第4章调度和死锁

时间片完 进程调度 进程完成
就 绪 队 列
CPU
事件1出现
等待事件 1
事件2出现
… … …
等待事件 2
…
等待事件 n 事件n 出现
图 3-3 具有高、低两级调度的调度队列模型
4 同时具有三级调度的调度队列模型
在通用系统的多模式OS中，一般采用具有三级调
度的调度队列模型，由于多ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式OS同时支持批处理、
外存、I/O设备等）也是一个重要指标，对于微型机
和某些实时系统，该准则也不重要。
3.3 调 度 算 法
3.3.1 先来先服务First-Come-First-Served （FCFS）
（作业／进程）调度算法
FCFS是一种最简单的调度算法，可用于作业 或进程调度。此算法的原则是按照作业到达后备作 业队列（或进程进入就绪队列）的先后次序来选择 作业（或进程）。
请看下例：
3.3.2 短作业／进程优先(Shortest Process First)调度
算法
短进程(SPF)的调度算法从内存就绪队列中选则一个
运行时间最短的进程到处理机中执行。
对作业调度来说，是指从作业的后备队列中选则一
个或若干个短作业到内存就绪队列。
短作业(SJF)的调度算法可以照顾实际上占很大比例
3 具有高级调度和低级调度的调度队列模型
在多道批处理系统中，一般处理机管理设臵作业和
进程两级调度。它比第一个模型增加了高级调度。 模型增加了在磁盘的作业后备队列，作业调度的任 务是从作业后备队列中选一个作业为它创建至少一 个进程，并分配资源，将它排入内存进程就绪队列 末尾。如下图所示：
作业 调度 后 备 队 列
第三章 调度和死锁 (Scheduling and Deadlock )
3.1 处理机调度的层次 3.2 调度算法 3.3 实时调度 3.4 产生死锁的原因和必要条件 3.5 预防死锁的方法 3.6 死锁的检测与解除
3.1 处理机调度的层次
3.1.1 调度(Scheduling)的类型
高级调度 中级调度 低级调度
FCFS算法属于非抢占方式，一旦一个进程占有处 理机，它就一直运行下去，直到该进程完成或者因 等待某事件而不能继续运行时才释放处理机。 FCFS算法易于实现，表面上很公平。
FCFS算法比较有利于长作业（进程），而不利
于短作业（进程）。在应用中也就是利于CPU繁忙
型作业（进程），而不利于I/O繁忙型作业（进程）。
从用户通过键盘提交一个请求开始，直至系统首次
产生响应为止的时间。
C 截止时间(Deadline)的保证
它是用来评价实时系统的重要指标，截止时间是某 任务必须执行的最迟时间，或完成的最迟时间。
D 优先权准则
在选择批处理、分时和实时系统的调度算法时，
都可引用优先权准则，以便让那些紧急的作业 （或事件），得到及时的处理。在要求较严格的 场合，往往还需选择抢占调度方式，才能保证紧 急作业得到及时的处理。
的进程排在就绪队列上，准备执行。
(1)、作业(Job):含义比持续更广泛，它不仅包
含了通常的程序和数据，而且还配有一份作业说明
书，系统根据该说明书来对程序的运行进行控制。
(2)、作业步(Job Step):
在作业运行期间，每个作业都必须经过若干个相
对独立又互相关联的加工步骤才能得到结果，将其
中的每个加工步骤称为一个作业步。
便仃止正在执行的进程，将处理机分配给优先权高
的进程，使之执行。
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（1）面向用户（User-oriented）的准则和评价
A 周转时间(Turnaround Time)短:
它是评价批处理系统的重要性能指标。作业周转 时间Ti是指从作业提交给系统开始，到作业完成为 止的这段时间间隔。可把平均周转时间描述为：
3.1.2 调度队列模型 3.1.3 进程调度相关问题
3.1.1 调度(Scheduling)
☻In a multiprogramming system, OS must allocate
computer resources among the potentially competing requirements of multiple tasks。
1 T Ti n i 1
i
作业的周转时间 T 与系统为它提供服务的时间 TS
之比，即W=T/TS，称为带权周转时间，而平均带权 周转时间则可表示为:
n 1 Ti W n i 1 TSi
B 响应时间(Response Time)快
响应时间是评价分时系统的性能指标。响应时间是
☻后备状态
作业已经过输入系统输入到磁盘，等待调入内存 运行，此时作业处于后备状态。为了管理和调度作
业，为每个作业设臵一个作业控制块（JCB）。作
业控制块记录了作业类型和资源要求等有关信息。
作业控制块按作业类型组成一个或多个后备作业队
列。
☻运行状态
