操作系统原理(处理机调度)
操作系统原理试题题库含答案 9
操作系统原理试题题库含答案(9)1、指令在内存中的地址是（）A、逻辑地址B、物理地址C、虚拟地址正确答案： B2、______操作系统的交互性最差。
A、分时B、实时C、网络D、批处理正确答案： D3、如果某设备以高频率进行数据输入,为减少对CPU的中断频率采用以下（）方式进行读取最适宜。
A、程序轮询B、中断C、 DMAD、字符通道正确答案： C4、在执行Signal操作时,信号量的值应当为( ),当其值为小于等于0时,应唤醒阻塞队列中的进程。
A、不变B、加1C、减1D、加指定数值正确答案： B5、在缺页处理过程中,操作系统执行的操作可能是( )。
I.修改页表 II.磁盘I/O操作 III.分配页框A、仅I 、IIB、仅IIC、仅IIID、 I 、II 和III正确答案： D6、下面六个系统中,必须是实时操作系统的有____个。
(1)计算机辅助系统; (2)过程控制系统; (3)军事控制系统; (4)机器口语翻译系统;(5)航空订票系统;(6)办公自动化系统。
A、 2B、 3C、 4D、 5正确答案： C7、在单处理机上执行程序,多个程序的执行是（）进行的。
A、能在同一时刻B、能并行C、能在某一时间间隔内并发D、不能同时驻留内存正确答案： C8、用户程序要将一个字符送显示器上显示,用操作系统提供的_______接口。
A、系统调用B、函数C、原语D、子程序正确答案： A9、在分段存储管理系统中,从逻辑段号到物理段号的地址映射通过（）实现。
A、段表B、页表C、 PCBD、 JCB正确答案： A10、大多数低速设备都属于( )设备。
A、独占B、共享C、虚拟D、 SPOOLing正确答案： A11、请求分页存储管理中,若把页面尺寸增大一倍而且可容纳的最大页数不变,则在程序顺序执行时缺页中断次数会( )。
A、减少B、增加C、可能增加也可能减少D、不变正确答案： C12、分区分配内存管理方式的主要保护措施是______。
操作系统原理-进程调度
6.3.1 进程调度的功能
6.3.1 进程调度的功能
进程调度的功能 根据一定的调度策略或指标遍历所有的就绪进程， 从中选择一个最合适的进程。 选择该进程的过程实际是用户按特定指标对所有进 程进行排队的过程。
6.3.2 进程调度的时机
6.3.2 进程调度的时机
1．时钟中断 时钟中断是最频繁且周期性地引发进程调度的事件之一。
作业
大小 进入时刻 开始时刻 结束时刻
周转 时间
带权周 转时间
平均周 转时间
平均带权周 转时间
A 20
0
0
20
20 1.00
B 40
10
50
90
80 2.00
C 30
15
20
50
35 1.17 43.75
2.04
D 10
60
90
100
40 4.00
6.4.3 响应比高者优先调度算法
6.4.3 响应比高者优先调度算法
6.3.3 进程调度的方式
进程调度的方式
非抢占方式又称非剥夺式调度
它是指进程调度程序一旦把CPU分配给某进程后，该进程 可以一直运行下去，在它的时间片用完之前，或任务完成 之前，或因为I/O请求被阻塞之前，决不允许其他进程抢走 它的CPU。
抢占方式又称剥夺式调度
抢占方式允许进程调度程序根据某种策略终止当前正在运 行的进程，将其移入就绪队列，再根据某种调度算法选择 另一个进程投入运行。
6.4.1 先来先服务调度算法
先来先服务（First Come First Service，FCFS）
例子：假设系统中有4个作业先后投入，它们的作业 大小和进入时间如表（作业大小和时间单位分钟）
操作系统原理总结
操作系统原理总结操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和协调计算机的各种活动，使得计算机能够高效、稳定地运行。
下面就让我们来深入了解一下操作系统的原理。
操作系统的主要功能包括处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。
处理机管理的任务是合理地分配和调度处理机资源，以提高处理机的利用率和系统的性能。
进程是处理机管理中的一个重要概念，它是程序的一次执行过程。
操作系统通过进程控制、进程同步、进程通信和进程调度等手段来管理进程。
进程调度算法决定了哪个进程将获得处理机资源，常见的调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
存储器管理的目标是为程序的运行提供良好的内存环境，提高内存的利用率。
