操作系统第三章处理机管理1

一般地说，作业调度目标主要有以下四点： 一般地说，作业调度目标主要有以下四点： （1）对所有的作业应该是公平合理的； ）对所有的作业应该是公平合理的； （2）应使设备有高的利用率； ）应使设备有高的利用率； （3）每天执行尽可能多的作业； ）每天执行尽可能多的作业； （4）有快的响应时间。 ）有快的响应时间。
二、低级调度（Low 二、低级调度（Low Level Scheduling） Scheduling）
也称进程调度 进程调度，它决定在就绪队列中哪 进程调度 一个进程将分配到处理机，并由分派程序把 处理机实际分配给这个进程。
就绪队列进程
获得处理机
进程调度可采用下述两种方式：
非抢占方式 抢占方式
抢占原则： （1）时间片原则 （2）优先权原则 （3）短作业优先原则
进程调度
进程调度的任务就是按照一定的策略负责把 处理机分配给某一就绪进程。 处理机分配给某一就绪进程。由进程调度程序具 体实现处理机在进程之间的转换。 体实现处理机在进程之间的转换。
进程调度的时机
进程调度的时机与引起进程调度的原因 以及进程调度的方式有关。 以及进程调度的方式有关。 一、引起进程调度的原因 （1）正在执行的进程执行完毕。 ）正在执行的进程执行完毕。 （2）执行中的进程提出 请求后 ）执行中的进程提出I/O请求后 被阻塞。 被阻塞。 （3）执行某种原语操作，比如 ）执行某种原语操作，比如wait(s)， ， block原语，wakeup原语。 原语， 原语。 原语 原语
§3.2 调度算法
中调度的实质是一种资源分配， 在OS中调度的实质是一种资源分配， 中调度的实质是一种资源分配 因而调度算法是指： 因而调度算法是指：根据系统的资源分配 策略所规定的资源分配算法。 策略所规定的资源分配算法。
3.2.1先来先服务和短作业优先调度算法 3.2.1先来先服务和短作业优先调度算法
（4）分时系统中，由于分配给该进程的时 ）分时系统中， 间片已经用完。 间片已经用完。 （5）执行中进程自己调用阻塞原语将自己 ） 阻塞起来。 阻塞起来。 （6）执行完系统程序后返回用户进程时， ）执行完系统程序后返回用户进程时， 可看作系统进程执行完毕，从而可以调度选 可看作系统进程执行完毕， 择一个新的用户进程执行。 择一个新的用户进程执行。 以上是在不可剥夺方式下的引起进程调度 的原因， 执行方式是可剥夺时， 的原因，在CPU执行方式是可剥夺时，还有 执行方式是可剥夺时 一个原因。 一个原因。
第三章 处理机调度与死锁
3.1 处理机调度的基本概念
处理机调度的基本类型：
按调度层次分：
一、高级调度 High Scheduling (Long-Term Scheduling ) 二、低级调度 Low -Level Scheduling(Short-Term Scheduling P71 三、中级调度 Intermediate-Level Scheduling(Medium-Term
作业调度功能
1、记录系统中各作业的状态。 记录系统中各作业的状态。 不同的批处理系统，作业控制块JCB JCB的内容 不同的批处理系统，作业控制块JCB的内容 也不同。一般JCB有以下内容： 也不同。一般JCB有以下内容： JCB有以下内容 （1）作业名：由用户提供，系统把它转换为 ）作业名：由用户提供， 系统可识别的作业标识符。 系统可识别的作业标识符。 （2）作业类型：计算型、管理型、图形设计 ）作业类型：计算型、管理型、 型。 资源要求：由用户提供，要求的内、 （3）资源要求：由用户提供，要求的内、外 存大小，外设类型台数，软件支持， 存大小，外设类型台数，软件支持，作业估计 执行时间。 执行时间。
响应时间是从用户通过键盘提交一个请求开始， 响应时间是从用户通过键盘提交一个请求开始， 用户通过键盘提交一个请求开始 直至系统首次产生响应为止的时间。 首次产生响应为止的时间 直至系统首次产生响应为止的时间。或者说直到 屏幕上显示出结果为止的一段时间间隔。 屏幕上显示出结果为止的一段时间间隔。 包括： 包括： （1）从键盘输入的请求信息传送到处理机的时间； ）从键盘输入的请求信息传送到处理机的时间； （2）处理机对请求信息进行处理的时间； ）处理机对请求信息进行处理的时间； （3）将所形成的响应回送到终端显示器的时间。 ）将所形成的响应回送到终端显示器的时间。
作业的四个状态: 作业的四个状态
输入状态：作业的信息正在从输入设备上预输入。 输入状态：作业的信息正在从输入设备上预输入。 后备状态：作业预输入结束但尚未被选中执行。 后备状态：作业预输入结束但尚未被选中执行。 执行状态： 执行状态：作业已经被选中并构成进程去竞争处 理器资源以获得运行。 理器资源以获得运行。 完成状态：作业已经运行结束，正在等待缓输出。 完成状态：作业已经运行结束，正在等待缓输出。
超时
进程调度 processor
完成
事件1出现
等待事件1
等待事件2 事件2出现
…
事件n出现
…
…
等待事件n
具有高,低两级调度的调度队列模型 （批处理系统）
