计算机操作系统 第四章 处理机调度
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其任务是按一定的方法对外存上的 大量后备作业进行选择，选择部分作业 分配内存等必要的资源，并建立相应的 进程。
当该作业执行完毕时，回收系统资源。
分级调度
中级调度：又称交换调度、平衡负 载调度或中程调度（Medium-term Scheduling）。
其主要任务是根据内存和进程的当前 状态来决定内存和外存中的进程映像对 换。 挂起/激活
法
响应比定义：响应比的计算公式与？差不多？
响应比＝作业等待时间/作业计算时间
每当调度时，先计算每个作业的响应比值， 选择响应比最高者运行。
该算法属于非剥夺式算法。
调度算法
最高响应比算法 该算法既考虑作业等待时间，又考虑作业
的计算时间。同等条件优待短作业，同时又 不使长作业的等待时间过长，改进了调度性 能。
调度算法设计原则
选择调度算法的原则 周转时间：作业从提交开始，到完 成为止的时间间隔称作业的周转时间。
调度应使作业周转时间或平均作业 周转时间尽可能短。提高整体执行效
率。批处理系统
调度算法设计原则
平均周转时间----系统效率
作业i的周转时间为;
Ti=Tei-Tsi
其中Tei为完成时刻，Tsi为提交时刻。 则n个作业平均周转时间为：
一队列中按FCFS原则； 若不存在高优先级进程，则从较低一
级的就绪队列中选择。
调度算法
多级反馈轮转法 时间片用完而未完成的进程加入低
一级就绪队列，但时间片加长。
实时调度方法
实时系统的特点 实时系统负责在用户要求的时限内
进行事件处理和控制。 实时系统系统中必须采用剥夺式优
先级算法，以保证紧急事件的处理及时 性。
1 n
T = n i=1 Ti
调度算法设计原则
带权周转时间----系统公平性 作业的周转时间包含两部分：等待
时间和执行时间，即：Ti=Twi＋Tri； Twi指作业i由后备状态到执行状态的
等待时间。
带权周转时间：Wi=Ti/Tri
调度算法设计原则
带权周转时间 作业的平均带权周转时间定义为：
调度算法
轮转法（RR，round robin） 在交互式系统中，时间片大小的选
择是根据用户对响应时间的要求R和就 绪队列中所允许的最大进程数Nmax确 定的。
时间片大小：q=R/Nmax
调度算法
多级反馈轮转法 其思想是将就绪进程分为多级，较高
优先级的队列分配时间片较短。 调度先从高一级就绪队列中选择，同
该调度算法首先选中队首进程，即截 止时间最近的那个进程。
Βιβλιοθήκη Baidu
实时调度方法
实时系统调度算法 3）最少裕度法 基本思想：先计算各个进程的富裕时间，
即裕度（laxity），优先选择裕度最少的 进程执行。
裕度的基本计算公式为： 裕度=截止时间-(就绪时间+计算时间)
思考题
1. 简述处理机的三级调度机制。 2. 作业调度的主要算法及其思想。 3. 进程调度的主要算法及其思想。
调度算法
先来先服务（FCFS，First Come First Serve ）
按作业进入后备队列的先后次序，先进入 系统的作业优先被选中。
这是一种非剥夺式算法，易实现；但不利 于短作业&优待了长作业，可能使短作业周 转时间变得很大。影响批作业的平均周转时 间。适用于作业调度和进程调度。
调度算法
20
要求：应用先来先服务、最短进程调度算法，分别给出进程
调度的顺序、并计算出平均周转时间.
