多处理机的任务分配和进程调度
操作系统总结
程序将把它送往就绪队列的末尾。 5、优先级调度算法—非抢占式优先级调度算法，抢占式优先调度算法（用于实时性要求高 的系统） 【1】优先级类型：静态优先级（创建进程时确定，整个运行期间不变） ，动态优先级（创 建时先赋予一个，其值岁进程的推进或等待时间的增加而改变） 6、多队列调度算法 7、多级反馈队列调度算法—目前公认的一种较好的调度算法 按优先级将就绪队列分成多个队列，优先级高的时间片小，每个队列采用 FCFS 算法，按 队列优先级调度 8、基于公平原则的调度算法：保证调度算法（每个进程都获得相同的处理机时间） 、公平 分享调度算法（多个用户共享相同的处理机时间，不考虑进程数目）
关系：一对一，一对多，多对一，多对多 【5】 直接消息传递系统实例 1、 消息缓冲队列通信机制中的数据结构 消息缓冲区 PCB 中有关通信的数据项 2、 发送原语-send() 3、 接受原语-receive(b) 17、线程 1、作为调度和分配的基本单位 2、运行时的三种状态：执行状态、就绪状态、阻塞状态 3、线程控制块-TCB 4、线程是进程的一部分，一个进程可以还有多个线程，是 CPU 调度的基本单位，可以并 发执行， 5、缺点：一个线程崩溃，所有线程都要崩溃
【1】定义：代表共享资源的数据结构、对该数据结构实施操作的一组过程所组成的资源管 理程序共同构成了一个操作系统的资源管理模块，称之为管程 【2】组成：①管程的名称②局部于管程的共享数据结构说明③对该数据结构进行操作的一
组过程④对局部于管程的共享数据设置初始值的语句 【3】特性：模块化，抽象数据类型，信息掩蔽 【4】与进程的区别： （P54） 【5】条件变量：利用管程实现同步时，必须设置同步工具 16、进程通信 【1】进程间的信息互换 【2】进程互斥与同步—低级进程通信 【3】进程通信类型：共享存储器系统（基于数据结构的通信方式（低级） ，基于共享存储 区的通信方式（高级） ） 、管道通信系统（管道链接一个读进程、一个写进程，必须提供三方 面协调能力：互斥、同步、确定对方是否存在） 、消息传递系统（高级、分成：直接通信方 式、间接通信方式） 、客户机-服务器系统（三种实现方法：套接字、远程过程调用和远程方 法调用） 【4】 消息传递的实现方式; 1、直接消息传递系统 1） 直接通信原语：对称寻址方式、非对称寻址方式 2） 消息的格式 3） 进程的同步方式 4） 通信链路 2、信箱通信—间接通信方式-进程间的通信 1）信箱的结构-信箱头+信箱尾 2）信箱的通信原语—创建、撤销、发送（send()） ，接收（receive（） ） 3）类型：私有、公有、共享
3处理器管理和调度
评价调度算法的性能指标
面向系统的： 1、资源利用率 2、吞吐率 3、公平性 面向用户的 ： 4、响应时间 5、周转时间
1、资源利用率
CPU利用率=CPU有效工作时间/CPU总的 运行时间 CPU总的运行时间=CPU有效工作时间 +CPU空闲等待时间
2、吞吐率
单位时间内处理的作业数 处理的长作业多，吞吐率低 处理的短作业多，吞吐率高
处理器调度的层次
按照层次分为三级： （1）高级调度 （作业调度、长程调度） （2）中级调度 （平衡负载调度、中程调度） （3）低级调度 （进程/线程调度、短程调度）
高级调度
高级调度（作业调度、长程调度、宏观 调度）—— 按一定原则对外存输入井上 的大量后备作业进行选择调入内存，并 为它们创建进程、分配必要的资源，再 将新创建的进程排在就绪队列上，准备 执行。
进程：已提交完毕并选中运行的作业 （程序）的执行实体，也是为完成作业 任务向系统申请和分配资源的基本单位。 作业得到调度后必须为其生成相应的用 户进程才能真正执行完成计算任务 一个作业往往由多个父子关系的进程并 发完成
作业和进程的关系
因此：
作业是任务实体，进程是完成任务的执 行实体;没有作业任务，进程无事可干， 没有进程，作业任务没法完成。 作业概念更多地用在批处理操作系统， 而进程则可以用在各种多道程序设计系 统。
调度机制的功能模块
（1）队列管理程序 根据要求在各等待队列和就绪队列中移动 PCB/TCB指针 （2）上下文切换程序 保存当前运行进程的上下文信息到PCB，恢复 选中进程，使其运行 （3）分派程序 当前进程上下文－分派进程上下文－选中的进 程上下文
操作系统的多任务处理
操作系统的多任务处理操作系统是计算机硬件与应用程序之间的关系管理者，它负责调度和管理计算机资源，为应用程序提供必要的支持和服务。
而多任务处理作为操作系统的一个重要特性，在提高计算机效率和资源利用率方面具有重要作用。