内存分配方式有连续分配和离散分配两种。
连续分配包括单一连续分配和分区分配，离散分配则包括分页存储管理、分段存储管理和段页式存储管理。
虚拟存储器技术通过将部分程序和数据暂时存放在外存上，使得计算机能够运行比实际内存更大的程序。
设备管理的主要任务是管理和控制各类 I/O 设备，方便用户使用设备，并提高设备的利用率。
设备管理包括设备分配、设备驱动、设备缓冲和设备独立性等方面。
设备分配算法要考虑设备的使用情况和请求的优先级。
设备驱动程序是操作系统与设备硬件之间的接口，负责控制设备的操作。
设备缓冲可以减少 I/O 操作的次数，提高系统的性能。
文件管理负责对文件进行组织、存储、检索和保护。
文件系统为用户提供了一种按名存取的方式，方便用户对文件进行操作。
文件的逻辑结构有流式文件和记录式文件，物理结构有连续文件、链接文件和索引文件。
文件存储空间的管理方法有空闲表法、空闲链表法和位示图法等。
文件的保护机制可以防止文件被非法访问和修改。
用户接口是操作系统与用户之间的交互界面，分为命令接口和程序接口。
命令接口包括联机命令接口和脱机命令接口，程序接口则通过系统调用为用户程序提供服务。
操作系统的体系结构主要有单体结构、层次结构、微内核结构和客户/服务器结构等。
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。
操作系统原理第五章处理器调度
2)正文段（共享正文段 ） 它是进程执行程序的一部分，可为多个进程共 享执行，作为正文段的程序必须是可重入的。
3)数据段 包括：正文段程序的处理对象－－数据、进程 执 行 程 序 （ 私 有 ） 及 数 据 和 ppda( 进 程 数 据 区）。
4) 用户栈
2、UNIX进程树
0进程：系统初启时由系统初启程 序建立，完成系统初启的相应工 作后，创建1进程；然后的工作有 两项，其一是进程交换（进程图 象的管理）；其二是进程切换 （进程调度）。
1 进程：为系统的每个联机终端 创建一个终端进程，然后就做托 管工作。
2、3、…、n、n+1进程：终端进 程，执行程序是shell，该进程执 行是接受和执行用户键入的shell 命令，或shell命令程序。
用户创建的进程：用户的shell命 令或shell程序所创建的进程；用 户在其程序中创建的进程。
三、进程调度
操作系统为了对进程进行有效的监控， 需要维护一些与进程相关的数据结构， 记录所有进程的运行情况，并在进程让 出处理器或调度程序剥夺处于运行状态 的进程占用的处理器时，选择适当的进 程分配处理器，完成上下文的切换。我 们把操作系统内核中完成这些功能的部 分称为进程调度。
1、进程调度的功能 1）记录系统中所有进程的执行情况 PCB 2）选择占有处理器的进程 3）进行进程上下文的切换 2、进程调度的方式 1）非剥夺调度方式 2）剥夺调度方式
p_flag中的SLOAD为1，表示该进程图象在 内存，否则不在内存。
(四）创建状态
父进程创建子进程时所处的状态，目的 是保证子进程能完全复制父进程的图象。
在UNIX系统中，父进程创建一个子进程 时，子进程要复制父进程的全部的进程 图象（除proc结构外），当有内存空间 时，能很快完成复制工作，但若无内存 空间时，就要在交换区中建立子进程图 象的复本，这时父进程将自己置为创建 状态，以保证自己的图象不被调出内存。
os4-计算机操作系统原理分析(第三版)-丁善镜-清华大学出版社
进程调度方式实现进程之间的轮流交替的一个方面。
4.进程调度算法 ➢ 先来先服务算法(FCFS) ➢ 时间片轮转算法(RR)
RR算法需要设计一个定时器，定时器的值为0时将产生一个中断。系统 用分配给进程的时间片设置定时器的初值，之后进程开始执行。进程运 行过程有三种可能情况：
同时到达。已知它们都是纯计算性的简单任务，运行时需要占用处理器时间分别 是10、3、2和5。把到达时间(提交时间)设为0。
TA=10，TB=13，TC=15，TA=20，TB=3，TC=5，
TD=20；
TD=10；
T=( TA+ TB+ TC+ TD)/4 T=( TA+ TB+ TC+TD)/4
• 一个作业的响应比R是
作业等待时间 作业大小
其中，作业等待时间 = 系统当前时间 - 作业提交时刻
• HRN思想 • HRN特点
• 综合了先来先服务算法(FCFS)和短作业优先算法(SJF) • 响应比R与作业的大小成反比，体现SJF算法 • 响应比R与作业的等待时间成正比，体现FCFS算法