先来先服务算法(FCFS)－－计算结果
P1
120 8:00
P2
P3 P4
50
10 20
10:00
10:50 11:00 11:20
时间
进入时间 估计运行时间 开始时间 （分钟）
结束时间
周转时间 （分钟）
P1
8：00
分级调度
中级调度： 现代操作系统中，交换调度实现了虚
拟存储技术，有效扩充了内存。
分级调度
低级调度：又称进程调度（或线程调 度）、短程调度（Short-term Scheduling）。
其主要任务是按照某种策略选取1个 就绪状态的进程分配处理机。
该调度可能出现进程（线程）上下文 切换，以执行新的进程（线程）。
估计运行时间 （分钟）
开始时间
11:20
结束时间
时间
周转时间 （分钟）
JPOB11 JPOB22
8：00 8：50
120
8：00
10：00
120
50
10：30
11：20
150
JPOB33 JPOB44
9：00 9：50
10
10：00
10：10
70
20
10：10
10：30
40
平均周转时间 T = 95 380
调度算法
动态优先级（进程） 动态优先级根据以下原则确定： (1) 根据进程已占有CPU时间的来决定。
占有处理机的时间愈长，则在被阻塞之后再 次获得调度的优先级就越低。
(2) 根据就绪时间长短来决定。一个进程 在就绪队列中等待时间越长，它获得的优先 级就越高。
调度算法
轮转法（RR，round robin） 其思想是将CPU计算时间分成若干个
选估计计算时间最短的作业投入运行。 这是一种非剥夺式算法，用户提交作
业的同时给出估计计算时间。 这个算法显然有利于短作业。
调度算法
最短作业优先SJF（Shortest Job First ） 主要不足：
1）估计计算时间难以精确； 2）长作业可能会出现饥饿现象；
该算法仅适用于作业调度。
调度算法
最高响应比（HRRF，Highest Response Ratio First）算
时间间隔单位，即时间片。 每个进程每次最多执行1个时间片；
若时间片用完仍未结束，则让出CPU， 排到就绪队列尾部，等待下一次调度。
调度算法
进程的时间片可以相等，也可以不相等。
该算法仅适用于进程调度，不适用于作业 调度。
调度算法
轮转法（RR，round robin） 时间片大小的选取非常重要。 若时间片过短，则调度次数增多， 进程切换次数增加，额外开销增大。 若时间片过长，则降低了并发性， 甚至可能变成先来先服务法。
最高响应比优先算法－－计算结果
70+50, 60+10,10+20
80+50, 20+20
50 10 20
50 20
P1
P3 P2
P4
时间
120 8:00
10 50
20
10:00 10:10 10:30
11:20
调度算法
优先级法 优先级法可用作作业/进程调度策略。 系统或用户按某种原则为作业或进程
指定一个优先级，表示其优先权。 该算法的核心是确定进程或作业的优
先级。确定优先级的方法可分为静态法 和动态法。
调度算法
静态优先级： 静态优先级按以下原则确定： (1) 由用户紧急程度输入一个适当的优先
级，系统对高优先级收取高费用。 (2) 由系统或操作员根据作业类型指定优先
级。类型可由用户约定或操作员指定。 (3) 系统根据作业要求资源情况确定优先级。
处理机调度用来完成这方面的工作。
New
Ready Suspend
Activate
Ready
Release Running
Exit
Timeout
Event Occurs
Event Occurs
Activate Blocked
Suspend
Blocked
低级调度 中级调度 高级调度
分级调度
基本的处理机调度可分为三级： 高级调度：也称作业调度或长程调 度（Long-term Scheduling） 。
缺点：计算响应比需要额外的时间开销， 且计算时间需要估计，实际效率要比SJF 差。
该算法适用于作业调度和进程调度。
调度算法-例子
假设在单道批处理环境下有四个进程，已知它们进 入系统的时间、估计运行时间：
进程
进入时间 估计运行时间（分钟）
P1
8:00
120
P2
8:50
50
P3
9:00
10
P4
9:50
计算机操作系统
（2015版）