本文将探讨操作系统的多任务处理机制及其应用。
一、多任务处理概述多任务处理是指操作系统能够同时执行多个任务，使得用户感觉像是多个任务在同时进行。
它分为并行处理和时间片轮转两种方式。
1. 并行处理并行处理是指在多处理器或多核处理器系统中，多个任务能够同时执行。
每个处理器或核心负责一个任务，通过并行计算、并发执行提高了整个系统的计算速度和效率。
2. 时间片轮转时间片轮转是指操作系统按照时间片（一小段时间）轮流分配给各个任务，使得多个任务可以交替执行。
每个任务在一个时间片内执行一段时间，然后让出CPU资源给其他任务，通过快速切换任务的方式，让用户感觉多个任务在同时进行。
二、多任务处理的实现机制为了实现多任务处理，操作系统需要具备以下几个重要的机制：1. 进程管理进程管理是指操作系统对进程的创建、调度、状态转换和销毁等操作。
操作系统为每个任务分配一个独立的进程，并利用进程调度算法按照一定的优先级和策略进行调度，确保每个任务都能够得到公平的执行机会。
2. 任务切换多任务处理需要操作系统具备快速任务切换的能力，以实现任务间的流畅转换。
当一个任务的时间片用尽或发生阻塞时，操作系统会迅速切换到下一个任务，保证多个任务都能够得到执行。
3. 资源分配操作系统需要合理地分配和管理CPU、内存、外设等计算机资源，以满足多个任务对资源的需求。
通过资源分配策略，操作系统能够为每个任务提供所需的资源，并确保资源的公平分配和高效利用。
三、多任务处理的应用多任务处理在操作系统中广泛应用于各种场景，提供了更加灵活和高效的计算环境。
1. 多用户环境在多用户环境下，多任务处理允许多个用户同时进行各自的操作和任务。
每个用户可以独立地运行自己的应用程序，而不会干扰其他用户的操作。
多处理机系统中的调度
2. 对称多处理器系统和非对称多处理器系 统
(1) 对称多处理器系统SMPS(Symmetric MultiProcessor System)。 在系统中 所包含的各处理器单元，在功能和结构上都是相同的， 当前的绝大多数 MPS都属于SMP系统。例如，IBM公司的SR/6000 Model F50, 便是利用4片 Power PC处理器构成的。
1. 自调度(Self-Scheduling)方式
2) 自调度方式的优点 首先，系统中的公共就绪队列可按照单处理机系统中所采用的各种方式加 以组织，其调度算法也可沿用单处理机系统所用的算法， 其次， 只要系统中有任务，或者说只要公共就绪队列不空，就不会出现处 理机空闲的情况，也不会发生处理器忙闲不均的现象，因提高处中的调度
1.1 多处理器系统的类型
(1) 紧密耦合(Tightly Coupted)MPS。
这通常是通过高速总线或高速交叉开关，来实现多个处理器之间的互连的。 它们共享主存储器系统和I/O设备，并要求将主存储器划分为若干个能独 立访问的存储器模块，以便多个处理机能同时对主存进行访问。系统中的 所有资源和进程，都由操作系统实施统一的控制和管理。
1.1 多处理器系统的类型
(2) 松散耦合(Loosely Coupled)MPS。 在松散耦合MPS中，通常是通过通道或通信线路，来实现多台计算机之间 的互连。每台计算机都有自己的存储器和I/O设备，并配置了OS来管理本 地资源和在本地运行的进程。因此，每一台计算机都能独立地工作， 必 要时可通过通信线路与其它计算机交换信息，以及协调它们之间的工作。
(2) 非对称多处理器系统。在系统中有多种类型的处理单元， 它们的功能和 结构各不相同，其中只有一个主处理器，有多个从处理器。
第四章_处理机调度(1)
1. SJF算法
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。
2. SJF的特点
优点：
比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时 间，缩短作业的等待时间； 提高系统的吞吐量；
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。
New
A
Suspend
Ready Suspend
Activate
Admit
i dm
t
Suspend
Ready
Dispatch Timeout
RuOccurs
Event Occurs
t en t Ev ai W
Blocked Suspend
Activate
1. 时间片轮转算法
