第四章 处理机调度
处理机调度-调度算法
处理机调度-调度算法处理机调度-调度算法先来先服务（FCFS）调度算法概念将⽤户作业和就绪进程按提交顺序或变为就绪状态的先后排成队列，按照先来先服务的⽅式进⾏调度处理。
公平性1.直观看，该算法在⼀般意义下是公平的。
即每个作业或进程都按照它们在队列中等待时间长短决定它们是否优先享受服务2.但如果执⾏时间较短的作业或进程在某些执⾏时间很长的作业或进程之后到达，则它们将等待很长时间轮转法基本思路基本思路是让每个进程在就绪队列中的等待时间与享受服务的时间成⽐例过程将CPU的处理时间分成固定⼤⼩的时间⽚。
如果⼀个进程在被调度选中之后⽤完了系统规定的时间⽚，但未完成要求的任务，则它⾃⾏释放⾃⼰所占有的CPU⽽排到就绪队列的末尾，等待下⼀次调度。
同时，进程调度程序⼜去调度当前就绪队列中的第⼀个进程或作业。
轮转法只能调度可抢占资源轮转法只能⽤来调度分配那些可以抢占的资源。
将它们随时剥夺再分配给别的进程例⼦:CPU是可抢占资源的⼀种但如打印机等资源是不可抢占的作业调度不使⽤轮转法:由于作业调度是对除了CPU之外的所有系统硬件资源的分配，其中包含有不可抢占资源，所以作业调度不使⽤轮转法轮转法的时间⽚选取问题时间⽚长度的选择会直接影响系统开销和响应时间过短的问题:如果时间⽚长度过短，则调度程序剥夺处理机的次数增多。
这将使进程上下⽂切换次数也⼤⼤增加，从⽽加重系统开销过长的问题:如果时间⽚长度选择过长，例如⼀个时间⽚能保证就绪队列中所需执⾏时间最长的进程能执⾏完毕，则轮转法变成了先来先服务法由于时间⽚的选取要满⾜相应时间的要求，所以是有如下的关系:q=R/NmaxR：系统对响应时间的要求RNmax：就绪队列中所允许的最⼤进程数Nmax相应的关系:1.在q为常数的情况下，如果就绪队列中的进程数远⼩于Nmax，则响应时间R看上去会⼤⼤减⼩2.由于q值固定，从⽽进程上下⽂切换的时机不变，系统开销也不变。
3.CPU的整个执⾏时间等于各进程执⾏时间加上系统开销。
Operating System处理机调度
非抢占短优先调度示例
Process Arrival Time
P1
0.0
7
P2
2.0
4
P3
4.0
1
P4
5.0
4
• SJF (non-preemptive)
Burst Time
P1
P3
P2
P4
0
3
78
12
16
• 平均等待时间 = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4
优先级调度
• 每个进程都具有优先度 (integer) • 优先级最高的先被执行（数字越小表示优先级越高）
中每个进程获得CPU时间为 1/n. 没有进程等待时间超过 (n-1)q
• 性能
– q large FIFO – q small q must be large with respect to context
switch, otherwise overhead is too high.
示例: RR （时间片为20）
止或它从运行状态转换到等待状态才会释放CPU。
调度员
• 调度模型 gives control of the CPU to the process selected
by the short-term scheduler; this involves: – 上下文切换 – 处理机状态变为User,而以前是Kernel. – 跳转到执行程序的适当位置重新执行此程序。
processor makes its own scheduling decisions.（自调度,实现复 杂）
• Asymmetric multiprocessing（非对称多处理）– only one
操作系统-第四章调度
长程调度
就绪队列 长程调度 处理机 后备队列 短程调度 就绪/挂起队列
交互用户
进程调度算法---先来先服务（FCFS）
• 该方法按照到达的先后顺序排队， 每次调 度队首的进程 • FCFS算法属于非剥夺调度方式， 实现简单 ， 看似公平 • 但，对于那些后进入队列而运行时间较短 的进程，或I/O型的进程而言，可能需要长 时间等待
响应比高者优先
• 同短进程优先和剩余时间最短者优先调度 算法一样，很难准确估计进程的预期执行 时间 • 每次调度之前都需要计算响应比，增加了 系统开销
反馈调度方法
• 前面介绍的几种调度方法都存在各自不同的问题 ，尤其是短进程优先，剩余时间最短者优先 以及 响应比高者优先调度算法，都需要估计进程的预 期执行时间，如果估计不准确，将影响调度结果 和系统性能 • 如果根据进程执行历史，而非未来，进行调度， 将解决这个问题 • 就是一种根据进程执行历史调整调度方法的调度 方法，它结合了优先级和时间片轮转调度思想.