4.作业调度算法例子
例4-3：假定某分时系统有3个同时依次到达的进程A、B和C，它们的任务如下：
进程A： 2ms CPU 10ms I/O 2ms CPU
进程B： 9ms CPU 5ms I/O 2ms CPU
进程C： 8ms CPU
在采用简单RR算法，时间片为3ms时，请画出RR算法的调度图。
➢ 响应时间
简单RR算法，假设就绪队列中的进程数为n，时间片为T，那么，响 应时间R，则
9:00
0.8
《操作系统原理》习题及参考答案
3.2
14.4
17.6
9.2
2.9
C
9:00(9.0)
1
17.6
18.6
9.6
9.6
短作业优先算法：
作业号
进入输入 需运行时 开始运行 完成时间 周转时间 带权周转
井时间 间（小时） 时间
时间
A
8:00(8.0)
6.4
8.0
14.4
6.4
1
5
B
8:24(8.4)
3.2
15.4
18.6
10.2
3.2
１５． 设一个飞机航班售票系统有 n 个售票处，每个售票处通过终端访问系统的公共数据 区。假定公共数据区中的一些单元 Aj(j=1,2,3,…)分别存放某月某日某次航班的余票数。 用 P1,P2,…,Pn 表示个售票处为旅客服务时的处理进程； R1, R2, R3…, Rn 为各进程执 行时所用的工作单元。用 PV 操作和信号量保证售票系统的正确并发执行。
解：（1）设信号量 S2:=0; S3:=0; S4:=0;
P1:
P2:
P3:
……..
P(S2)
P(S3)
……..
……..
……..
V(S2)
…….
…….
V(S3)
V(S4)
V(S4)
（2）设信号量 S3:=0; S4:=0; S5:=0; S6:=0;
P1: …….. …….. …….. V(S3)
x
y
z
S1
S2
P1 x:=0
0
0
0
P1 x:=x+2
2
0
0
0
P1 P(S1)
操作系统原理知识点总结
第一章绪论1、操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理的对各类作业进行调度以方便用户的程序集合※2、操作系统的目标：方便性、有效性、可扩展性、开发性※3、操作系统的作用：作为计算机硬件和用户间的接口、作为计算机系统资源的管理者、作为扩充机器4、单批道处理系统：作业处理成批进行，内存中始终保持一道作业（自动性、顺序性、单道性）5、多批道处理系统：系统中同时驻留多个作业，优点：提高CPU利用率、提高I/O设备和内存利用率、提高系统吞吐量（多道性、无序性、调度性）6、分时技术特性：多路性、交互性、独立性、及时性，目标：对用户响应的及时性7、实时系统：及时响应外部请求，在规定时间内完成事件处理，任务类型：周期性、非周期性或硬实时任务、软实时任务※8、操作系统基本特性：并发、共享、虚拟、异步性并行是指两或多个事件在同一时刻发生。
并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。
互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源同时访问：微观上仍是互斥的虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。
异步是指运行进度不可预知。
共享性和并发性是操作系统两个最基本的特征※9、操作系统主要功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户管理第二章进程的描述和控制※1、程序顺序执行特征：顺序性、封闭性、可再现性※2、程序并发执行特征：间断性、失去封闭性、不可再现性3、前趋图：有向无循环图，用于描述进程之间执行的前后关系表示方式：（1）p1--->p2（2）--->={(p1,p2)| p1 必须在p2开始前完成}节点表示：一条语句，一个程序段，一进程。
（详见书P32）※4、进程的定义：(1)是程序的一次执行过程，由程序段、数据段、程序控制块（PBC）三部分构成，总称“进程映像”(2)是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动(3)是程序在一个数据集合上的运行过程(4)进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位进程特征：动态性、并发性、独立性、异步性由“创建”而产生，由“调度”而执行；由得不到资源而“阻塞”，由“撤消”而消亡※5、进程与程序关系※6、进程的三种状态：就绪、阻塞、执行转换：增加挂起：7、进程控制块（PCB）的作用：进程存在的唯一标志。
