操作系统处理机调度

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4.2优先权调度算法
4.2.3. 高响应比优先调度算法
对每一个作业（进程）计算一个优先数，称为响应比。挑 选响应比高的进行调度。（短作业与优先权调度的组合） 优先权的变化规律可描述为：
等待时间 要求服务时间 优先权 要求服务时间
由于等待时间与服务时间之和，就是系统对该作业的响应
时间，故该优先权又相当于响应比RP。据此，又可表示为：
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2.调度队列模型
每一种调度都涉及到进程队列。根据具有的调 度类型，形成三种类型的调度队列模型。
• 仅有进程调度的调度队列模型
• 有作业和进程调度的调度队列模型
• 有三级调度的调度队列模型
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2.调度队列模型
2.1 一级调度模型
2.2二级调度模型
2.3三级调度模型
11
1.1一级调度队列模型
时间片完/被中断
4.2优先权调度算法
抢占式优先权算法—例
EG： 进程 到达时间 0.0 2.0 4.0 5.0 服务时间 7 4 1 4 优先权 3 2 4 1
P1 P2 P3 P4
Gantt图
P1
0 2
P2 5
P4
P2 P1
9 10
P3
15 16
平均周转时间=((15-0)+(10-2)+(16-4)+(9-5))/4

根据按优先权调度时是否允许抢占，可分为两种：
1）非抢占式优先权算法 • 调度当前优先权最高的进程，并一直运行到结束，或因 发生某事件使该进程放弃处理机时，系统方可再将处理 机重新分配给另一优先权最高的进程。 • 主要用于批处理或要求不高的实时系统中。
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4.2优先权调度算法
2）抢占式优先权调度算法： 把处理机分配给当前优先权最高的进程。但 在运行过程中，若有更高优先权进程出现，则 剥夺原进程对CPU的使用权，重新调度。 当就绪队列中有新进程出现时，应比较新进 程和正运行进程的优先权。
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4.调度算法
调度的实质是一种资源分配（如作业调度可看成是内 存的分配、进程调度看成是CPU的分配） 调度算法：根据系统的资源分配策略所规定的资源分 配算法。
调度算法：
先进先出(FIFO)算法
短作业优先调度算法 最高优先权优先调度算法 轮转法 多级反馈队列
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4.调度算法
4）优先权原则（适用于各种OS） 进程调度中，往往还须选择抢占调度方式，才能保 证紧急作业得到及时处理。
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3.2面向系统的准则
注重满足系统要求 1）系统吞吐量高（对批处理OS）---与批处理作业的平均长 度有密切关系。 2）处理机利用率好（主要对大、中型机多用户系统---由于 CPU价格昂贵） 3）各类资源平衡利用
7
1.2低级调度
2）调度功能 选择占有CPU的进程 调度算法、进程状态 、内存情况
进程进程上下文切换
保存现场将正在执行进程的上下文保存在该PCB 恢复现场将刚选中的进程的运行现场 3）要解决调度问题 调度算法（WHAT按什么原则分配） 调度时机（WHEN何时分配CPU） 调度过程（HOW如何分配CPU）
交互用户 结束
CPU
就绪队列
唤醒
进程调度
阻塞
阻塞队列
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1.2二级调度队列模型
有作业和进程调度 批处理系统 时间片完/被中断
结束
…
CPU
作业调度 进程调度
后备队列
唤醒
阻塞
阻塞队列2
阻塞队列1
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2.3三级调度队列模型
作业调度 后备队列 批量作业 交互型作业 中级调度 时间片完 就绪队列
进程调度
CPU
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进程
到达时间
服务时间
P1
P2 P3
0.0
2.0 4.0
7
4 1
P4

5.0
4
SPF (抢占式) P1 P2 P3 P2 P4 P1
0
2
4
5
7
11
16
平均周转时间=((16-0)+(7-2)+(5-4)+(11-5))/4=7
28