将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则，排成 一个队列。 每次调度时将CPU分派给队首进程，让其执行 一个时间片。时间片的长度从几个ms到几百 ms。 在一个时间片结束时，发生时钟中断。 调度程序据此暂停当前进程的执行，将其送到 就绪队列的末尾，并通过上下文切换执行当前 的队首进程。 进程可以未使用完一个时间片，就出让CPU （如阻塞）。
时间片长度的影响因素：
4.2.4 多级队列算法 (Multiple-level Queue)
本算法引入多个就绪队列，通过各队列的区 别对待，达到一个综合的调度目标；
根据作业或进程的性质或类型的不同，将就绪队 列再分为若干个子队列。 每个作业固定归入一个队列。 各队列的不同处理：不同队列可有不同的优先级、 时间片长度、调度策略等。如：系统进程、用户 交互进程、批处理进程等。
第4章 处理机调度
4.4 调度算法
本节讨论常用的6种进程（作业）调度算法
1、先来先服务（FCFS）调度算法
按作业的提交顺序和进程进入就绪队列的 先后次序进行调度。这种算法优先考虑在 系统中等待时间最长的作业或进程，而不 考虑执行时间的长短。
平均周转时间: T=1.625 (>1.55=SJF), 平均带权周转时间: W=5.675 (>5.15=SJF)。
4.5 算法评价（P97-103）
本节从数学上分析了FCFS算法、轮转法、线性优 先级算法的性能。第k轮调度的平均响应时间分别 如下： FCFS算法：Rfc(k)=1/(μ-λ)
轮转法：Rrr(k)=kqμ/(μ-λ)
(5)在分时系统中时间片已经用完。
(6)在执行完系统调用，系统进程执行完毕， 从而可调度一个新的用户进程执行。 (7)如果CPU执行方式是可剥夺的，当就绪队列 中的某个进程的优先级高于当前执行进程 的优先级时，也将引起进程调度。
4.3 进程调度
4.3.3 进程调度性能评价
进程调度性能的衡量方法可分为定性和定 量两种。
(1)正在执行的进程执行完毕。这时，如果不选择 新的就绪进程执行，将浪费处理机资源。
(2)正在执行的进程自己调用阻塞原语进入睡眠等 待状态。
(3)正在执行的进程调用了P原语操作，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。
4.3 进程调度
(4)执行中进程提出I／O请求后被阻塞。
第4章 处理机调度
主要内容： 1、分级调度、作业调度、进程调度 2、调度算法、算法评价
进程调度
Linux调度程序提高交互式程序的优先级，让它们运行更频繁。因此， 调度程序提供较长的默认时间片给交互式程序。此外，调度程序还能根 据进程的优先级动态调整分配给它的时间片，从而保证了优先级高的进 程，执行的频率高，执行时间长。通过动态掉正优先级和时间片的长度 机制，Linux调度性能不但非常稳定而且也很强健。
计算优先级和时间片
进程拥有一个初始的nice值(优先级)，范围是-20~19，默认 是0，进程task_struct的static_prio域存放这个值，因为它 从一开始由用户指定，不能修改，所以是静态优先级。 调度程序用到的动态优先级存放在prio域里，动态优先级 是通过一个关于静态和进程交互性的函数关系计算而来。 effective_prio()函数返回一个进程的动态优先级。 调度程序通过一些推断来获取准确反映进程时I/O消耗型还 是处理器消耗型。 为了支持这种推断，Linux记录了一个进程用于休眠和用于 执行的时间。该值存放在task_struct的sleep_avg域中，范 围是从0到MAX_SLEEP_AVG。默认值是10毫秒， sleep_avg会根据它的休眠时间的长短而增长，直到最大值 为止，进程没运行一个节拍，sleep_avg就相应减少，直到 0为止。
可运行队列
调度程序中最基本的数据结构是运行队列。 可执行队列定义于kernel/sched.c中，由结构runqueue 表示，可执行队列是给定处理器上可执行进程的链表 ，每个处理器一个。每一个可投入运行的进程都惟一 的归属于一个可执行队列。此外，可执行队列中还包 含每个处理器的调度信息。因此，可执行队列是每一 个处理器最重要的数据结构。
重新计算时间片
操作系统在所有的进程的时间片都用完时，会重新计 算每个进程的时间片。 典型的实现是循环访问每个进程： for(系统中的每个人物){ 重新计算优先级 重新计算时间片 }
处理机管理有哪些主要功能
1、处理机管理有哪些主要功能？它们的主要任务是什么？答：处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度；进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。