操作系统单处理机系统的进程调度
操作系统单处理机系统的进程调度第一篇：操作系统单处理机系统的进程调度一.实验内容描述1.目的（1）了解Windows内存管理器（2）理解Windows的地址过程2.内容任意给出一个虚拟地址，通过WinDbg观察相关数据并找到其物理地址二.理论分析Windows采用页式虚拟存储管理技术管理内存，页面是硬件级别上的最小保护单位 1.Windows内存管理器Windows的内存管理主要由Windows执行体中的虚存管理程序负责，并由环境子系统负责，并由环境子系统负责与具体API相关的一些用户态特性的实现。
虚存管理程序是Windows中负责内存管理的那些子程序和数据结构的集合内存管理器的主要任务是：地址变换：将一个进程的虚拟地址空间转译为物理内存地址交换：当内存不足时，将内存中的有些内容转移到磁盘上，并且以后还要再次将这些内容读回2.Windows内存管理策略Windows采用页式虚拟存储管理技术管理内存，页面是硬件级别上最小的保护单位。
根据硬件的体系结构不同，页面尺寸被分为两种，大页面和小页面。
X86系统下小页面为4KB，大页面为4MB。
大页面的优点是：当引用同一页面内其他数据时，地址转移的速度会很快。
不过使用大页面通常要较大的内存空间，而且必须用一个单独的保护项来映射，因此可能会造成出现错误而不引发内存访问违例的情况。
通常PC机都为小页面 3.Windows虚拟地址空间布局 x86结构下的布局方式：默认情况下，32位Windows系统中每个用户进程可以占有2GB 的私有地址空间。
操作系统占有另外的2GB 2GB用户的进程地址空间布局如表：2GB的系统地址空间布局如同：3.虚拟地址转译地址转译是指将进程的虚拟地址空间映射到实际物理页面的过程。
x86系统中地址转译过程如图：关键数据结构如下：页目录：每个进程都有一个页目录，它是内存管理器为了映射进程中所有的页表位置而创建的一个页面。
进程也目录的地址被保存在内核进程快KPROCESS中，在x86系统上，它被映射到虚拟地址0xC0300000，当一个进程正在执行时，CPU可以通过寄存器CR3知道该进程页目录的位置。
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（十一）处理机调度概述
操作系统（⼗⼀）处理机调度概述在多道程序系统中，调度是指资源分配，⽽处理机调度则指的是对处理机这种资源的分配。
处理机调度算法是指根据处理机分配策略所规定的处理分配算法，在不同的操作系统中采⽤的调度⽅式和调度算法并不完全相同。
⼀、处理机调度的层次1、⾼级调度⾼级调度⼜称为长程调度或作业调度。
⾼级调度过程根据作业控制块中的信息，审查系统能否满⾜⽤户作业的资源需求，以及按照⼀定算法，从外存的后备队列中选取某些作业调⼊内存，并为它们创建进程、分配必要的资源。
然后再将新创建的进程插⼊就绪队列，准备执⾏。
执⾏频率⼏分钟或⼏秒钟⼀次2、低级调度低级调度⼜称为进程调度或短程调度，操作系统中最基本的⼀种调度⽅式低级调度过程根据某种调度算法，选择就绪队列中⼀个进程，分配处理机执⾏频率⼏⼗毫秒⼀次3、中级调度中级调度⼜称为内存调度，引⼊中级调度的⽬的是提⾼内存利⽤率和系统吞吐量中级调度过程将暂时不能再内存中运⾏的进程，调⾄外存等待，此时进程的状态会由活动就绪变为静⽌就绪；当进程已具备某些条件并且内存有空闲空间时，由中级调度将调⼊内存的就绪队列中，并修改进程的状态为活动就绪状态。
执⾏频率介于⾼级调度和低级调度之间⼆、处理机调度算法的⽬标1、批处理系统的⽬标周转时间周转时间：是指从作业提交系统开始，直到作业完成为⽌的这段时间间隔。
平均周转时间：带权周转时间：作业的周转时间T与系统为它提供服务的时间Ts之⽐，即W=T/Ts。
平均带权周转时间：2、分时系统的⽬标响应时间：是指从⽤户⽤过键盘提交⼀个请求或作业开始直⾄系统⾸次产⽣响应为⽌的时间3、实时系统的⽬标截⽌时间：是指某任务必须开始执⾏的最迟时间，或必须完成的最迟时间。
响应/截⽌时间既是分时/实时系统性能评判的标准，也是分时/实时系统选择调度算法的重要准则。
《操作系统原理》课件(北大)05
生活中类比例子：
进程的分类： 系统进程 用户进程
系统进程优先于用户进程 daemon: 守护进程/精灵进程
2.进程的基本状态及其转换
进程的三种基本状态： 进程在生命消亡前处于且仅处于三种基本 状态之一
运行
1