讲 授：刘延华
Email:
Tel:
福州大学数学与计算机科学学院
福建省网络计算与智能信息处理重点实验室
第4章 处理机调度
分级调度 作业调度 进程调度 调度算法 实时系统调度方法 课时：6.0
概述
在计算机系统中，可能同时有数百个 作业请求执行。
如何挑选若干作业装入主存、如何给 进程分配处理器，是操作系统中的一个 重要问题。
1 n
W = n i=1 Wi
为何能够体现系统的公平性？ 越大&越小更公平？
调度算法设计原则
调度算法的执行方式 非剥夺式：一个作业一旦投入运行， 除非其自愿让出CPU，否则一直运行 完成，调度算法不得剥夺其运行。 剥夺式：系统可以根据调度算法， 当满足某条件时，立即中断正在运行 的进程，并切换到其他进程。
先来先服务（FCFS） 在实际操作系统中，尽管很少单独使
用FCFS算法，但和其他一些算法配合 起来，FCFS算法在os中均有实现。
例如: 基于优先级的算法中对于相同 优先级的作业即采用FCFS方式。
调度算法
最短作业优先SJF（Shortest Job First ） 算法以作业的估计计算时间为依据，
分级调度
关于不同级别调度的说明： 在传统多道批处理系统中，只有作 业调度和进程调度； 在现代操作系统中，作业调度的概 念简化或取消；进程的临时输入输出 数据通常存在内存缓冲区，或由交换 调度暂存外存中，井的概念弱化。
调度算法设计原则
选择调度算法的原则 资源利用率：利用率=有效工作时间 /总运行时间。 响应时间：交互式进程的响应时间 尽可能短；实时任务的处理更要及时 满足要求。
实时调度方法
实时系统调度算法 1）单比率调度算法 规定：运行频率越高的进程其优先
就数越高。 调度时总是选中优先数最高的就绪
进程，并采取剥夺式分配策略。 可以证明该算法是最优的。
实时调度方法
实时系统调度算法 2）限期调度算法 基本思想：进程就绪队列按截止期
限排序。对于一个周期性事件，其截 止期限即为事件下一次发生的时间。
120
8：00
10：00
120
P2
8：50
50
10：00
10：50
120
P3
9：00
10
10：50
11：00
120
P4
9：50
20
11：00
11：20
90
平均周转时间 T = 112.5
450
最短作业优先算法(SJF)－－计算结果
8:00
P1 120
进入时间
P3 P4 P2
10 20 50 10:00 10:10 10:30
当该作业执行完毕时，回收系统资源。
分级调度
中级调度：又称交换调度、平衡负 载调度或中程调度（Medium-term Scheduling）。
其主要任务是根据内存和进程的当前 状态来决定内存和外存中的进程映像对 换。 挂起/激活
法
响应比定义：响应比的计算公式与？差不多？
响应比＝作业等待时间/作业计算时间
每当调度时，先计算每个作业的响应比值， 选择响应比最高者运行。
该算法属于非剥夺式算法。
调度算法
最高响应比算法 该算法既考虑作业等待时间，又考虑作业
的计算时间。同等条件优待短作业，同时又 不使长作业的等待时间过长，改进了调度性 能。
调度算法设计原则
选择调度算法的原则 周转时间：作业从提交开始，到完 成为止的时间间隔称作业的周转时间。
调度应使作业周转时间或平均作业 周转时间尽可能短。提高整体执行效
率。批处理系统
调度算法设计原则
平均周转时间----系统效率
作业i的周转时间为;
Ti=Tei-Tsi
其中Tei为完成时刻，Tsi为提交时刻。 则n个作业平均周转时间为：
一队列中按FCFS原则； 若不存在高优先级进程，则从较低一
级的就绪队列中选择。
调度算法
多级反馈轮转法 时间片用完而未完成的进程加入低
一级就绪队列，但时间片加长。
实时调度方法
实时系统的特点 实时系统负责在用户要求的时限内
进行事件处理和控制。 实时系统系统中必须采用剥夺式优
先级算法，以保证紧急事件的处理及时 性。
1 n
T = n i=1 Ti
调度算法设计原则
带权周转时间----系统公平性 作业的周转时间包含两部分：等待
时间和执行时间，即：Ti=Twi＋Tri； Twi指作业i由后备状态到执行状态的
等待时间。
带权周转时间：Wi=Ti/Tri
调度算法设计原则