基于优先级的调度算法
• 基于时间片轮转调度算法循环式的为每个 被调度的进程分配一个时间片,对每个进程 都是公平的 • 然而,实际应用中，进程的性质可能是不同 的,例如,一个与用户进程小户的前台进程急 迫的需要对用户的输入作出响应,而一个后 台打印机进程的迫切性也许就不那么重要 • 因此可以为每个进程定义一个优先级,优先 级越高的进程将优先获得处理机的调度
调度目标
• 满足用户的要求：
– 响应时间，周转时间，截止直接
• 满足系统的需求：
– 系统吞吐量，处理机利用率，各类资源的平衡 使用，公平性及优先级
第四章Operating System处理机管理
2. 面向系统的调度性能准则 吞吐量：单位时间内所完成的作业数， 吞吐量：单位时间内所完成的作业数，跟作 业本身特性和调度算法都有关系－－ －－批处理 业本身特性和调度算法都有关系－－批处理 系统 处理机利用率：－－ ：－－大中型主机 处理机利用率：－－大中型主机 各种设备的均衡利用： 各种设备的均衡利用：如CPU繁忙的作业和 繁忙的作业和 I/O繁忙（指次数多，每次时间短）的作业搭 繁忙（ 繁忙 指次数多，每次时间短） －－大中型主机 配－－大中型主机 3. 调度算法本身的调度性能准则 易于实现 执行开销小
2. 时间片长度的确定
时间片长度变化的影响
– 过长－>退化为 过长－ 退化为 退化为FCFS算法，进程在一个时间片内都执行 算法， 算法
完，响应时间长。 响应时间长。 – 过短－>用户的一次请求需要多个时间片才能处理完，上 过短－ 用户的一次请求需要多个时间片才能处理完 用户的一次请求需要多个时间片才能处理完， 下文切换次数增加，响应时间长。 下文切换次数增加，响应时间长。
4.2.4.3 线性优先级调度算法 Robin） （SRR, Selfish Round Robin）
统吞吐量
低级调度也称微观调度，从处理机资源分配的角度来看， 低级调度也称微观调度，从处理机资源分配的角度来看， 处理机需要经常选择就绪进程或线程进入运行状态， 处理机需要经常选择就绪进程或线程进入运行状态，低级 调度的时间尺度通常是毫秒级的。 调度的时间尺度通常是毫秒级的。由于低级调度算法的频 繁使用，要求在实现时做到高效 繁使用，
4.2.4.1 静态优先级
创建进程时就确定，直到进程终止前都不改变。通常 创建进程时就确定，直到进程终止前都不改变。 是一个整数。 是一个整数。
操作系统原理第四章 处理机调度习题
第四章处理机调度4.3 习题4.3.1 选择最合适的答案1．某系统采用了银行家算法，则下列叙述正确的是（）。
A.系统处于不安全状态时一定会发生死锁B.系统处于不安全状态时可能会发生死锁C.系统处于安全状态时可能会发生死锁D.系统处于安全状态时一定会发生死锁2．银行家算法中的数据结构包括有可利用资源向量Available、最大需求矩阵Max、分配矩阵Allocation、需求矩阵Need，下列选项正确的是（）。
A.Max[i,j]=Allocation[i,j]+Need[i,j]B.Need[i,j]= Allocation[i,j]+ Max[i,j]C.Max[i,j]= Available[i,j]+Need[i,j]D.Need[i,j]= Available[i,j]+ Max[i,j]3．下列进程调度算法中，（）可能会出现进程长期得不到调度的情况。
A.非抢占式静态优先权法B.抢占式静态优先权法C.时间片轮转调度算法D.非抢占式动态优先权法4．在下列选项中，属于预防死锁的方法是（）。
A.剥夺资源法B.资源分配图简化法C.资源随意分配D.银行家算法5．在下列选项中，属于检测死锁的方法是（）。
A.银行家算法B.消进程法C.资源静态分配法D.资源分配图简化法6．在下列选项中，属于解除死锁的方法是（）。
A．剥夺资源法 B.资源分配图简化法C．银行家算法 D.资源静态分配法7．为了照顾紧迫型作业，应采用（）。
A.先来服务调度算法B.短作业优先调度算法C.时间片轮转调度算法D.优先权调度算法8．在采用动态优先权的优先权调度算法中，如果所有进程都具有相同优先权初值，则此时的优先权调度算法实际上和（）相同。
A.先来先服务调度算法B.短作业优先调度算法C.时间片轮转调度算法D.长作业优先调度算法9．作业从后备作业到被调度程序选中的时间称为（）。
A.周转时间B.响应时间C.等待调度时间D.运行时间10．资源静态分配法可以预防死锁的发生，它们使死锁四个条件中的（）不成立。
第四章 操作系统处理机调试(张尧学)
等待事件
4.1.2 作业与进程
作业是用户向计算机提交任务的任务实体 进程是计算机为了完成用户任务实体而设置
的执行实体，是系统分配资源的基本单位
第四章 处第理9机页调度
4.2 作业调度
作业调度主要是完成作业从后备状态到执行状态的转 变，以及从执行状态到完成状态的转变
第四章 处第理1机0页调度
第四章 处第理1机9页调度
4.3.2 进程调度的时机
(1) 正在执行的进程执行完毕。 (2) 执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等待状态。 (3) 执行中进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞；或调用
了V原语操作激活了等待资源的进程队列。 (4) 执行中进程提出I／O请求后被阻塞。 (5) 在分时系统中时间片已经用完。 (6) 在执行完系统调用
第四章 处第理1机2页调度
图4.3 作业调度中状态的转换过程 第四章 处第理1机3页调度
4.2.2 作业调度目标与性能衡量
作业调度的功能最主要的是从后备作业队列中选取一批作 业进入执行状态。
调度目标主要是以下4点: (1) 对所有作业应该是公平合理的； (2) 应使设备有高的利用率； (3) 每天执行尽可能多的作业； (4) 有较快的响应时间。