2
3
就绪
4
等待
进程的状态及其转换
进程状态转换：
在进程运行过程中，由于进程自身进展情况及外 界环境的变化，这三种基本状态可以依据一定 的条件相互转换 1 就绪—运行 2 运行—就绪 3 运行—等待 4 等待—就绪
进程转换
就绪 --> 运行
调度程序选择一个新的进程运行
运行 --> 就绪
七状态进程模型（续3）
活动
挂起 事件 发生
活动
挂起
挂起 调度
超时
事件 发生
等待 事件
释放
Linux进程状态
Linux的进程状态有五种 TASK_RUNNING：表示进程具备运行的资格，正在运
行或等待被调度执行。进程控制块中有一个run_list成 员，所有处于TASK_RUNNING状态的进程都通过该成 员链在一起，称之为可运行队列
get;
copy;
put;
f
s
t
g
Coend
与时间有关的错误（续2）
f
st g
初始状态 3,4,...,m 2 2 (1,2)
g,c,p
4,5,...,m 3 3 (1,2,3) √
g,p,c
4,5,...,m 3 3 (1,2,2) X
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。
操作系统原理课件-第九讲处理机管理
New
Ready Activate Suspend
Suspend
Ready
Timeout Running Release
Event Occurs Event Occurs
Blocked Suspend
可见，采用短作业优先调度算法可获得最小平均作业周转时间
练习
假定有四道作业，它们的进入时间和运行时间在下表中给出：
作业号
1 2 3 4
进入时间（时）
10:00 10:10 10:20 10:30
运行时间（分钟）
40 60 30 20
在单道程序环境下，分别采用FCFS和SJF算法，试说明他们的 调度顺序及平均周转时间
从OS类型：批处理、分时、实时、多处理机调度 从调度层次：高级调度、低级调度、中级调度
（1）高级调度 作业调度 long-term scheduling
• Determines which programs are admitted to the system for processing • Controls the degree of multiprogramming • More processes, smaller percentage of time each process is executed
3) 优先权调度算法(Priority Scheduling)
High Priority First——HPF
为照顾紧迫型作业的执行而引入，分为非 抢先式和抢先式。
静态优先权 动态优先权
静态优先权
优先权在创建进程时就确定，直到进程终止前都不改变,通 常是一个整数。
计算机操作系统原理-4
旧PSW，PC
①
③
结束
PC4：中断处理程序 PC5：中断处理程序
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现行PSW，PC
②
新PSW，PC
PCn：中断处理程序
图4.4 中断向量与中断处理程序
清华大学出版社
4.1
4.1.2
۞ 时钟中断
中断
中断处理
时钟中断是现代操作系统不可或缺的控制手段， 所以在此特别强调。时钟中断管理及维护的内容： 进程管理：用于时间片轮转处理机调度算法的系 统中，记录进程已占用处理机时间等。
4. 2
处理机调度
运行 就绪 阻塞
4.2.1 高级、中级和低级调度
低级
静止阻塞 静止就绪
中级
新建
高级
退出
图4.6 调度的层次
清华大学出版社
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4. 2
处理机调度
4.2.1 高级、中级和低级调度
高级调度（作业调度）
一个作业的处理可以分若干相对独立的作业步，每 个作业步可能对应一个进程。例如，一个C语言程 序，作为批作业处理大致应当包括如下步骤： 运行C语言编译程序对C代码进行编译。 对所编译产生的浮动程序进行连接装配。 执行所产生的目标代码程序。 以上三个步骤运行的是三个不同的程序，因而需 要三个进程完成。 清华大学出版社 16/19
第2种方法：定义中断优先级，允许高优先级的打 断低级中断处理程序的运行。图4.5 给出了事例。
清华大学出版社
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4.1.3 多个中断
