引言
计算机操作系统中的处理机调度与死锁是系统资源管理的核心内容。本章节主要探讨处理机调度的基本概念、调度算法以及死锁的产生原因、预防与避免策略。通过学习，我们可以深入理解操作系统如何高效分配CPU资源，并确保系统稳定运行。
一、处理机调度概述
处理机调度是操作系统的重要功能之一，其目标是在多个进程之间合理分配CPU时间，以提高系统吞吐量和响应速度。根据调度发生的时机，调度可分为：
- 高级调度（作业调度）：决定哪些作业从外存调入内存。
- 中级调度：涉及内存与外存之间的进程交换。
- 低级调度（进程调度）：直接从就绪队列中选择进程分配CPU。
处理机调度的主要目标包括公平性、高效性、响应时间和资源利用率优化。
二、调度算法
调度算法是实现处理机调度的核心，常见算法包括：
- 先来先服务（FCFS）：按进程到达顺序分配CPU，简单但可能导致短进程等待时间过长。
- 短作业优先（SJF）：优先调度预计运行时间短的进程，可减少平均等待时间，但可能产生饥饿现象。
- 优先级调度：根据进程优先级分配CPU，可分为非抢占式和抢占式。
- 时间片轮转（RR）：每个进程分配固定时间片，适用于分时系统，保证公平性。
- 多级反馈队列：结合多种调度策略，动态调整进程优先级，提高系统灵活性。
这些算法各有优缺点，实际应用中需根据系统需求选择合适方案。
三、死锁的概念与产生条件
死锁是指多个进程因竞争资源而陷入相互等待的状态，无法继续执行。死锁的产生必须同时满足四个必要条件：
- 互斥条件：资源只能被一个进程独占使用。
- 请求与保持条件：进程在持有资源的同时请求其他资源。
- 不可剥夺条件：资源只能由持有进程释放，不可强行剥夺。
- 循环等待条件：进程之间形成环形等待链。
理解这些条件有助于设计死锁预防和避免策略。
四、死锁的处理方法
操作系统主要通过以下方式处理死锁：
- 死锁预防：通过破坏死锁产生的必要条件来防止死锁发生。例如，采用资源一次性分配策略破坏“请求与保持条件”。
- 死锁避免：在资源分配时进行安全性检查，如银行家算法，确保系统不会进入不安全状态。
- 死锁检测与恢复：允许死锁发生，但定期检测并采取恢复措施，如终止进程或资源剥夺。
- 忽略死锁：在某些简单系统中，可能选择忽略死锁问题，但风险较高。
五、计算机系统服务中的调度与死锁应用
在实际计算机系统服务中，处理机调度与死锁管理直接影响系统性能。例如：
- Web服务器：使用多级反馈队列调度处理客户端请求，确保高优先级任务及时响应。
- 数据库系统：通过死锁检测机制处理事务间的资源竞争，避免系统停滞。
- 实时系统：采用优先级调度算法保证关键任务的截止时间要求。
总结
本章内容强调了处理机调度与死锁在操作系统中的重要性。合理的调度算法能提升系统效率，而死锁的预防与避免策略则保障了系统可靠性。在学习过程中，应结合实例深入理解各种调度算法的适用场景，并掌握死锁处理的基本方法。这些知识对于设计高效、稳定的计算机系统服务至关重要。
参考资料
- 《计算机操作系统（慕课版）》第三章
- 相关在线课程和实验指导