带权周转时间 作业的平均带权周转时间定义为：
调度算法
轮转法（RR，round robin） 在交互式系统中，时间片大小的选
择是根据用户对响应时间的要求R和就 绪队列中所允许的最大进程数Nmax确 定的。
时间片大小：q=R/Nmax
调度算法
多级反馈轮转法 其思想是将就绪进程分为多级，较高
优先级的队列分配时间片较短。 调度先从高一级就绪队列中选择，同
该调度算法首先选中队首进程，即截 止时间最近的那个进程。
Βιβλιοθήκη Baidu
实时调度方法
实时系统调度算法 3）最少裕度法 基本思想：先计算各个进程的富裕时间，
即裕度（laxity），优先选择裕度最少的 进程执行。
裕度的基本计算公式为： 裕度=截止时间-(就绪时间+计算时间)
思考题
1. 简述处理机的三级调度机制。 2. 作业调度的主要算法及其思想。 3. 进程调度的主要算法及其思想。
调度算法
先来先服务（FCFS，First Come First Serve ）
按作业进入后备队列的先后次序，先进入 系统的作业优先被选中。
这是一种非剥夺式算法，易实现；但不利 于短作业&优待了长作业，可能使短作业周 转时间变得很大。影响批作业的平均周转时 间。适用于作业调度和进程调度。
调度算法
20
要求：应用先来先服务、最短进程调度算法，分别给出进程
调度的顺序、并计算出平均周转时间.
先来先服务算法(FCFS)－－计算结果
P1
120 8:00
P2
P3 P4
50
10 20
10:00
10:50 11:00 11:20
时间
进入时间 估计运行时间 开始时间 （分钟）
结束时间
周转时间 （分钟）
P1
8：00
分级调度
中级调度： 现代操作系统中，交换调度实现了虚
拟存储技术，有效扩充了内存。
分级调度
低级调度：又称进程调度（或线程调 度）、短程调度（Short-term Scheduling）。
其主要任务是按照某种策略选取1个 就绪状态的进程分配处理机。
该调度可能出现进程（线程）上下文 切换，以执行新的进程（线程）。
估计运行时间 （分钟）
开始时间
11:20
结束时间
时间
周转时间 （分钟）
JPOB11 JPOB22
8：00 8：50
120
8：00
10：00
120
50
10：30
11：20
150
JPOB33 JPOB44
9：00 9：50
10
10：00
10：10
70
20
10：10
10：30
40
平均周转时间 T = 95 380
调度算法
动态优先级（进程） 动态优先级根据以下原则确定： (1) 根据进程已占有CPU时间的来决定。
占有处理机的时间愈长，则在被阻塞之后再 次获得调度的优先级就越低。
(2) 根据就绪时间长短来决定。一个进程 在就绪队列中等待时间越长，它获得的优先 级就越高。
调度算法
轮转法（RR，round robin） 其思想是将CPU计算时间分成若干个
选估计计算时间最短的作业投入运行。 这是一种非剥夺式算法，用户提交作
业的同时给出估计计算时间。 这个算法显然有利于短作业。
调度算法
最短作业优先SJF（Shortest Job First ） 主要不足：
1）估计计算时间难以精确； 2）长作业可能会出现饥饿现象；
该算法仅适用于作业调度。
调度算法
最高响应比（HRRF，Highest Response Ratio First）算
时间间隔单位，即时间片。 每个进程每次最多执行1个时间片；
若时间片用完仍未结束，则让出CPU， 排到就绪队列尾部，等待下一次调度。
调度算法
进程的时间片可以相等，也可以不相等。
该算法仅适用于进程调度，不适用于作业 调度。
调度算法
轮转法（RR，round robin） 时间片大小的选取非常重要。 若时间片过短，则调度次数增多， 进程切换次数增加，额外开销增大。 若时间片过长，则降低了并发性， 甚至可能变成先来先服务法。
最高响应比优先算法－－计算结果
70+50, 60+10,10+20
80+50, 20+20
50 10 20
50 20
P1
P3 P2
P4
时间
120 8:00
10 50
20
10:00 10:10 10:30
11:20
调度算法
优先级法 优先级法可用作作业/进程调度策略。 系统或用户按某种原则为作业或进程
