处理机调度
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• （2）批处理系统
• 吞吐量（Throughout）：单位时间内完成作 业的数量。
• 周转时间（Turnaround Time）：作业从提 交到运行结束的时间。
• CPU利用率（CPU Utilization）：CPU运行 时间占系统运行时间的百分比。
• 具体通过以下几个概念衡量：
16
• 平均周转时间
4
• 中级调度（中程调度、交换调度）
• 任务：把一些进程换出内存，从而使之进入“挂 起”状态，不参与进程调度。
• 目的：为了提高内存利用率和作业吞吐量。中级 调度决定那些进程被允许参与竞争处理器资源， 起到短期调整系统负荷的作用。
5
• 低级调度（进程调度、短程调度、微观调度）
• 任务：按照某种策略和方法从就绪队列中选取一 个进程，将处理及分配给它。就绪－>运行。
• 平均周转时间T＝周转时间总和÷作业数 • 周转时间＝完成时间－提交时间＝等待时间＋执行时间
• 带权平均周转时间
• 带权周转＝周转时间÷执行时间 • 平均带权周转时间W＝带权周转总和÷作业数
• T、W越小，系统作业吞吐量越大，系统性能越高
• 平均周转时间与带权平均周转时间区别：
• 平均周转时间公式中，长作业（周转时间长）对T值影响 大，短作业对T值影响小
• 作业
• 用户在一次解题或一个事务处理过程中要求 计算机系统所做工作的集合，包括用户程序、 所需的数据及命令等。
• 状态及转换(*)
3
4.1.2调度的层次
• 高级调度(作业调度、长程调度)
• 任务：是按一定的原则对外存上处于后备状态的 作业进行选择，给选中的作业分配内存、输入/ 输出设备等必要的资源，并建立相应的进程，放 入就绪队列，以使该作业的进程获得竞争处理机 的权利；并负责事后资源回收；作业具有获得处 理机的资格，但尚未占有处理机。
• 带权平均周转公式能够增加短作业对T值的影响
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• （3）交互式系统
• 响应时间（Response Time）：从发出命令到得到相应 之间的时间。
• 相称性（Proportionally）：用户对做一件事情需要多 少时间有一种固有的看法，计算机的处理时间应该与 之相吻合。比如用户双击鼠标运行暴风影音的程序看 电影，如果在几秒或十几秒之内能打开暴风影音的画 面，用户是可以接受的，但是如果花1、2分钟才能看 到这个画面，用户是很难接受的。相称性就是与用户 的期待相吻合。
10
4.2作业调度
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。
11
作业的状态
• 提交状态
• 作业从输入设备进入外存储器时的状态
• 后备状态
• 作业的全部信息调入外存后,系统将其加入后备作业队列时的 状态
• 系统将为每个作业建立一个作业控制表(JCT)
6
图 调度的层次关系
7
• 调度模型
• *仅有进程调度的调度队列模型 • *具有高级和低级调度的调度队列模型（两
级） • 同时具有三级调度的调度队列模型（多级）
8
调度队列模型
• 同时具有三级调度的调度队列模型
作业调度
时间片完
后备队列 批量作业
就绪队列
进程调度
CPU
中级调度
就绪，挂起队列
挂起
进程完成
• 运行状态
• 作业被调度程序选中,并分配到它所需要的资源时调入内存运 行时的状态
• 完成状态
• 作业正常运行结束或因发生错误而终止时,释放占有的所有资 源,准备离开系统时的状态
12
作业的状态转换
提交
进程调 度
程序
后备
运行 执行
就绪
等待
作业 注册 程序
作业 调度 程序
作业 终止 程序
完成
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4.2.1作业调度功能
• 作业调度是按照某种调度算法从后备作 业队列中选择作业装入内存运行，并当 作业运行结束后做后续处理。
• 选择作业 • 分配资源：分配内存和外设资源 • 建立作业的进程 • 建立其它相关表格 • 作业后续处理(收回资源/撤消PCB和JCB)
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4.2.2作业调度目标与性能衡量
• （1）所有系统 • 公平性：给每个进程公平的CPU份额。公平非常重要，
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4.3进程调度 4.3.1进程调度的功能
• 选择占有CPU的进程 • 记录系统中所有进程的执行情况 • 进行进程上下文切换
• 进程上下文指发生进程切换时的运行现场，它由进 程的正文段、数据段、CPU的寄存器以及有关的数 据结构组成。