主要功能是按照一定的策略选择一个处于就绪状态的进程， 使其获得处理机执行。根据不同的系统设计目的，有各种各样 的选择策略，例如系统开销较少的静态优先数调度法，适合于 分时系统的轮转法和多级反馈轮转法等。这些选择策略决定了 调度算法的性能 (3) 进行进程上下文切换
一个进程的上下文（context）包括进程的状态、有关变量 和数据结构的值、硬件寄存器的值和PCB以及有关程序等
高级调度"。从用户工作流程的角度，一次提交的若干个流程， 其中每个程序按照进程调度。时间上通常是分钟、小时或天 (2) 交换调度：中级调度，从存储器资源的角度。将进程的部分 或全部换出到外存上，将当前所需部分换入到内存。指令和数据 必须在内存里才能被CPU直接访问。 (3)进程或线程调度：低级调度（微观调度），又称为"微观调度 "、"低级调度"。从CPU资源的角度，执行的单位。时间上通常 是毫秒。因为执行频繁，要求在实现时达到高效率
逄 第四章处理机调度习题课
进入时间 离开时间 周转时间 执行时间 带权 周转时间
1 2 3 4 5
0 0 0 0 0
10 11 13 14 19
10 11 13 14 19
13.4
10 1 2 1 5
1 11 6.5 14 3.8
7.26
0 J1 J2 J3 J4 J5
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 T
RR
0 J1 J2 J3 J4 J5
解： 先调度作业1 1）先调度作业1。 周转时间为T1=Tw1+Tr1=0+2.0=2.0 周转时间为T1=Tw1+Tr1=0+2.0=2.0 带权周转时间为W1=2.0/2.0=1 带权周转时间为W1=2.0/2.0=1 在作业1运行的完成时刻10:00分别计算作业2 10:00分别计算作业 2）在作业1运行的完成时刻10:00分别计算作业2、3、4的响 应比R 应比R 作业2等待时间10:00 8:50=1时10分=1.17小时 10:00小时, ①作业2等待时间10:00-8:50=1时10分=1.17小时, R=1+1.17/0.5=3.34 作业3等待时间10:00 9:00=1时=1.0小时 10:00小时, ②作业3等待时间10:00-9:00=1时=1.0小时, R=1+1.0/0.1=11.0 ③作业4等待时间10:00-9:50=10分=0.17小时, 作业4等待时间10:00-9:50=10分=0.17小时, 10:00 小时 R=1+0.17/0.2=1.85 故应调度作业3,周转时间T3=1.0+0.1=1.1小时, 3,周转时间T3=1.0+0.1=1.1小时 故应调度作业3,周转时间T3=1.0+0.1=1.1小时,带权周转时间 W3=1.1/0.1=11.0
第四章--调度PPT课件
3、常用作业调度算法
先来先服务（First-Come First-Served：FCFS）
最早提交的作业最先调入内存
短作业优先（Shortest Job First :SJF） 运行时间最短的作业优先调入内存
最短剩余时间优先（ Shortest Remaining Time Next：SRTN) 剩余运行时间最短的作业优先调度运行
23
系统中n个作业的平均周转时间为：
T
n
Ti
i1
1 n
带权周转时间W
W = T/R
T 为周转时间，R为实际运行时间。
平均带权周转时间：
Win1Wi1nin1TRii 1n
4．就绪等待时间：作业在就绪队列中的等待时间 5．响应时间：从提交第1个请求到产生第1个响应
所用的时间
4.5 调度算法
行某些进程
⑥ 开销 ：系统开销不应太大
22
4.4.2 调度性能评价准则
1．CPU利用率：CPU价格昂贵 2．吞吐量：单位时间内CPU完成作业的数量 3．周转时间 从作业提交到作业完成的时间间隔就是周转时间。
Ti = tci - tsi tsi 表示作业i 的提交时间 tci 表示作业i 的完成时间。
15
4.3 进程调度
进程调度也叫低级调度 进程调度程序也叫低级调度程序，它完
成进程从就绪状态到运行状态的转换。 将一台物理CPU虚拟成多台CPU
16
4.3.1 进程调度的功能
（1）保存现场
进程放弃CPU时，进程调度程序需将现场信 息保存到PCB中
（2）挑选进程 （3）恢复现场
为选中的进程恢复现场信息，把CPU控制权 交给该进程。
10
提交状态
计算机操作系统教程(张尧学 史美林 张高)(第三版)第四章
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4.2
作业调度
制 制 作 作 者 者 ： ： 郭 郭 平 平 、 、 王 王 在 在 模 模 、 、 何 何 静 静 媛 媛
作业调度是按照某种规则，从后备作业 队列中挑选作业进入内存，参与处理机的竞 争的过程。
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从后备队列中选 出一个作业 审核资源要求 否 放弃作业 资源要求 能满足吗？ 是 分配资源 建立进程 进程调度 (a) 后备状态到执行状态的转变
回收分配给作业的全部资源 计算作业的执行费用 撤消作业的所有进程，以及JCB 调度下一个作业
(b) 执行状态到完成状态的转变
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外存
就绪
等待
提交状态
收容状态
就绪 等待
交换调度 执行状态 完成状态 执行
作业注册
作业调度
进程调度
内存
线程调度
作业的状态及转换
返回
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4.1.2 调度的层次
制 制 作 作 者 者 ： ： 郭 郭 平 平 、 、 王 王 在 在 模 模 、 、 何 何 静 静 媛 媛