FCFS P1 0 P2 P3 11 12 P4 16
2
4
n
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2）响应时间快（用于评价分时系统） 响应时间指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（屏幕显示结果）为止的时间。 包括：输入传送到CPU的时间；处理的时间；结果回 送到显示器的时间。 3）截止时间的保证（用于评价实时系统） 调度算法应保证实时任务的必须开始执行的最迟时 间和必须完成的最迟时间。
机的任务是由进程调度程序完成的。它是操
作系统设计的中心问题之一。
可从两个角度对调度分类：一种是按调度的层次，可分 为高级调度、低级调度、中级调度；另一种是按OS的类型， 分为批处理调度、分时调度、实时调度、多处理机调度。
3
1.调度概念
1.1 高级调度
1.2低级调度
1.3中级调度
4
1.1高级调度
作业从进入系统并驻留在外存的后备队列开始，直至作业运 行完毕，可能要经历三级调度。 高级调度：又称作业调度或长程调度或接纳调度。按一定的 调度算法，将外存上后备队列中的某些作业调入内存，并为 之创建进程、分配必要的资源，将进程排在就绪队列中。 在批处理系统中，存在高级调度。高级调度的时间尺度 通常是分钟、小时或天。
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3.1面向用户的准则
计算机系统要求的是平均周转时间最短。
1 n 平均周转时间：T= Ti n i 1
平均带权周转时间（作业的带权周转时间是作业的周转时 间T与系统为它提供的实际服务时间Ts之比，即W=T/Ts） W= 1
n
Ti Tsi i 1
优点：实现简单系统开销小。适合于大多数的批处理系统。 缺点：不能满足紧急任务的要求，故不适合实时系统。
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1.2低级调度
②抢占方式： 当一个进程正在运行时，系统可以基于某种原 则，剥夺已分配给它的处理机，将之分配给其 它进程。

抢占原则有： 时间片原则； 优先权原则（高优先权的作业到达后，可中 止当前正运行的较低优先权进程，重新调 度）； 短作业（进程）优先原则（短作业到达后， 可中止当前正运行的长作业，重新调度）
若小于、等于，则继续运行;
若大于，重新调度、切换。
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4.2优先权调度算法
4.2.2优先权的类型：可有两种类型的优先权 1）静态优先权：指优先权在创建进程时就确定好， 且在进程的整个运行期间保持不变。优先权常用某 范围内的整数表示，又称优先数。如：

确定进程优先数的依据有： • 进程类型（通常系统进程的优先权高于用户 进程） • 对资源的需求（如对CPU、内存的要求。需 求越少，优先权越高）
算其平均周转时间。
进程 P1 P2 P3 P4 到达时间 服务时间 0.0 2.0 4.0 5.0 7 4 1 4
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进程
到达时间
服务时间
P1
P2 P3
0.0
2.0 4.0
7
4 1
P4