指定一个优先级，表示其优先权。 该算法的核心是确定进程或作业的优
先级。确定优先级的方法可分为静态法 和动态法。
调度算法
静态优先级： 静态优先级按以下原则确定： (1) 由用户紧急程度输入一个适当的优先
级，系统对高优先级收取高费用。 (2) 由系统或操作员根据作业类型指定优先
级。类型可由用户约定或操作员指定。 (3) 系统根据作业要求资源情况确定优先级。
处理机调度用来完成这方面的工作。
New
Ready Suspend
Activate
Ready
Release Running
Exit
Timeout
Event Occurs
Event Occurs
Activate Blocked
Suspend
Blocked
低级调度 中级调度 高级调度
分级调度
基本的处理机调度可分为三级： 高级调度：也称作业调度或长程调 度（Long-term Scheduling） 。
缺点：计算响应比需要额外的时间开销， 且计算时间需要估计，实际效率要比SJF 差。
该算法适用于作业调度和进程调度。
调度算法-例子
假设在单道批处理环境下有四个进程，已知它们进 入系统的时间、估计运行时间：
进程
进入时间 估计运行时间（分钟）
P1
8:00
120
P2
8:50
50
P3
9:00
10
P4
9:50
计算机操作系统
（2015版）
讲 授：刘延华
Email:
Tel:
福州大学数学与计算机科学学院
福建省网络计算与智能信息处理重点实验室
第4章 处理机调度
分级调度 作业调度 进程调度 调度算法 实时系统调度方法 课时：6.0
概述
在计算机系统中，可能同时有数百个 作业请求执行。
如何挑选若干作业装入主存、如何给 进程分配处理器，是操作系统中的一个 重要问题。
1 n
W = n i=1 Wi
为何能够体现系统的公平性？ 越大&越小更公平？
调度算法设计原则
调度算法的执行方式 非剥夺式：一个作业一旦投入运行， 除非其自愿让出CPU，否则一直运行 完成，调度算法不得剥夺其运行。 剥夺式：系统可以根据调度算法， 当满足某条件时，立即中断正在运行 的进程，并切换到其他进程。
先来先服务（FCFS） 在实际操作系统中，尽管很少单独使
用FCFS算法，但和其他一些算法配合 起来，FCFS算法在os中均有实现。
例如: 基于优先级的算法中对于相同 优先级的作业即采用FCFS方式。
调度算法
最短作业优先SJF（Shortest Job First ） 算法以作业的估计计算时间为依据，
分级调度
关于不同级别调度的说明： 在传统多道批处理系统中，只有作 业调度和进程调度； 在现代操作系统中，作业调度的概 念简化或取消；进程的临时输入输出 数据通常存在内存缓冲区，或由交换 调度暂存外存中，井的概念弱化。
调度算法设计原则
选择调度算法的原则 资源利用率：利用率=有效工作时间 /总运行时间。 响应时间：交互式进程的响应时间 尽可能短；实时任务的处理更要及时 满足要求。
实时调度方法
实时系统调度算法 1）单比率调度算法 规定：运行频率越高的进程其优先
就数越高。 调度时总是选中优先数最高的就绪
进程，并采取剥夺式分配策略。 可以证明该算法是最优的。
实时调度方法
实时系统调度算法 2）限期调度算法 基本思想：进程就绪队列按截止期
限排序。对于一个周期性事件，其截 止期限即为事件下一次发生的时间。
120
8：00
10：00
120
P2
8：50
50
10：00
10：50
120
P3
9：00
10
10：50
11：00
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P4
9：50
20
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11：20
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平均周转时间 T = 112.5
450
最短作业优先算法(SJF)－－计算结果
8:00
P1 120
进入时间
P3 P4 P2
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