又称为作业调度，用于决定把外存上处于后备队列中的作业调入 内存，并为它们创建进程、分配必要的资源，然后，将新创建的进程 排在就绪队列中，准备执行。在作业调度中，必须解决两个问题： 1） 接纳多少个作业：多道程序的度数的确定应该系统的规模和运行 速度，做适当的折中。 2） 接纳哪些作业：应该将作业从外存中调入内存，将取决于所采用 的调度算法。关于各种不同的调度算法将随后讨论。
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处理机调度目标理解
处理机调度目标理解在计算机操作系统中，处理机调度是指操作系统对处理机（CPU）进行分配和管理的过程。
目标是合理分配处理机资源，提高系统的吞吐量和响应速度，并确保系统资源的公平利用。
而要理解处理机调度的目标，需要从以下几个方面进行分析。
1. 最大化处理机利用率：处理机是计算机系统中最重要的资源之一，因此调度的首要目标是最大化处理机的利用率。
这意味着在系统中尽可能地让处理机保持繁忙状态，避免出现空闲或闲置情况。
通过合理的调度算法，可以有效地提高处理机的利用率，使得系统的整体性能得到提升。
2. 最小化作业的等待时间：作业的等待时间是指作业从提交到开始执行之间的时间间隔。
长时间的等待会导致作业执行的延迟，降低系统的响应速度。
因此，调度的另一个目标是尽可能地减少作业的等待时间，让作业能够尽早地得到处理机的服务。
通过合理的调度算法，可以充分利用系统资源，缩短作业的等待时间，提高系统的效率。
3. 实现公平性：在多用户系统中，不同的用户对系统资源的需求可能不同。
处理机调度的目标之一是实现资源的公平分配，确保每个用户都能够获得合理的服务。
公平性可以通过调度算法来实现，例如时间片轮转算法可以确保每个作业都能够获得公平的执行时间，避免某些作业长时间占用处理机资源而导致其他作业等待时间过长的情况。
4. 最小化响应时间：响应时间是指用户提交请求到系统响应该请求所需要的时间。
处理机调度的目标之一是尽可能地缩短用户的响应时间，提高用户的体验。
通过合理的调度算法，可以将用户请求迅速调度到处理机上执行，并及时返回结果，减少用户的等待时间，提高系统的响应速度。
综上所述，处理机调度的目标包括最大化处理机利用率、最小化作业的等待时间、实现资源的公平分配以及最小化响应时间。
通过合理选择和设计调度算法，可以达到这些目标，提高计算机系统的整体性能和用户体验。
描述处理机的调度方式
描述处理机的调度方式一、引言处理机调度是操作系统中的重要任务之一，它决定了多个进程之间的执行顺序。
合理的调度方式能够提高系统的资源利用率和响应速度，实现任务的高效执行。
本文将介绍几种常见的处理机调度方式，并分析其特点和适用场景。
二、先来先服务调度（FCFS）先来先服务调度是最简单的调度方式之一，它按照进程的到达顺序进行调度，先到达的进程先执行。
这种调度方式的特点是公平、无抢占，适用于长作业型的任务。
然而，FCFS调度容易造成“饥饿”现象，即长作业占用处理机时间过长，导致短作业等待时间过长，影响系统的响应速度。
三、最短作业优先调度（SJF）最短作业优先调度是根据进程的执行时间长度来进行调度的。
短作业优先的调度方式能够最大限度地减少平均等待时间，提高系统的响应速度。
然而，SJF调度容易造成长作业的等待时间过长，导致长作业的响应速度变慢。
此外，SJF调度方式需要事先知道每个进程的执行时间，对于实时系统来说，很难做到准确预测。
四、优先级调度优先级调度是根据进程的优先级来进行调度的。
每个进程都被赋予一个优先级，优先级越高的进程越先执行。
优先级调度方式可以根据系统的需求进行设置，以实现对不同类型任务的灵活调度。
然而，优先级调度容易造成低优先级进程的饥饿现象，即低优先级进程长时间无法得到执行。
此外，优先级调度方式需要合理设置优先级，过高的优先级可能导致系统稳定性问题。
五、时间片轮转调度（RR）时间片轮转调度是一种基于时间片的调度方式。
每个进程被分配一个固定长度的时间片，在时间片用完后，进程会被挂起，然后被放入就绪队列的末尾，等待下一次调度。
时间片轮转调度方式公平、无饥饿，适用于多任务环境。
然而，时间片的长度需要合理设置，过长会导致响应速度变慢，过短又会导致频繁的上下文切换，影响系统的效率。
六、多级反馈队列调度（MFQ）多级反馈队列调度是一种综合利用了FCFS、SJF和RR调度方式的调度方式。
它将进程根据优先级划分为多个队列，每个队列采用不同的调度方式。
操作系统原理-第四章 处理机调度(有答案)
第四章处理机调度4.3 习题4.3.1 选择最合适的答案1．某系统采用了银行家算法，则下列叙述正确的是（）。
A.系统处于不安全状态时一定会发生死锁B.系统处于不安全状态时可能会发生死锁C.系统处于安全状态时可能会发生死锁D.系统处于安全状态时一定会发生死锁2．银行家算法中的数据结构包括有可利用资源向量Available、最大需求矩阵Max、分配矩阵Allocation、需求矩阵Need，下列选项正确的是（）。
A.Max[i,j]=Allocation[i,j]+Need[i,j]B.Need[i,j]= Allocation[i,j]+ Max[i,j]C.Max[i,j]= Available[i,j]+Need[i,j]D.Need[i,j]= Available[i,j]+ Max[i,j]3．下列进程调度算法中，（）可能会出现进程长期得不到调度的情况。
A.非抢占式静态优先权法B.抢占式静态优先权法C.时间片轮转调度算法D.非抢占式动态优先权法4．在下列选项中，属于预防死锁的方法是（）。
A.剥夺资源法B.资源分配图简化法C.资源随意分配D.银行家算法5．在下列选项中，属于检测死锁的方法是（）。
A.银行家算法B.消进程法C.资源静态分配法D.资源分配图简化法6．在下列选项中，属于解除死锁的方法是（）。
