機(jī)， 等待 時(shí)刻 t4： 進(jìn)程 p2又請(qǐng)求打印機(jī)， 等待 思考： 從 資源 的使用角度來看 對(duì)死鎖問題應(yīng)如何進(jìn)行 一般性的描述 呢？ ★ 22 2. 什么是死鎖 在 兩個(gè) 或多個(gè)并發(fā)進(jìn)程中，如果每個(gè)進(jìn)程都持有 某種資源，而又都同時(shí) 等待 著 別的進(jìn)程 釋放它們保持著的資源 即： 在兩個(gè)或多個(gè)并發(fā)進(jìn)程中，所有的進(jìn)程 都 相互等待 著其他的進(jìn)程釋放它們所持有的 某種資源，否則就不能向前推進(jìn) ★ 否則就不能向前推進(jìn) 稱這一組進(jìn)程產(chǎn)生了死鎖 (它們中 ) 23 強(qiáng)調(diào)： (1) 死鎖是在 n ( n≥ 2 )個(gè)進(jìn)程 (不一定是所有進(jìn)程 )之間發(fā)生的一種狀態(tài) 這種狀態(tài)一旦發(fā)生，就 永遠(yuǎn)無法改變 ?? (2) 系統(tǒng)中已沒有死鎖進(jìn)程所等待的資源了 (已被它們自己全占用了，或即使有也不夠 ) (3) 平常說系統(tǒng) 會(huì)死鎖 ，是指： 系統(tǒng)存在著死鎖的可能 (由資源得請(qǐng)求序列定 ) (但不一定會(huì)出現(xiàn)， 由資源的實(shí)際使用定 ) 探討： 出現(xiàn)死鎖的原因到底是什么呢？ ★ 24 ? ? ? ? ? N 0 R1 R2 R1 R2 R2 R1 R2 R1 P1 P2 ? ? ? 二 . 死鎖的起