5.0
4
SPF (非抢占式)
P1
0

P3
7 8
P2
12
P4
16
3
平均周转时间=((7-0)+(12-2)+(8-4)+(16-5))/4=8
的作业。 例：
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4.1先来先服务和短作业优先调度算法
图 4 FCFS和SJF调度算法的性能
24
4.1先来先服务和短作业优先调度算法
4.1.2、短作业（进程）优先调度算法（SJF、SPF） 思想：从队列中选择估计运行时间最短的作业（进 程），对它执行调度。 适用于作业调度和进程调度，应用于进程调度是一种 非抢占式的调度算法 该算法有利于短作业（进程），可提高系统的吞吐量、 降低作业平均等待时间。例 缺点：
等待时间 要求服务时间 响应时间 优先权 要求服务时间 要求服务时间
• 用户要求（紧迫程序、交费多少等）
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4.2优先权调度算法
优点：简单。 缺点：可能导致某些低优先级进程无限等待。
2）动态优先权：优先权在创建进程时规定，但可 以随着进程的运行而改变。
如：对于就绪队列中的进程，可规定其优先权随等 待时间而增加（开始优先权低的进程，等待一段时 间后，优先权变高）；对于运行的进程，其优先权 随使用CPU的时间增大而变小（防止某高优先权的 进程长时间占有CPU）。
在分时系统和实时系统中通常没有作业调度。
在每次执行作业调度，都要做出两个决定：
1）接纳多少个作业：取决于多道程序度,即允许多少个作业 同时在内存中运行。作业多—影响服务质量（周转之间长）； 作业少—资源利用率和系统吞吐量低。 2）接纳哪些作业：取决于调度算法
5
1.2低级调度
低级调度：又称进程调度、短程调度
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3.3调度算法总的性能指标
总性能指标 公平—确保每个进程每个用户获得合理的CPU份额
效率—CPU利用率：越高越好
响应时间—使交互用户的响应时间尽可能短 周转时间—使批处理用户等待输出的时间尽可能短 吞吐量—使每个小时处理的作业数量多 I/O设备利用率
时空代价
Kleinrock,1975 任何一个偏向某些类型作业的调度算法必将损害其他某一 类型的作业运行。
按一定的调度算法，决定就绪队列中的哪个进程将 获得处理机，然后由分派程序将处理机分配该进程。 在三种类型的OS中都要存在低级调度。低级调度的时 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.
1）调度方式
①非抢占方式：
进程占有CPU后一直运行到结束或阻塞。不允许其它进程 抢占已分配出去的CPU。
提
一
二 三
纲
处理机调度的基本概念
调度算法 实时系统中的调度
四
多处理机系统的调度
1
处理机调度的基本概念
1
调度类型
2
调度队列模型
3
调度方式和算法的评价准则
2
处理机调度的基本概念
在多道程环境下，进程数目往往多于处理
机数目，致使它们争用处理机。这就要求系
统能按某种算法，动态地把处理机分配给就
绪队列中的一个进程，使之执行。分配处理
4.1先来先服务和短作业优先
4.2优先权调度算法
4.3时间片轮转调度算法
22
4.1先来先服务和短作业优先调度算法
4.1.1、先来先服务（FCFS）调度算法
思想：每次调度总是选择最先进入队列的作业
（进程），一个进程一旦分得处理机，便执行 下去，直到该进程完成或阻塞时，才释放处理 机。
适用于作业调度和进程调度。 FCFS应用于进程调度是一种非抢占的调度算法。 FCFS有利于长作业（进程），有利于CPU繁忙
5
7
平均周转时间=((7-0)+(11-2)+(12-4)+(16-5))/4=8.75
FCFS 吞吐量0-7ms 平均周转时间 1 8.75 非抢占SPF 1 8 抢占SPF 2 7
29
4.2优先权调度算法
选择优先权高的进行调度 4.2. 1、 优先权调度算法的类型

优先权调度算法是为了照顾紧迫性作业（进程）。 可用于作业调度和进程调度。
8
1.3中级调度
中级调度：又称中程调度；
目的：提高内存的利用率和系统吞吐量。 中级调度涉及进程在内外存间的交换，从存储器资源 管理的角度来看，把内存中暂不能运行的进程的部分 或全部换出到外存上（称驻外存状态或挂起状态）， 可为当前运行进程的执行提供所需内存空间，将当前 进程所需部分换入到内存。当换出的进程重又具备运 行条件且内存有空间时，再由中级调度将其调入内存， 修改状态为活动就绪。 中级调度实际上实现的是内存管理中的对换功能。
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4.2优先权调度算法 非抢占式优先权算法—例
EG： 进程
P1 P2 P3 P4
Gantt图
到达时间 0.0 2.0 4.0 5.0
服务时间 7 4 1 4
优先权 3 2 4 1
P1
0 7
P4
P2
11
P3
15 16
34
平均周转时间=((7-0)+(15-2)+(16-4)+(11-5))/4=8.5
对长作业非常不利，可能长时间得不到执行； 未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级； 难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调 度性能。
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4.1先来先服务和短作业优先调度算法
练 习
对于下述进程的到达时间和服务时间，请分别用FCFS、
SPห้องสมุดไป่ตู้(非抢占式)和SPF(抢占式)算法写出进程调度顺序，并计
进程完成
就绪，挂起队列 事件出现
阻塞，挂起队列 事 件 出 现 阻塞队列 等待事件 挂起
图 3-3 具有三级调度时的调度队列模型
14
3.选择调度方式和算法的评价准则
3.1面向用户的准则
3.2面向系统的准则
3.3调度算法总的性能指标
1.4具体实现
15
3.1面向用户的准则 注重满足用户需求
1）周转时间短（用于评价批处理系统） • 周转时间：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。包括： 在后备队列上等待作业调度的时间； 在就绪队列上等待进程调度的时间； 在CPU上执行的时间； 等待I/O操作完成的时间。 后三步可能有多次。