用户程序
—— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— ——
t=0
打印机 中断
处理机的调度算法原理
处理机的调度算法原理处理机调度算法原理处理机调度算法是指负责调度CPU执行任务的算法。
现在的操作系统很多都支持多任务操作，因此如何高效地调度多个任务变得非常重要。
这篇文章将介绍处理机调度算法的原理以及常见的调度算法，帮助读者更好地了解处理机调度。
一、调度算法原理处理机调度算法的主要目标是提高系统的性能和响应时间。
具体地，它需要通过合理的任务分配和优化运行顺序来使CPU资源得到更好的利用。
CPU调度算法的原理可以归纳为以下几个方面：1. 多种调度算法：由于不同操作系统之间的实现方式不同，所以CPU调度算法也有很多不同的实现方式。
例如一些常见的调度算法如抢占式调度、非抢占式调度、时间片轮转调度等。
2. 进程队列管理：处理机调度算法通过对进程队列的管理来实现任务的分配。
进程队列分为就绪队列、等待队列和完成队列，操作系统会动态分配可执行的进程，然后在就绪队列中等待执行。
3. 优先级管理：操作系统为每个进程分配一个优先级，并根据该优先级来决定哪个进程优先执行。
优先级的设置和调整对于整个系统的性能和稳定性有着重要的影响。
二、调度算法1. 先来先服务（FCFS）FCFS算法实现简单，按照进程到达的先后顺序执行。
但是，该算法可能会导致长进程优先原则的问题，即一个长进程进入等待队列后，后面到达的短进程需要等待很长时间才能得到CPU资源。
2. 最高优先级优先调度算法（HPF）HPF算法以优先级作为调度依据，优先级高的进程先执行。
但是，该算法可能会导致低优先级进程永远得不到CPU资源。
3. 时间片轮转调度算法时间片轮转调度算法是根据时间片的大小，对CPU进行优先级扫描并使执行领域进程拥有相同的可用CPU时间。
时间片大小越小，CPU在进行进程切换时的频率就越高。
4. 抢占式调度算法抢占式调度算法将当前进程从CPU中抢占，然后调度另一个进程在剩余的时间片内执行。
这种算法可以防止一个进程占用CPU太久的问题，并且可以由一个高优先级进程抢占低优先级进程的CPU资源。
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带权平均周转时间
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平均周转时间和平均带权周转时间
周转时间：从作业提交到作业完成的时间间隔。 Ti = tci – tsi 平均周转时间: n个作业的平均周转时间T为:
带权周转时间：为周转时间T和运行时间R之比。 W = T / R 平均带权周转时间：
高级(Long-term)调度――作业调度 作业调度用于决定把外存输入井上处于作业 后备队列上的那些作业调入内存，并为它们创建 进程、分配必要的资源，然后再将新创建的进程 排在就绪队列上，准备执行。在批处理系统中， 作业是先驻留在外存的输入井上的，因此需要有 作业调度。然而在分时系统中，通过键盘输入的 命令和数据直接进入内存，无需作业调度。
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4.3.3 进程上下文切换（续）
进程上下文切换的步骤(续)：
3. 按照某个进程调度算法，选择一个处于就绪
状态的进程。 4. 恢复或装配所选进程的上下文，将CPU控制 权交给所选进程。
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4.3.4 进程调度性能评价
进程调度性能的衡量是操作系统设计的一个重要 指标。 进程调度性能的定性衡量：
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进程调度的方式
非剥夺（非抢占 Nonpreemptive mode ）方式： 采用这种调度方式时，一旦把处理机分配给某 进程后，便让进程一直执行，直到该进程完成或 发生某事件而被阻塞时，才把处理机分配给其它 进程，决不允许某进程抢占已经分配出去的处理 机。 这种调度方式的优点是实现简单、系统开销 小，适用于大多数批处理系统环境。缺点是难以 满足紧急任务的要求，不适用于实时、分时系统 要求。
平均周转时间和平均带权周转时间
① 图示三个作业的执行顺序：
作业3 作业2 作业1 0 1 2 24 27 30 时间