A．剥夺资源法 B.资源分配图简化法C．银行家算法 D.资源静态分配法7．为了照顾紧迫型作业，应采用（）。
A.先来服务调度算法B.短作业优先调度算法C.时间片轮转调度算法D.优先权调度算法8．在采用动态优先权的优先权调度算法中，如果所有进程都具有相同优先权初值，则此时的优先权调度算法实际上和（）相同。
A.先来先服务调度算法B.短作业优先调度算法C.时间片轮转调度算法D.长作业优先调度算法9．作业从后备作业到被调度程序选中的时间称为（）。
A.周转时间B.响应时间C.等待调度时间D.运行时间10．资源静态分配法可以预防死锁的发生，它们使死锁四个条件中的（）不成立。
操作系统第13讲：第4章 处理机调度调度算法.ppt
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4.6 实时系统调度方算法简介
四、时限调度算法
导语：基本思想是：按用户的时限要求顺序设置优先级，优先
●实时系统所处理的外部任务可分为周期性的与非周期性的两大类。非周期性 任务，存在有一个完成或开始进行处理时限；而周期性任务要求在周期T内 完成或开始进行处理。
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4.6 实时系统调度算法简介
一、实时系统的特点
1．有限等待和响应时间（决定性） 2．可靠性高 3．用户可以控制 4．系统纠错能力强，实时系统要求很高的可靠性。
导语：
●实时系统广泛用在移动通信、网络计算、航空航天等领域。os是实时系统中 最重要的部分之一,它负责在用户要求的时限内进行事件处理和控制。
●实时系统与其他系统的最大区别：处理和控制的正确性不仅取决于计算的逻 辑结果，而且取决于计算和处理结果产生的时间。因此，实时系统的调度， 即把给定的任务，按所要求的时限调配到相应的设备上处理完成。根据实 时系统对处理外部事件的时限要求，分为硬、软实时任务。 ◆硬实时任务要求系统必须完全满足任务的时限要求。 ◆软实时任务允许时限要求有一定的延迟，时限要求只是一个相对条件。
注意P90: 周转T、完成T、提交T、带权周转T等概念在公式中的含义。 ●分析结论:P3 执行的时间非常短，但等待时间过长，显然是不合理的。
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4.4 调度算法
二、短作业或短进程调度算法（SJF）
1. 适应范围：作业或进程 2. 原则：选取最短作业或进程进行执行 3. 优点：当短作业或短进程较多时，系统效率较高 4. 缺陷：对长作业不利，设有考虑优先级
处理机调度算法流程
处理机调度算法流程一、引言处理机调度算法是操作系统中的关键部分，它决定了处理机如何分配给不同的进程以实现高效的任务执行。
本文将介绍处理机调度算法的流程，包括先来先服务调度算法、短作业优先调度算法、优先级调度算法和时间片轮转调度算法。
二、先来先服务调度算法先来先服务调度算法是最简单的调度算法之一。
当一个进程请求处理机时，先到达的进程将被先分配处理机，直到该进程执行完毕或主动释放处理机。
先来先服务调度算法的流程如下：1. 将所有进程按照到达时间的先后顺序排列。
2. 选择等待队列中的第一个进程，将处理机分配给它。
3. 当该进程执行完毕或主动释放处理机后，选择等待队列中的下一个进程，重复第2步。
4. 重复以上步骤，直到所有进程执行完毕。
三、短作业优先调度算法短作业优先调度算法是根据进程的执行时间来决定处理机分配的优先级，执行时间短的进程优先级高。
短作业优先调度算法的流程如下：1. 将所有进程按照执行时间的长短进行排序。
2. 选择执行时间最短的进程，将处理机分配给它。
3. 当该进程执行完毕或主动释放处理机后，选择执行时间次短的进程，重复第2步。
4. 重复以上步骤，直到所有进程执行完毕。
四、优先级调度算法优先级调度算法是根据进程的优先级来决定处理机分配的顺序，优先级高的进程优先级高。
优先级调度算法的流程如下：1. 将所有进程按照优先级的高低进行排序。
2. 选择优先级最高的进程，将处理机分配给它。
3. 当该进程执行完毕或主动释放处理机后，选择优先级次高的进程，重复第2步。
4. 重复以上步骤，直到所有进程执行完毕。
五、时间片轮转调度算法时间片轮转调度算法是一种公平的调度算法，它将处理机分配给每个进程一个固定的时间片，当时间片用完后，将处理机分配给下一个进程。
时间片轮转调度算法的流程如下：1. 将所有进程按照到达时间的先后顺序排列。
2. 选择等待队列中的第一个进程，将处理机分配给它，并设置一个固定的时间片。
3. 当时间片用完后，将处理机分配给等待队列中的下一个进程，重复第2步。
chap4 中断和处理机调度
第4章中断和处理机调度4.1中断4.2处理机调度4.3实时调度4.4多处理机调度操作系统的基本特征是并发与资源共享，而实现这些特征是和中断密不可分的，因而中断是与处理机管理密切相关的一个重要概念。
中断或中断机制是实现多道程序设计与并发执行的基础和必要条件。
4.1.1中断和指令周期有关中断的几个概念引起中断的事件或发出中断请求的来源称为中断源。
中断源向CPU发出处理请求称为中断请求。
硬件对中断请求作出反应的过程称为中断响应。
中断过程：┇┇12ii+1n┇在此处产生中断用户程序中断处理程序通过中断转移控制4.1.1中断和指令周期4.1.1 中断和指令周期取下一条指令分析指令执行指令检查中断；初始化中断处理程序停止开始取指阶段分析阶段执行阶段中断阶段图4.2中断和指令周期4.1.2 中断处理正在运行的程序中断装置中断处理程序时钟中断I/O 中断控制台中断硬件中断程序错误中断运行程序访管指令中断装置中断处理程序（a ）强迫性中断（b ）自愿性中断图4.3两类中断事件4.1.2 中断处理中断处理程序并不是每一个中断源一个中断处理程序，而是每类中断事件一个。