进程同步：为多个进程（含线程）的运行进行协调。
通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。
处理机调度：（1）作业调度。
从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源（首选是分配内存）。
（2）进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给它，并设置运行现场，使进程投入执行。
2、前趋图是一个有向无循环图，记为DAG，用于描述进程之间执行的前后关系。
3、试说明PCB 的作用，为什么说PCB 是进程存在的惟一标志？PCB 是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。
作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。
OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理4、试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源2）执行状态→就绪状态：时间片用完3）执行状态→阻塞状态：I/O请求4）阻塞状态→就绪状态：I/O完5、为什么要在OS 中引入线程？在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。
进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。
6、试说明线程具有哪些属性1)轻型实体2）独立调度和分派的基本单位3）可并发执行4）共享进程资7、试从调度性，并发性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较1）调度性。
线程在OS 中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。
2）并发性。
进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。
3）拥有资源。
进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。
计算机系统结构课后答案uint7
第七章课后题1.多处理机在结构、程序并行性、算法、进程同步、资源分配和调试上与并行处理机有什么差别？答：多处理机与并行处理机的主要差别是并行性的等级不同。
（1）结构灵活性。
多处理机制结构灵活性高于并行处理机。
（2）程序并行性。
多处理是指令、任务、作业并行，并行性的识别较难;并行处理机是操作级并行，并行性的识别较易。
（3）并行任务派生。
并行处理机工作能否并行工作由指令决定，多处理机必须有专门指令指明程序能否并行执行，派生的任务数是动态变化的。
（4）进程同步。
并行处理机的进程同步是自然的，而多处理机必须采取同步措施。
（5）资源分配和任务调度。
多处理机的资源分配和任务调度比并行处理机复杂得多。
2.多处理机有哪些基本特点？发展这种系统的主要目的可能有哪些？多处理着重解决哪些技术问题？答：○多处理机的基本特点：多处理机具有两台以上的处理机,在操作系统控制下通过共享的主存或输入/输出子系统或高速通讯网络进行通讯.结构上多个处理机用多个指令部件分别控制,通过机间互连网络通讯;算法上不只限于处理向量数组,还要实现更多通用算法中的并行;系统管理上要更多地依靠软件手段,有效解决资源分配和管理,特别是任务分配,处理机调度,进程的同步和通讯等问题.○使用多处理机的目的:一是用多台处理进行多任务处理协同求解一个大而复杂的问题来提高速度,二是依靠冗余的处理机及其重组来提高系统的可靠性,适应性和可用性.○多处理着重要解决的技术问题:（1）硬件结构上，如何解决好处理机、存储器模块及I/O子系统间的互连。
（2）如何最大限度开发系统的并行性，以实现多处理要各级的全面并行。
（3）如何选择任务和子任务的大小，即任务的粒度，使并行度高，辅助开销小。
（4）如何协调好多处理机中各并行执行任务和进程间的同步问题。
（5）如何将任务分配到多处理机上，解决好处理机调度、任务调度、任务调度和资源分配，防止死锁。
（6）一旦某个处理发生故障，如何对系统进行重新组织，而不使其瘫痪。