② 算出各作业的周转时间和带权周转时间：
作 业
1
2 3
到达 运行 时间 时间 0 24 1 3 2 3
开始 时间 0 24 27
完成 时间 24 27 30
周转 带权周 时间 转时间 24 1 26 8.67 28 9.33
公平性：不因作业或进程本身的特性而使上述指标过分恶化。如长作 业等待很长时间。 优先级：可以使关键任务达到更好的指标。
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2.面向系统的性能指标
吞吐率：在给定时间内，一个计算机系统所完
成的总工作量； 响应时间：用户向计算机发出一个命令到计算 机将结果返回给用户所需的时间； 设备利用率：指I/O设备的使用情况。
交换调度
就 绪 态
外存(盘)交换区 就 绪 态 阻 塞 态
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 设置的执行实体，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。
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1.面向用户的性能指标
周转时间：从作业提交给系统到返回结果所需时间； 平均周转时间T 平均带权周转时间（带权周转时间W是 T(周转)/T(CPU执行)〕 响应时间：用户输入一个请求（如击键）到系统给出首次响应（如屏 幕显示）的时间－－分时系统
截止时间：开始截止时间和完成截止时间－－实时系统，与周转时间 有些相似。
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进程调度的方式
剥夺（抢占）方式（Preemptive mode） 这种调度方式，允许进程调度程序根据某个原 则，去停止某个正在执行的进程，将已分配给进 程的处理机，重新分配给另一个进程。抢占的原 则有：
时间片原则。各进程按时间片运行，当一个时间片用
完后，便停止该进程的执行而重新进行调度。这个原 则适用于分时系统。 优先权原则。通常是对一些重要的和紧急的进程赋予 较高的优先权。当这种进程进入就绪队列时，例如由 阻塞态转换为就绪态，或从静止就绪态转为活动就绪 态时，或新创建进入就绪态的进程进入就绪队列时， 如果其优先权比正在执行的进程优先权高，便停止正 在执行的进程，将处理机分配给优先权高的进程，使 之执行。
并发执行模式下的系统工作效率
系统总运行时间：45
CPU使用效率：40 / 45 = 89% DEV1使用效率：15 / 45 = 33% DEV2使用效率：25 / 45 ＝ 55.6%
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衡量调度策略的常用指标
我们可从不同的角度来判断处理机调度算 法的性能，如用户的角度、处理机的角度 和算法实现的角度。 实际的处理机调度算法选择是一个综合的 判断结果。
操作系统原理
张德海
E-mail:dhzhang@ 2009年4月7日
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第四章 处理机调度
4.1 分级调度 4.2 作业调度 4.3 进程调度 4.4 调度算法 4.5 算法评价 4.6 实时系统调度方法
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第四章 处理机调度
处理机调度问题实际上就是处理机的分配 与管理。 处理机管理的工作是对CPU资源进行合理 的分配使用，以提高处理机利用率，并使 各用户公平地得到处理机资源。这里的主 要问题是处理机调度算法和调度算法特征 分析。
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本小节学习目标
理解各调度算法的原理 学会分析比较各种算法的优缺点 能运用所学知识对实例进行分析 是本章的重点和难点
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回顾：评价算法的各种指标