• 对于处理机而言，进程上下文是当前终止执行的进 程现场（上文）与即将运行的进程现场（下文）， 上下文切换的主要任务是保存当前进程的现场信息， 加载或恢复新进程的现场信息，使处理机实现在进 程之间的切换。
相似的进程应该得到相似的服务。对一个进程给予较 其他等价的进程更多的CPU时间是不公平的。 • 系统策略的强制执行：如果制定了系统的调度策略和 相应的算法，那么调度程序就必须保证能够强制执行 该策略。即执行的时候不打折扣。 • 均衡性：保持系统的所有部分尽可能都忙碌。如果 CPU和所有I/O设备都能够始终运行，那么相对于让某 些部件空转或闲置而言，每秒钟就可以完成更多的工 作。
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• （4）实时系统 • 实时系统有着自己独特的指标，即：截止线和可预测
性。 • 截止线（Deadlines）：系统的运行必须满足截止时间
的要求。例如：如果在导弹发射的过程中，用户按下 取消的按钮，就必须立即响应，做出相应的取消动作， 否则导弹就会击中目标。 • 可预测性（Predictability）：在多媒体的实时系统中， 如果网络拥塞，那么音频和视频的数据会丢失很多， 如果要搜集齐所有的数据再播放，那么用户会难以忍 受。这就要求实时系统必须预测多少数据可以播放， 既不影响播放质量，又能保证播放速度。
事件出现
阻塞，挂起队列
事
件 出
挂起
现
阻塞队列
等待事件
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4.1.3作业与进程的关系
• 作业可被看作是用户向计算机提交任务 的实体。如一次计算，一个控制过程等。
• 进程则是计算机为了完成用户任务实体 而设Байду номын сангаас的执行实体，是系统分配资源的 基本单位。
• 一个作业可以由一个或多个进程组成。 而一个进程不可能对应多个作业。
第4章进程调度（处理机调度）
1
4.1 调度的概念
• 处理机是计算机系统中的重要资源
• 在多道程序环境下，进程数目通常多于处理 机的数目
• 系统必须按一定方法动态地把处理机分配给 就绪队列中的一个进程
• 处理机利用率和系统性能（吞吐量、响应时 间）在很大程度上取决于处理机调度
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4.1.1作业的状态及其转换
• （2）批处理系统
• 吞吐量（Throughout）：单位时间内完成作 业的数量。
• 周转时间（Turnaround Time）：作业从提 交到运行结束的时间。
• CPU利用率（CPU Utilization）：CPU运行 时间占系统运行时间的百分比。
• 具体通过以下几个概念衡量：
16
• 平均周转时间
4
• 中级调度（中程调度、交换调度）
• 任务：把一些进程换出内存，从而使之进入“挂 起”状态，不参与进程调度。
• 目的：为了提高内存利用率和作业吞吐量。中级 调度决定那些进程被允许参与竞争处理器资源， 起到短期调整系统负荷的作用。
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• 低级调度（进程调度、短程调度、微观调度）
• 任务：按照某种策略和方法从就绪队列中选取一 个进程，将处理及分配给它。就绪－>运行。
• 平均周转时间T＝周转时间总和÷作业数 • 周转时间＝完成时间－提交时间＝等待时间＋执行时间
• 带权平均周转时间
• 带权周转＝周转时间÷执行时间 • 平均带权周转时间W＝带权周转总和÷作业数
• T、W越小，系统作业吞吐量越大，系统性能越高
• 平均周转时间与带权平均周转时间区别：
• 平均周转时间公式中，长作业（周转时间长）对T值影响 大，短作业对T值影响小
• 作业
• 用户在一次解题或一个事务处理过程中要求 计算机系统所做工作的集合，包括用户程序、 所需的数据及命令等。
• 状态及转换(*)
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4.1.2调度的层次
• 高级调度(作业调度、长程调度)
• 任务：是按一定的原则对外存上处于后备状态的 作业进行选择，给选中的作业分配内存、输入/ 输出设备等必要的资源，并建立相应的进程，放 入就绪队列，以使该作业的进程获得竞争处理机 的权利；并负责事后资源回收；作业具有获得处 理机的资格，但尚未占有处理机。
• 带权平均周转公式能够增加短作业对T值的影响
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• （3）交互式系统
• 响应时间（Response Time）：从发出命令到得到相应 之间的时间。