第6章 操作系统处理机调度
第6章 处理机调度
完成 运行 提交 后备 就绪 作业 调度 执行 等待 作业 调度
作业 录入
第6章 处理机调度
6.2.2 作业调度的功能
1. 确定数据结构 建立作业控制块jcb 建立作业控制块 (job control block)。 。 作业控制块记录了每个作业类型、状态、 作业控制块记录了每个作业类型、状态、资源请求及分配情况 。 2. 确定调度策略与调度算法 3. 分配资源 为选中的作业分配所需要的系统资源。 为选中的作业分配所需要的系统资源。 4. 善后处理 收回该作业所占用的全部资源， 收回该作业所占用的全部资源，撤消作业控制块以及与该作业 有关的全部进程。 有关的全部进程。
作业 提交时间 计算时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间
1 2 3 4 5
9:00 9:20 9:30 10:00 10:20
1小时 小时 0.5小时 小时 0.4小时 小时 0.3小时 小时 0.2小时 小时
第6章 处理机调度
3. 高响应比优先作业调度算法 高响应比优先作业调度算法(HRN)
这是一种折衷算法， 这是一种折衷算法，是为了克服上述两种算法的不 足而提出来的。它既考虑到作业进入系统的先后次序， 足而提出来的。它既考虑到作业进入系统的先后次序， 又顾及到作业的运行长度。 又顾及到作业的运行长度。 响应比为： 作业等待时间/作业执行时间 响应比为： RP=1+作业等待时间 作业执行时间 作业等待时间 该调度算法在调度作业时首先计算后备作业的响应 值从大到小的顺序调度作业运行。 比RP，然后按 值从大到小的顺序调度作业运行。从公 ，然后按RP值从大到小的顺序调度作业运行 式可见，作业的RP与作业执行时间成反比 与作业执行时间成反比， 式可见，作业的 与作业执行时间成反比，作业的执行 时间越短，其RP越高，同时作业的RP会随着它的等待时 时间越短， 越高，同时作业的 会随着它的等待时 越高 间的增加而增加，只要等待时间足够长， 间的增加而增加，只要等待时间足够长，该作业总会由 于响应比高而被调度。 于响应比高而被调度。
操作系统第3章 处理机调度(调度)
3.2 调度算法
进程调度的核心问题就是采用什么样的算法将处 理机分配给进程，常用的进程调度算法有：
先来先服务调度算法
短作业/进程优先调度算法
优先权调度算法
高响应比优先调度算法
时间片轮转调度算法
多级队列调度算法
多级反馈队列调度算法
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一、先来先服务调度算法FCFS
基本思想:按照进程进入就绪队列的 先后次序来分配处理机。
抢占（剥夺）方式
非抢占方式
一旦把处理机分配给某进程后，便让该进程 一直执行，直到该进程完成或因某事件而被 阻塞，才再把处理机分配给其它进程，不允 许进程抢占已分配出去的处理机。
特点：实现简单，系统开销小，常用于批处 理系统；但不利于处理紧急任务，故实时、 分时系统不宜采用。
抢占方式
允许调度程序根据某种原则（时间片、优 先权、短进程优先），停止正在执行的进 程，而将处理机重新分配给另一进程。
调度算法（太长---FCFS）； 上下文切换（太短---上下文切换频繁）； 平均周转时间。
短时间片增加上下文切换频率
周转时间随时间片变化
三、时间片轮转调度算法—例(1)
EG： 进程 到达时间
P1
0
P2
2
P3
4
P4
5
RR（时间片为1）
服务时间
7 4 1 4
P1 P2 P1 P2 P3 P1 P4 P2 P1 P4 P2 P1 P4 P1 P4
FCFS SPF-非 SPF-抢
周转T 124.25 100
75.75
等待T 74.25 49.5
25.25
二、SJF/SPF ——抢占式
到达顺序: 进程名 到达时间 服务时间
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。
进程调度
4.2 调度算法
4.2.2 调度算法
(4) 时间片轮转调度算法 ①算法 在早期的时间片轮转算法中，系统将所有的就绪进程按先 来先服务的原则，排成一个队列，每次调度时把CPU分配给 队首进程，并令其执行一个时间片，当时间片用完时，调度 程序终止当前进程的执行，并将它送到就绪队列的队尾。
4.2 调度算法
4.2 调度算法
4.2.2 调度算法
(3) 优先权调度算法 ①算法 当使用优先权调度算法进行作业调度时，系统将 从后备队列中选择若干个优先权最高的作业调入内存。 当使用优先权调度算法进行进程调度时，系统将CPU 分配给就绪队列中优先权最高的进程。