一个在后备作业队列的作业被作业调度程序选中 后，分配必要的资源，建立一组相应的进程后，调 入内存，该作业就进入运行状态。进程各状态（进 程运行态、内存进程就绪态、内存阻塞态、外存进 程就绪态、外存进程阻塞态等）都对应作业运行状 态。
待，而将那些在盘交换区的等待事件已经发生急需调度运行
的进程从外存盘交换区调入内存。
在UNIX系统中中级调度就是存储管理中的对换，采用虚
拟存储技术的分时系统往往设立中级调度。
辅存 主机 后备作业 … 作业1 作业2 作业n 对换进程 … 低级调度 高级调度 内存用户态区 … 进程1 进程2 进程m
中级调度
作业名。 用户名及用户账号。 内存需求量。 估计执行时间。 优先数(用于调度)。 作业类型。 作业说明书文件名。 资源要求量。 作业状态(执行、就绪、等待、完成等)。
(5)、作业的状态
作业从进入到运行结束，一般需要经历“提交”、
“后备”、“运行”和“完成”四个阶段。
☻提交状态
一个作业被提交给机房后正在通过输入系统进行输 入或用户通过终端向计算机中键入其作业时所处于 的状态为提交状态。
C 处理机利用率(Processor Utilization)高
对于大中型多用户系统，由于CPU价格十分昂贵，所 以处理机利用率成为衡量大、中型系统性能的十分 重要指标，但对单用户微机或某些实时系统，该准 则就不那么重要。
D 各类资源的平衡利用(Balancing Resources)
在大中型系统中，有效地利用各类资源（包括 CPU、
(3)、作业流(Job Stream):
若干个作业进入系统后，被依次存放在外存上，
这就形成了作业流。在操作系统的统一控制下，逐
个进行处理，于是便形成了处理作业流。
(4)、作业控制块(Job Control Block— JCB):
在多道批处理程序系统中为每个作业设臵一个作业 控制块，它是作业在系统中存在的标志，其中保存 了系统对该作业进行管理和调度所需的全部信息。 每个JCB的具体内容根据作业调度的要求而定， 它包括该作业的标识信息、状态信息、调度参数、 资源需求和其他控制信息等，如：
☻抢占方式（Preemptive mode）
这种调度方式，允许进程调度程序根据某个原则，
去停止某个正在执行的进程，将已分配给进程的处
理机，重新分配给另一个进程。抢占的原则有：
时间片原则：各进程按时间片运行，当一个时
间片用完后，便停止该进程的执行而重新进行
调度。这个原则适用于分时系统。
优先权原则：通常是对一些重要的和紧急的进程赋 予较高的优先权。当这种进程进入就绪队列时，例 如由阻塞态转换为就绪态，或从静止就绪态转为活 动就绪态时，或新创建进入就绪态的进程进入就绪 队列时，如果其优先权比正在执行的进程优先权高，
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3.1.3 进程调度相关问题
1 进程调度的方式 非抢占方式（Non-Preemptive mode） 抢占方式（Preemptive mode）
2 调度算法的效率问题：
面向用户（User-oriented）的准则和评价 面向系统（System-oriented）的准则和评价
☻非抢占方式
图3-1 处理机三级调度
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3.1.2 调度队列模型
1、仅有进程调度的调度队列模型
在分时系统中通常仅设臵了进程调度。此时系统
有一个就绪队列，每个进程运行一个时间片，进程
运行一个时间片后如未完成，则被放在就绪队列末
尾。如进程运行中因等待某事件（例如申请I/O而等
待I/O完成），则需排入阻塞队列，系统因阻塞的原
☻In the case of the CPU or I/O , allocation means
scheduling。
1、高级(Long-term scheduling)调度―作业调度
又称为作业调度或长程调度,它用于决定把外存 上处于作业后备队列上的哪些作业调入内存，并为 它们创建进程、分配必要的资源，然后再将新创建
(2)面向系统的准则
A 达到系统设计目标 系统的设计目标是选择算法的主要依据。例如批处 理系统所追求的是充分发挥和提高计算机的效率， 分时系统则侧重于保护用户的请求及时给予响应， 实时系统所关心的是不要丢失实时信息并给予处理。 B 系统吞吐量(throughout)大 这是用来评价批处理系统的重要指标。系统吞吐量 是单位时间内完成的作业数，它与批处理作业的平 均长度具有密切关系。
因不同可设几个阻塞队列。
时间片完 进程调度 进程完成
交互用户 事 件 出 现
就 绪 队 列
CPU
阻 塞 队 列
等待事件
图 3 - 2 仅具有进程调度的调度队列模型
2、有进程调度和中级调度队列模型
在具有虚拟存储器技术的分时系统中（例如UNIX系统等）， 一般采用具有进程调度和中级调度的调度模型。在该模型中 比第一种模型增加了中级调度，则相对于上模型也增加了外 存进程就绪队列和外存进程阻塞队列。中级调度时或从内存 就绪队列调到外存的就绪队列，或从内存阻塞队列调到外存 阻塞队列，或从外存进程就绪队列调到内存就绪队列。