每个中断处理程序都有一个入口地址（PC）及其运行环境（PSW）当中断事件发生时，中断装置根据中断类别自动地将对应的PSW和PC分别送入程序状态字和程序计数器中，如此便转入到对应的中断处理程序。
这个转移类似于向量转移，因而PSW和PC也可以被称为中断向量。
4.1.2 中断处理┇PSW 1，PC 1PSW 2，PC 2PSW 3，PC 3PSW 4，PC 4PSW 5，PC 5┇PSW n ，PC n CSWCAW定时器PSW 1，PC 1PSW 2，PC 2PSW 3，PC 3PSW 4，PC 4PSW 5，PC 5┇，PC 现行PSW ，PC 旧PSW ，PC 新PSW ，PC ①③②PC 1：中断处理程序PC 2：中断处理程序PC 3：中断处理程序PC 4：中断处理程序PC 5：中断处理程序PC n ：中断处理程序┇结束4.1.2 中断处理时钟中断的发生时，处理程序做许多系统管理的工作：进程管理作业管理：资源管理：事件处理系统维护实现软件时钟4.1.3 多个中断处理多个中断有两种方法：当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。
操作系统原理-第四章处理机调度知识点及习题
第四章处理机调度与死锁4.1 知识点汇总1、处理机调度级别⑴调度：选出待分派的作业或进程⑵处理机调度：分配处理机⑶三级调度：高级调度（作业调度）、中级调度（内存对换）、低级调度（进程调度）2、作业状态⑴作业状态分为四种：提交、后备、执行和完成。
⑵作业状态变迁图：图4-1 作业状态及变迁3、作业调度和调度的功能⑴. 作业调度的任务后备状态→执行状态执行状态→完成状态⑵作业调度的功能①记录系统中各个作业的情况②按照某种调度算法从后备作业队列中挑选作业③为选中的作业分配内存和外设等资源④为选中的作业建立相应的进程⑤作业结束后进行善后处理工作4、进程调度和调度的功能1）. 进程调度：后备状态→执行状态2）. 进程调度时机：任务完成后、等待资源时、运行到时了、发现重调标志3）. 进程调度的功能：保存现场、挑选进程、恢复现场5、两级调度模型 作业调度和进程调度的区别6、评价调度算法的指标调度性能评价准则：CPU利用率、吞吐量、周转时间、就绪等待时间和响应时间（1）吞吐量：单位时间内CPU完成作业的数量（2）周转时间：1) 周转时间=完成时刻－提交时刻2) 平均周转时间=周转时间／n3) 带权周转时间=周转时间／实际运行时间4) 平均带权周转时间=带权周转时间／n7、作业与进程调度算法（1）先来先服务（FCFS）调度算法的实现思想：按作业（进程）到来的先后次序进行调度，即先来的先得到运行。
用于作业调度：从作业对列（按时间先后为序）中选择队头的一个或几个作业运行。
用于进程调度：从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程投入运行。
例如设有三个作业，编号为1，2，3。
各作业分别对应一个进程。
各作业依次到达，相差一个时间单位。
①图示出采用FCFS方式调度时这三个作业的执行顺序②算出各作业的周转时间和带权周转时间（2）时间片轮转（RR）调度算法的实现思想：系统把所有就绪进程按先进先出的原则排成一个队列。
新来的进程加到就绪队列末尾。
c4
操作系统讲义
作业调度（2）
3.
作业调度的性能衡量
1)
周转时间：
作业i的周转时间Ti为:Ti=Tei-Tsi 所有作业的平均周转时间为T=1/n
2)
Ti
i 1
n
带权周转时间：
带权周转时间是作业周转时间与作业执行时间之比： Wi=Ti/Tri 平均带权周转时间为： n W=1/n Wi
7
操作系统讲义
进程调度的时机
1.
2. 3. 4. 5.
6.
7.
正在执行的进程执行能够完毕。 执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠 状态。 执行中进程调用了P原语操作，从而因资源不足被阻塞； 或调用了V原语操作激活了等待资源的进程队列。 执行中进程提出I/O请求后被阻塞。 在分时系统中，执行进程的时间片已经用完。 在执行完系统调用，由系统程序返回用户进程时，可认 为系统进程执行完毕，从而可调度选择一新的用户进程 执行。 就绪队列中的某进程的优先级变得高于当前执行进程的 优先级，从而也将引发进程调度。
13
操作系统讲义
FCFS的特点
比较有利于长作业，而不利于短作业。 有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O 繁忙的作业。
14
操作系统讲义
短作业优先 (SJF, Shortest Job First)
算法思想：对预计执行时间短的作业（进程）优先分派处理 机。通常后来的短作业不抢先正在执行的作业。
23
操作系统讲义
多级反馈轮转算法 (Round Robin with Multiple Feedback)
多级反馈队列算法是时间片轮转算法和优先级算 法的综合和发展,
第4章 处理机调度与死锁复习题答案
第4章处理机调度与死锁练习题(一)单项选择题1．用户要求计算机处理的一个计算问题称为一个( )。
A．进程 B程序 c．作业 D系统调度2.一个作业的完成要经过若干加工步骤，这每个步骤称为( )。
A.作业流B.子程序 c.子进程 D.作业步3．通常一个批处理作业要经过若干作业步才能完成，系统要求用户( )给出说明。
A．只能在作业提交时 B．只能在作业执行过程中 c．在作业提交时或作业执行过程中 D.不必4．在批处理系统中，作业控制说明书是用操作系统提供的( )编写而成的。
A．c语言 B命令语言 c．作业控制语言 D会话语言5．用户使用操作系统提供的操作控制命令表达对作业执行的控制意图，这种作业控制方式是( )。
A．自动控制方式 B．脱机控制方式 c．批处理方式 D．交互方式6．( )只考虑用户估计的计算机时间，可能使计算时间长的作业等待太久。