4.2 调度算法
4.2.2 调度算法
(3) 优先权调度算法 ②算法的类型 非抢占式(nonpreemptive)优先权算法。 进程一但得到处理机，则该进程便一直进行下去 直到完成或由于某事件放弃处理机。
T8=80ms L(a)=100-t8-10=100-80-10=10 L(b)=100-t8-25=100-80-(25-15)=10
4.6 多处理机调度
4.6.1 多处理机系统(MPS)的类型
(1)紧密耦合的多处理器系统和松弛耦合的多处理器系统 (2)对称多处理器系统和非对称多处理器系统
4.6 多处理机调度
最低松弛度优先
T5=45ms L(a)=60-t5-10=60-45-10=5 L(b)=100-t5-25=100-45-25=30 L(a)<L(b) 调度A进程执行10ms
T6=55ms L(a)=80-t6-10=80-55-10=15 L(b)=100-t6-25=100-55-25=20
4.2.1 选择调度方式和算法的若干准则
面向用户的准则 (1) 周转时间短 (2) 响应时间快 (3) 截止时间的保证
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。
处理机调度的层次
处理机调度的层次⼀个作业从提交开始直到完成，往往经历以下三个调度：⼀、作业调度作业调度⼜称⾼级调度，主要任务是按照⼀定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选⼀个或者多个作业，为其分配内存、I/O设备等必要资源，并建⽴相应的进程，使它们获得竞争处理机的权利。
简要地说就是内存与外存的调度，对于每个作业仅调⼊⼀次、调出⼀次。
多道批处理系统中⼤多配有作业调度，⽽其他系统中通常不需要配置作业调度，作业调度的执⾏频率较低且时间较长，通常为⼏分钟⼀次。
⼆、内存调度内存调度⼜称中级调度，引⼊中级调度的⽬的是为了提⾼内存利⽤率和系统吞吐量。
内存调度将那些暂时不能运⾏的进程调⾄外存等待，把此时的进程状态称为挂起状态。
当处于挂起状态的进程能够运⾏且内存有空闲时，将其重新调⼊内存并修改状态为就绪状态，挂在就绪队列上等待。
三、进程调度进程调度⼜称低级调度，主要任务是按照某种⽅法和策略从就绪队列中选取⼀个进程，将处理机分配给它。
进程调度是操作系统中最基本的⼀种调度，执⾏频率很⾼且时间较短，⼀般⼏⼗毫秒⼀次。
四、三级调度的联系1、作业调度为进程活动做准备，进程调度使进程正常活动起来，内存调度将暂时不能运⾏的进程挂起，内存调度处于作业调度和进程调度之间；2、作业调度次数最少，内存调度次数略多，进程调度频率最⾼；3、进程调度是最基本的，不可或缺。
对以下2个例⼦进⾏分析：1、有⼀个具有两道作业的批处理系统，作业调度采⽤短作业优先调度算法，进程调度采⽤抢占式优先级调度算法。
作业的运⾏情况见下表，其中作业的优先数为进程的优先数，优先数越⼩，优先级越⾼。
作业名到达时间运⾏时间优先数18:0040min528:2030min338:3050min448:5020min68:00时，作业1到达，此时内存和处理机空闲，作业1进⼊内存并占⽤处理机；8:20时，作业2到达，此时内存仍有1个位置空闲，处理机被占⽤，作业2进⼊内存，由于进程调度采⽤抢占式优先级调度，故作业2相应进程抢占处理机；8:30时，作业3到达，但此时内存已⽆空位，故等待；8:50时，作业2执⾏完成并空出⼀道内存空间并让出处理机，作业3和作业4竞争该道内存空间，由于作业4的运⾏时间短，故先调⼊内存，此时作业1相应进程优先级⽐作业4相应进程优先级⾼，故先执⾏作业1的相应进程；9:10时，作业1执⾏完成并空出⼀道内存空间并让出处理机，将作业3调⼊内存，由于作业3相应进程优先级⽐作业4相应进程优先级⾼，故先执⾏作业3的相应进程；10:00时，作业3执⾏完成并让出处理机，执⾏作业4相应进程，10：20时作业4执⾏完毕。
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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多处理机的进程调度（线程调度）
多处理机系统（MPS）的类型 1.紧密耦合MPS和松散耦合MPS (1)紧密耦合MPS结构（同构型）
P1
P2
P3
…
Pn I/O1
高 速 交 叉 开 关
M1
M2
M3
…
Mn
I/O2 . . .