周转时间：从作业提交给系统到返回结果所需时间； 平均周转时间T 平均带权周转时间（带权周转时间 W = T周转时间 / E 执行时间） 响应时间：用户输入一个请求（如击键）到系统给出首次响应（如屏幕显示）的时 间－－分时系统 截止时间：开始截止时间和完成截止时间－－实时系统，与周转时间有些相似。 公平性：不因作业或进程本身的特性而使上述指标过分恶化。如长作业等待很长时 间。(《论语 季氏》:“不患寡而患不均” ) 优先级(效率)：可以使关键任务达到更好的指标(邓小平：让一部分人先富起来)。 吞吐率：在给定时间内，一个计算机系统所完成的总工作量； 设备利用率：指I/O设备的使用情况。 实现难度：实现该算法是否容易 执行开销比：该算法是否消耗太多系统资源
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3.面向算法的性能指标
实现难度：实现该算法是否容易 执行开销比：该算法是否消耗太多系统资源
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4.1 分级调度(Scheduling)
作业调度-高级调度 交换调度-中级调度 进程调度-低级调度 线程调度
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4.1 分级调度-作业调度
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4.1 分级调度-进程调度
低级(Short-term)调度――进程调度 进程调度决定就绪队列中哪个进程将获得处 理机，然后由分派程序执行把处理机分配给该进 程的操作。在确定了占用处理机的进程之后，系 统必须进行进程上下文切换以建立与占用处理机 进程相适应的执行环境。 进程调度是最基本的调度，任何操作系统都 有进程调度。
可靠性：如进程调度是否会破坏数据结构。
简洁性：调度程序不会太繁琐和复杂
进程调度性能的定量衡量：
CPU利用率 进程等待-执行时间比 响应时间
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4.4 进程调度算法
先来先服务(FCFS) 最短作业优先(shortest job first) 时间片轮转法(Round robin) 多级反馈轮转法(round robin with multiple feedback) 优先级法(Priority Scheduling) 最高响应比优先(highest response_ratio next)
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并发所带来的效率提升
多道程序设计
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并发所带来的效率提升
顺序执行模式下的系统工作效率
系统总运行时间：80
多道程序设计
CPU使用效率：CPU占用时间 / 总时间 ＝ 40/80 = 50%
DEV1使用效率：15 / 80 ＝ 18.75%
DEV2使用效率：25 / 80 = 31.25%
作业后续处理(收回资源/撤消PCB和JCB)
作业调度又称为宏观调度 在实时系统和分时系统中通常不配置作业 2009-4-7 调度
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4.2.2 作业调度目标与性能衡量
作业调度目标：
对所有作业应该是公平合理的
应使设备有高的利用率 每天执行尽可能多的作业
有快的响应时间
作业调度性能衡量
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4.1 分级调度-交换调度
中级(Medium-term)调度——交换调度 引入中级调度的目的是为了提高主存利用率 和系统吞吐量。由于在进程并发执行过程中，为 了充分发挥内存的效能，需将那些暂时不能运行 的进程从内存调到外存盘交换区去等待，而将那 些在盘交换区的等待事件已经发生急需调度运行 的进程从盘交换区调入内存。在UNIX系统中中级 调度就是存储管理中的交换，采用虚拟存储技术 的分时系统往往设立中级调度。
编译原程序 连接装配程序 运行程序
4.2 作业调度
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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
1 提交状态
作业从输入设备进入外存储器时的状态
2 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)