A．先来先服务算法 B．计算时间短的作业优先算法 C．响应比最高者优先算法 D．优先数算法7．先来先服务算法以( )去选作业，可能会使计算时间短的作业等待时间过长。
A．进入后备队列的先后次序 B．计算时间的长短 C．响应比的高低 D．优先数的大小8．可以证明，采用( )能使平均等待时间最小。
A．优先数调度算法 B．均衡调度算法 c．计算时间短的作业优先算法 D．高响应比优先算法9．在进行作业调度时．要想兼顾作业等待时间和计算时间，应选取( )。
A.均衡调度算法 B．优先数调度算法 c．先来先服务算法 D．响应比最高者优先算法10．作业调度算法提到的响应比是指( )。
A．作业计算时间与等待时间之比 B．作业等待时间与计算时间之比c．系统调度时间与作业等待时间之比 D．作业等待时间与系统调度时间之比11．作业调度选择一个作业装入主存后，该作业能否占用处理器必须由( )来决定。
A．设备管理 B．作业控制 C．驱动调度 D、进程调度12．在分时系统控制下,对终端用户采用( )方法使每个终端作业去占用处理器。
简述处理机调度层次
简述处理机调度层次
处理机调度层次是计算机操作系统中的一个重要概念，它是指在多道程序环境下，为了提高计算机资源的利用率和系统的吞吐量，将进程按照一定的优先级和调度算法分配给不同的处理机运行的过程。
处理机调度层次主要包括作业调度、进程调度和线程调度三个层次。
一、作业调度
作业调度是指在多用户环境下，根据用户提交的作业特性、系统资源情况以及系统策略等因素，将作业按照一定规则分配给不同的处理机或分时段地执行。
常见的作业调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
二、进程调度
进程调度是指在单个用户环境下，根据进程特性、系统资源情况以及系统策略等因素，将就绪状态中的进程按照一定规则分配给可用处理机执行。
常见的进程调度算法有最高响应比优先、时间片轮转、多级反馈队列等。
三、线程调度
线程调度是指在单个进程内部，根据线程特性以及线程之间关系等因素，将就绪状态中的线程按照一定规则分配给可用处理机执行。
常见的线程调度算法有抢占式调度、非抢占式调度等。
处理机调度层次的目的是为了提高系统资源利用率和系统吞吐量，同时保证进程或线程按照一定规则得到公平、合理的分配和执行。
在实际应用中，不同的调度算法和策略有着不同的优缺点，需要根据具体应用场景进行选择和优化。
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开销
最小
可能高
可能高
不利于短作业和 不利于长作业 I/O繁忙型作业
作用 良好的均衡
“饥饿”问题
无
可能
无
4.3 进程调度
进程调度的主要任务是按照某种
算法选取一个就绪对列中的进程占用
处理机。
28
一、进程调度的功能
（1）记录系统中所有进程的执行情况；
（2）选择占有处理机的进程；
（3）进行进程上下文的切换。
此种算法有利于提高系统的吞吐量和
减少作业的平均周转时间。
19
响应比高者优先算法（HRN）
该算法是在进行作业调度时，系
统计算每个作业的响应比，响应比最 高的投入执行。
响应比R = 作业周转时间 / 作业处理时间 =（作业处理时间+作业等待时间）/ 作业处理时间 = 1 +（作业等待时间 / 作业处理时间）
当正在执行的进程由于某种原因要让出 处理机的时候，系统要做进程上下文切换。
29
二、进程上下文切换
一个进程让出处理器，由另一个进程占 用处理器的过程称为进程上下文切换。 进程的切换使系统中的各进程均有机会 占用CPU。 进程的切换是由进程状态的变化引起的， 而进程状态的变化又与出现中断事件有 关。
该算法中时间片的大小对计算机性能有 很大影响。
37
时间片轮转算法例题
系统有三个进程P1、P2、P3先后（但又 几乎同时到达），它们分别需要20、4和2个 单位时间运行完毕。如果采用时间片轮转调 度算法进行调度，它们的平均周转时间是多 少？
P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1 P2 P1 P2 P1
43
多级反馈队列调度算法（2）
将就绪队列分为N级，每个就绪队列分配给不 同的时间片，队列级别越高，时间片越长，级 别越小，时间片越短； 系统从第一级调度，当第一级为空时，系统转 向第二个队列，.....当运行进程用完一个时 间片，放弃CPU时，进入下一级队列； 等待进程被唤醒时，进入原来的就绪队列； 当进程第一次就绪时，进入第一级队列
1 W= n
Ti × ri i 1
n
17
先来先服务算法（FCFS）
将用户作业按提交的先后顺序排成 队列，并按照先来先服务的方式进行 调度处理。
在实际的操作系统中，该算法一般 都不单独使用，而是与其他算法配合使用。
18
最短作业优先算法（SJF）
该算法是从后备队列中选择其估计 运行时间最短的作业，使之投入运 行。
30
进程（上下文）切换步骤
决定是否做上下文切换以及是否允许做。 保存CPU的上下文（包括程序计数器和其 它寄存器），以及其它相关信息到运行进 程的PCB中去。 把该进程移至合适的队列--就绪、阻塞队 列。 选择另一个要执行的进程。 恢复或装配所选进程的上下文，将CPU控 制权交给所选进程。 31
48
实时操作系统具有的能力
很快的进程或线程切换速度 快速的外部中断响应能力 基于优先级的固定点抢先式调度方式 和基于优先级的随时抢先式调度策略
是实时系统的主要调度策略。
49
时限调度算法
该算法是按照用户的时限要求顺序 设置优先级，优先级高的占据处理机。 此种调度是抢先式的。
此种算法可以用于周期性调度和非周 期性调度。
2
处理机
处理机是计算机系统中的重要 资源。 处理机调度算法对整个计算机 系统的综合性能指标有重要影响。