特点：通过高速总线或高速交叉开关进行处理机之间的 互连，并共享存储器。一般说，该结构里的所有 处理机都是相同的。
处理机的进程调度
(时间片：s1<s2<s3<…) 新进程 进入
s1
最高优先权队列时间片
至CPU
次高优先权队列时间片
s2
至CPU
再次高优先权队列时间片
s3
至CPU
最低优先权队列时间片
sn
至CPU
处理机的进程调度
（2）多级反馈队列调度算法的性能 多级反馈队列调度算法具有较好的性能，能满足 各种类型用户的需要。 1.终端型用户：作业较小，可在第一队列的时间 片内完成。 2.短批处理型作业用户：大多数作业可在第一队 列的时间片内完成，稍长的也可在第二队列的时间 片内完成。 3.长批处理型作业用户：可依次在第一、二、… 、 n队列的时间片内完成。
处理机的进程调度
优点：该算法相对FCFS来说调度性能要好些，且能满 足大多数作业(均是短作业)用户的要求。 缺点：a.该算法对长作业不利 b.该算法未考虑作业的紧迫程度，因而不能保 证紧迫性作业（进程 ）及时得到处理。 c.该算法不一定能真正做到短作业优先调度。
处理机的进程调度
3.高优先权优先调度算法 （1）优先权调度算法的类型 基本原理是：对于进程调度，它总是把处理机分配 给就绪队列中具有最高优先权的进程；对于作业调 度，它总选择后备队列中若干具有高优先权的作业 进入内存。
处理机的进程调度
4.基于时间片的轮转调度算法 （1）基本原理： 轮转法是最简单又最公平的进程调度算法。主 要用于分时系统中作为其主调度算法。 属于可抢占策略 轮转法分配给每一进程在CPU上运行的时间长 度，称之为时间片。其基本原理是：诸进程以此时 间片为限制，轮流使用CPU。如果时间片到期时， 进程尚未完成运行，调度程序将剥夺它正在使用的 CPU，转让给另一进程使用；如果进程在使用完它 的某一时间片之前已经完成运行或已阻塞，CPU也 立即转让给另一进程使用。
需要专门的指令或语句指 明程序中各程序段的并发 关系，并控制并发执行 实现指令、任务作业级的 并行 处理机数目不固定，复杂
结构灵活性
程序并行性
并行任务派生
进程同步 资源分配和任务 调度
多处理机的任务分配（任务调度）
NP问题 分布式内存多处理机上并行任务静态调度 一种基于A *算法的多处理机任务调度算法 一种多处理机任务分配的启发式算法 一种有优先约束的多处理机系统的任务分配方法
实现操作级并行，并行性 存在指令内部 通过指令来反映数据间是 否并行计算，并由指令直 接启动多个处理单元并行 工作 实现指令内部对数据操作 的并行 处理单元数目固定，可利 用屏蔽手段，改变数目
多处理机
实现作业、任务、程序段 的并行，适应算法，结构 灵活多变，实现复杂的机 间互连，避免争用共享的 硬件资源 并行性还存在于指令外部， 表现于多个任务间的并行
处理机的进程调度（线程调度）
处理机调度的基本概念 What---按什么原则分配CPU---进程调度算法 When---何时分配CPU ---进程调度时机 How---如何分配CPU ---进程调度过程 处理机调度目的：分配CPU 处理机调度方式：一级调度或二级调度 调度算法： FCFS、SPF(SJF)、时间片轮转、优 先权高者优先、多级反馈队列等不同的调度算法。
多处理机的任务分配和进程调度
目录
多处理机的相关介绍 多处理机的任务分配（简）
处理机的进程调度
多处理机的进程调度
多处理机
概念： 两个或两个以上处理机，通过高速互联网络连接起 来，在统一的操作系统管理下，实现指令及以上级 （任务级、作业级）并行。 特点: a.结构灵活 b.程序并行:属于操作一级的并行，性能比指令高 c.进程同步:不需要同步控制（并行处理机需要） d.多处理机工作时，根据多种条件分配资源，所以 所需要的资源变化复杂。
处理机的进程调度
2.短作业（进程）优先调度算法（SJF/SPF） 是指对短作业或者短进程优先调度的算法。 属于不可抢占策略 短作业优先(SJF)的调度算法，是从后备队列中选择 一个或若干个估计运行时间最短的作业，将它们调 入内存运行。 短进程优先(SPF)调度算法，则是从就绪队列中选出 一估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它， 使它立即执行并一直执行到完成，或发生某事件而 被阻塞放弃处理机时，再重新调度。
2.环形互连形式
总线形成环形互连；
令牌（Token）；
点点连接，物理参数容易控制；
适合于高带宽的光纤
多处理机-互连方式
P0 P1 P2 P3
P7
P6
P5
P4
级间采用环形互连的多处理机
多处理机-互连方式