• 相称性（Proportionally）：用户对做一件事情需要多 少时间有一种固有的看法，计算机的处理时间应该与 之相吻合。比如用户双击鼠标运行暴风影音的程序看 电影，如果在几秒或十几秒之内能打开暴风影音的画 面，用户是可以接受的，但是如果花1、2分钟才能看 到这个画面，用户是很难接受的。相称性就是与用户 的期待相吻合。
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4.2作业调度
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。
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作业的状态
• 提交状态
• 作业从输入设备进入外存储器时的状态
• 后备状态
• 作业的全部信息调入外存后,系统将其加入后备作业队列时的 状态
• 系统将为每个作业建立一个作业控制表(JCT)
6
图 调度的层次关系
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• 调度模型
• *仅有进程调度的调度队列模型 • *具有高级和低级调度的调度队列模型（两
级） • 同时具有三级调度的调度队列模型（多级）
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调度队列模型
• 同时具有三级调度的调度队列模型
作业调度
时间片完
后备队列 批量作业
就绪队列
进程调度
CPU
中级调度
就绪，挂起队列
挂起
进程完成
• 运行状态
• 作业被调度程序选中,并分配到它所需要的资源时调入内存运 行时的状态
• 完成状态
• 作业正常运行结束或因发生错误而终止时,释放占有的所有资 源,准备离开系统时的状态
12
作业的状态转换
提交
进程调 度
程序
后备
运行 执行
就绪
等待
作业 注册 程序
作业 调度 程序
作业 终止 程序
完成
13
4.2.1作业调度功能
• 作业调度是按照某种调度算法从后备作 业队列中选择作业装入内存运行，并当 作业运行结束后做后续处理。
• 选择作业 • 分配资源：分配内存和外设资源 • 建立作业的进程 • 建立其它相关表格 • 作业后续处理(收回资源/撤消PCB和JCB)
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4.2.2作业调度目标与性能衡量
• （1）所有系统 • 公平性：给每个进程公平的CPU份额。公平非常重要，
19
4.3进程调度 4.3.1进程调度的功能
• 选择占有CPU的进程 • 记录系统中所有进程的执行情况 • 进行进程上下文切换
• 进程上下文指发生进程切换时的运行现场，它由进 程的正文段、数据段、CPU的寄存器以及有关的数 据结构组成。
• 对于处理机而言，进程上下文是当前终止执行的进 程现场（上文）与即将运行的进程现场（下文）， 上下文切换的主要任务是保存当前进程的现场信息， 加载或恢复新进程的现场信息，使处理机实现在进 程之间的切换。
相似的进程应该得到相似的服务。对一个进程给予较 其他等价的进程更多的CPU时间是不公平的。 • 系统策略的强制执行：如果制定了系统的调度策略和 相应的算法，那么调度程序就必须保证能够强制执行 该策略。即执行的时候不打折扣。 • 均衡性：保持系统的所有部分尽可能都忙碌。如果 CPU和所有I/O设备都能够始终运行，那么相对于让某 些部件空转或闲置而言，每秒钟就可以完成更多的工 作。
18
• （4）实时系统 • 实时系统有着自己独特的指标，即：截止线和可预测
性。 • 截止线（Deadlines）：系统的运行必须满足截止时间
的要求。例如：如果在导弹发射的过程中，用户按下 取消的按钮，就必须立即响应，做出相应的取消动作， 否则导弹就会击中目标。 • 可预测性（Predictability）：在多媒体的实时系统中， 如果网络拥塞，那么音频和视频的数据会丢失很多， 如果要搜集齐所有的数据再播放，那么用户会难以忍 受。这就要求实时系统必须预测多少数据可以播放， 既不影响播放质量，又能保证播放速度。
事件出现
阻塞，挂起队列
事
件 出
挂起
现
阻塞队列
等待事件
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4.1.3作业与进程的关系
• 作业可被看作是用户向计算机提交任务 的实体。如一次计算，一个控制过程等。
• 进程则是计算机为了完成用户任务实体 而设Байду номын сангаас的执行实体，是系统分配资源的 基本单位。
• 一个作业可以由一个或多个进程组成。 而一个进程不可能对应多个作业。
第4章进程调度（处理机调度）
1
4.1 调度的概念
• 处理机是计算机系统中的重要资源
• 在多道程序环境下，进程数目通常多于处理 机的数目
• 系统必须按一定方法动态地把处理机分配给 就绪队列中的一个进程
• 处理机利用率和系统性能（吞吐量、响应时 间）在很大程度上取决于处理机调度
2
4.1.1作业的状态及其转换