3
处理机调度的分类
按层次可把处理机调度分成三个层次： 高级调度 中级调度 低级调度
高级调度
也称为作业调度或宏观调度，通常在分时系
统和实时系统中没有作业调度。
因为在分时系统中为了缩短响应时间，作业
22
先来先服务调度算法计算结果
作业 进入时间 估计运行 开始时间 时间 （分钟） 120 8：00 8：00 50 8：50 10：00 10 9：00 10：50 20 9：50 11：00 作业平均周转时间 T = 112.5 作业带权平均周转时间 W = 4.975 结束时间 周转时间 （分钟） 120 120 120 90 450 带权周转 时间 1 2.4 12 4.5 19.9
JOB1 JOB2 JOB3 JOB4
10：00 11：20 10：10 10：30
最高响应比优先作业算法计算结果
比较项目算
法 调度方式 吞吐量
FCFS 非抢占式 不突出
SJF 非抢占式 高
HRN 非抢占式 高 提供良好的响应时 间
周转时间
可能很高，特别 对于短作业（进 在进程执行时间 程）提供良好的 有很大变化时 响应时间
14
二、作业调度算法
先来先服务算法（FCFS） 最短作业优先算法(SJF) 最高响应比优先算法(HRN) 优先级算法
15
作业调度算法性能的衡量
周转时间Ti Ti＝Tei－Tsi＝Twi+Tri 平均周转时间 T=(
Ti ) ×
i 1
n
1 n
16
作业调度算法性能的衡量
带权周转时间 Wi=Ti/Tri 平均带权周转时间
20
优先级算法
选择优先级高的作业首先得到调度 静态优先级 动态优先级
21
作业调度算法应用例子
假设在单道批处理环境下有四个作业， 已知它们进入系统的时间、估计运行 时间如下图所示， 应用先来先服务、 最短作业优先和最高响应比优先作业 调度算法，分别计算出作业的平均周 转时间和带权的平均周转时间
50
频率单调调度算法
该算法是一种被广泛用于多周期性
实时处理的调度算法。算法基本原理 是频率越低的任务优先级越低。 使用该算法的必要条件：
任务的执行时间<=任务周期
51
使用该算法的充分条件：
使用该算法的充分条件：
52
练习题：
一、判断题
1、短进程优先调度算法是从作业后备队列中 选择一个估计运行时间最短的作业调入内存 予以执行。 （ ×） 2、中级调度就是实现在外存上的进程与进程 之间的转换。 （ ×）
44
进程调度的例题
有三个进程A、B、C，它们先后（但又
几乎同时到达）进入就绪队列。它们的
CPU执行时间分别为21、6和3个单位时
间，如果按照FCFS和SPF算法进行调度，
它们的平均周转时间是多少？
45
4.4 实时系统调度
实时操作系统指系统能及时响应外
部事件的请求并且在规定的时间内
完成对该事件的处理，并控制所有 实时任务协调一致的运行。
面向系统的时候，需要考虑系统的吞吐 量和设备的利用率。
10
处理机调度的分类
按层次可把处理机调度分成三个层次： 高级调度 中级调度 低级调度
4.2 作业调度
12
4.2
作业调度
作业调度的主要任务是按一定的算法对外存输 入井上的大量后备作业进行选择，为选出的作业分配
资源，并建立进程，使进程进入就绪队列，等待进程
……..
P1
T1=26
T2=10
T3=6
38
最高优先权优先调度算法
该算法是把处理机分配给就绪队列
中具有最高优先权的进程。
此种算法的关键就是怎样确定进 程的优先权。静态法和动态法。
39
确定优先数的方法
静态优先数法： 在进程创建时指定优先数，在进程运行 时优先数不变 动态优先数法： 在进程创建时创立一个优先数，但在其 生命周期内优先数可以动态变化。如等 待时间长优先数可改变
第四章 处理机调度
4.1 处理机调度概述
4.2 作业调度
4.3 进程调度 4.4 实时系统调度
1
4.1 处理机调度概述
处理机调度（CPU调度）要解决的问题： WHAT：按什么原则分配CPU —调度算法 WHEN：何时分配CPU —调度的时机 HOW： 如何分配CPU —CPU调度过程（进程的上下文切换）
JOB1 JOB2 JOB3 JOB4
10：00 10：50 11：00 11：20
最短作业优先作业算法计算结果
作业 进入时间 估计运行 开始时间 时间 （分钟） 120 8：00 8：00 50 8：50 10：30 10 9：00 10：00 20 9：50 10：10 作业平均周转时间 T = 95 作业带权平均周转时间 W = 3.25 结束时间 周转时间 （分钟） 120 150 70 40 380 带权周转 时间 1 3 7 2 13
调度。
应用于批处理系统中或者通用操作 系统中的批处理部分
13
一、作业调度的功能
（1）记录系统中各作业的状况。利用作业控
制块JCB。 （2）从后备队列中选择一部分作业投入执行。 （3）为被选中的作业做好执行前的准备工作。 （4）在作业执行结束时做善后处理工作。
设计目标是最大限度地发挥各种资源的利 用率和保持系统内各种活动的充分并行。
46
实时操作系统的特点
有限等待时间—所有进程在处理事件 的时候都要在有限时间内开始。
有限响应时间—从响应外部事件开始， 必须在有限的时间内处理完毕。 用户控制—用户可以控制进程的优先 级。
47Biblioteka 实时操作系统的特点可靠性高 系统出错处理能力强—系统在出错 的时候，既能处理错误，又不影响 当前正在执行的用户使用。
35
最短进程优先调度算法（SPF）
从就绪队列中选出一个估计运行时 间最短的进程，把处理机分配给它， 使它立即执行。
此种算法能有效的降低进程的平均周
转时间和提高系统的吞吐量。
36
时间片轮转法
该算法中，系统将所有就绪进程按FIFO原则排 成一个环行队列，把CPU分配给队首进程，并规定 它执行一个时间片，当时间片用完的时候，系统剥 夺该进程处理机将它送入就绪队列的末尾，重新分 配给队列中新的队首进程。