3线方式的极端； 交叉开关阵列复杂； 总线数=m+I+n, m:存储器模块数 n:处理机数 I:I/o设备数 一般:M>=I+N
I/O1
多处理机-互连方式
5.开关枢纽结构形式
把互连结构的开关设置在各个处理机或其接口内部， 组成分布式结构。
美国加州大学伯克利分校设计的树形多处理机XTREE
多处理机与并行处理机的比较
方 面 并行处理机SIMD
针对向量、数组处理而设 计的，有专用性，虽然处 理单元数多 16384 个，但 设置有限的、固定的
处理机的进程调度
5.多级反馈队列调度算法 （1）思路如下：把进程按优先级分组，优先级最高 的进程组中的进程每次在CPU上运行一个时间片t长
度；优先级次之的进程组的进程每次运行二个时间
片2t长度；优先级再次之的进程组的进程每次运行4 个时间片4t长度，以此类推，进程每次运行完它的时 间片后便降低一个优先级别，移至另一优先级的进 程组中。
多处理机
分类： 按照处理机间的连接程度:紧密耦合MP和松散耦合 MP 按照是否共享主存储器:共享存储器MP和分布式存 储器MP 按照处理机类型:同构MP和异构MP 按照处理机的个数：大规模并行处理机MPP和对称 多处理机SMP 另外，多向量处理机和机群系统也是多处理机
多处理机-互连方式
多处理机-互连方式
总线仲裁算法： a.静态优先级算法：为每一个连到总线的部件分配固 定的优先级 b.固定时间片算法：把总线按固定大小时间片，轮流 提供给部件使用 c.动态优先级算法：让总线上各部件优先级可根据情 况按一定规则动态地改变 d.先来先服务算法：按接受到访问总线请求先后顺序 来响应
多处理机-互连方式
多处理机的进程调度（线程调度）
进程分配方式
1.对称多处理机系统中的进程分配方式 在SMP系统中，所有的处理器都是相同的，因 而可把所有的处理器作为一个处理器池(Processor pool)，由调度程序或基于处理器的请求， 将任何一
处理机的进程调度
（3）高响应比优先调度算法 HRN原理：就是在每调度一个作业投入运行时，先 计算后备作业队列中每个作业的响应比，然后挑选
响应比最高者投入运行。
优点：该算法既照顾了短作业用户，同时也避免了 长作业用户无限期的等待，是 FCFS 和 SJ(P)F 两种 算法的较好折衷方案。 缺点：算法较为复杂，增加了系统开销(计算响应比)。
优先级调度算法又可分为：
非抢占的优先级调度法 可抢占的优先级调度法
处理机的进程调度
（2）优先权的类型 a.静态优先权：静态优先权是在创建进程时确定的， 在整个运行期间不再发生改变。
确定静态优先权的依据：
进程类型；进程对资源的需求；用户要求的优先权
静态优先权简单易行，系统开销小，但不精确。
b.动态优先权：动态优先权是基于某种原则，使进 程的优先权随时间而改变。
处理机的进程调度
（2）时间片大小的确定 轮转法的性能取决于时间片大小的选择。 例：若一次切换时间为5毫秒，时间片长度选择为 20毫秒，则20％的CPU时间花费于进程调度程序。 为了改善CPU的利用率，可以增大时间片，比如说 为500毫秒，此时CPU利用率达99％之多，但每一进 程的响应时间也因之增大。若就绪队列中共有10个 进程，则每一进程需要等待5秒钟，才能在CPU上服 务一次。 通常来说，选择时间片为100毫秒左右比较适宜。 时间片选择有：固定时间片和可变时间片；与时 间片大小有关的因素有：系统响应时间、就绪进程 个数和CPU处理能力三个。
处理机的进程调度
调度算法 1.先来先服务算法（FCFS） 该算法总是把处理机分配给最先进入就绪队列的 进程，即：就绪队列按进入的先后顺序排队。 优点：实现简单 缺点：没有考虑进程的优先级 属于不可抢占策略
此算法是有利于长(大)作业(进程)，不利于短(小) 作业(进程)；有利于CPU繁忙的作业(进程)，不利于 I/O繁忙的作业(进程)。
处理机的进程调度
进程调度分类 按调度层次，分为 高级调度 中级调度 低级调度
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
处理机的进程调度
选择调度方式和调度算法的若干准则 1.面向用户的准则 a.周转时间短：是批处理系统中衡量性能的一个重要 指标。分为两个具体指标：作业周转时间和进程周 转时间。 b.响应时间快：是分时系统中衡量性能的重要指标。 从提交一个请求开始到首次产生响应为止(显示出结 果)的一段时间间隔。 c.截至时间的保证：是实时系统中衡量性能的一个重 要指标。是指某任务必须从开始执行的最近时间， 或必须完成的最迟时间。 d.优先权准则：它是紧急作业得到及时处理的重要保 证。