作业调度 后备作业队列 就绪队列
超时
进程调度 processor
完成
交互式用 户
中级调度 挂起就绪队列
挂起等待队列
中级调度
等待队列 事件 出现
等待事件
作业调度
作业调度是针对多道程序系统设计的。 作业调度是针对多道程序系统设计的。它 主要是完成作业从后备状态到执行状态的 的转变。 转变以及从执行状态到完成状态的转变。
执行状态
输 后 入 备 状 预输入 状 态 完成 态
执行状态
运行
进程调度 完 中级调度
作业 调度
就绪
等待
成 状 缓输出 态
作业调度与进程调度的关系
2、带权周转时间
带权周转时间： 带权周转时间：Wi=Ti/Tr 作业周转时间与作业执行时间之比。 作业周转时间与作业执行时间之比。 Ti：周转时间， Tr ：实际执行时间 ：周转时间， 平均带权周转时间： 平均带权周转时间：W=∑ Wi /n n为作业个数。 为作业个数。 为作业个数
3、分时系统中，还要考虑响应时间
3.1.2 进程调度队列模型
1、仅有进程调度的调度队列模型 2、具有高级和低级调度的调度队列模型 3、同时具有三级调度的调度队列模型
时间片完
交互用户 事 件 出 现
就 绪 队 列
进程调度
进源自文库完成 cpu
阻 塞 队 列
等待事件
仅有进程调度的调度队列模型(分时系统）
作业调度 后备作业队列 就绪队列
进程切换的步骤
保存被中断进程的处理器现场信息。 保存被中断进程的处理器现场信息。 修改被中断进程的进程控制块的有关信息， 修改被中断进程的进程控制块的有关信息， 如进程状态等。 如进程状态等。 把被中断进程的进程控制块加入有关队列。 把被中断进程的进程控制块加入有关队列。 选择下一个占有处理器运行的进程。 选择下一个占有处理器运行的进程。 修改被选中进程的进程控制块的有关信息。 修改被选中进程的进程控制块的有关信息。 根据被选中进程设置操作系统用到的地址转换和存 储保护信息。 储保护信息。 根据被选中进程恢复处理器现场。 根据被选中进程恢复处理器现场。
2、从后备队列中挑选一部分作业投入运行
作业调度程序根据一定调度的算法， 作业调度程序根据一定调度的算法，从后备队 列中挑选出一部分作业进入内存。 列中挑选出一部分作业进入内存。
3、为被选中作业做好执行前的准备工作 、
作业调度程序为作业建立进程， 作业调度程序为作业建立进程，分配它们所 需要的系统资源。 需要的系统资源。
Scheduling
按OS的类型分：
批处理调度 分时调度和实时调度 多处理机调度等
就绪态
运行态 新建态
终止态
等待态 低级调度 挂起等待态 挂起就绪态
高级调 度
中级调度
后备作业 操作系统 CPU
对换进程
一、高级调度（作业调度） High Level Scheduling
决定允许哪些作业竞争系统资源 允许哪些作业竞争系统资源。也就是说，高级调 允许哪些作业竞争系统资源 度用于把外存上处于后备状态的作业按照一定的算法，选 取出一个作业，当内存空间满足其要求时，为它分配存储 空间，调入内存，创建该作业的进程，再分配它所需的 I/0设备及其它资源，再将新进程排在就绪队列上，使新 进程具有了获得处理机的资格。
4、在作业执行结束时做善后处理工作
输出作业管理信息，回收资源、撤消与该 输出作业管理信息，回收资源、 作业有关的所有进程，以及作业控制块。 作业有关的所有进程，以及作业控制块。
作业调度目标和性能评价
一、作业调度目标 作业调度的主要原则应是在单位时间内运行 的作业并且应使CPU尽可能处于运行状 尽可能多的作业并且应使 尽可能处于运行状 的利用率最大； 态，使CPU的利用率最大；作业调度还应使输入输 的利用率最大 出设备并行运行； 出设备并行运行；处于多道程序中的各个作业还应 具有平等的运行机会。 具有平等的运行机会。
（4）资源使用情况。 ）资源使用情况。 ·作业进入系统时间：所有信息输入到输入井， 作业进入系统时间： 作业进入系统时间 所有信息输入到输入井， 作业的状态成为后备状态的时间。 作业的状态成为后备状态的时间。 ·开始执行时间：作业被作业调度程序选中， 开始执行时间：作业被作业调度程序选中， 开始执行时间 状态由后备转为执行的时间。 状态由后备转为执行的时间。 ·内存地址：作业的内存区起始地址。 内存地址： 内存地址 作业的内存区起始地址。 ·外设台数：系统分配的外设实际台数。 外设台数： 外设台数 系统分配的外设实际台数。 （5）优先级：可由用户给定也可由系统动态产 ）优先级： 生，决定作业的调度次序。 决定作业的调度次序。 当前状态：作业当前所处的状态。 （6）当前状态：作业当前所处的状态。
1、先来先服务调度算法 、 先来先服务FCFS调度算法是一种最 先来先服务 调度算法是一种最 简单的调度算法。 简单的调度算法。 作业调度中采用该算法时， 作业调度中采用该算法时，每次调度 是从后备作业队列中选择一个或多个最 先进入该队列的作业，将它们调入内存， 先进入该队列的作业，将它们调入内存， 为它们分配资源、创建进程，然后放入 为它们分配资源、创建进程， 就绪队列。 就绪队列。
二、作业调度算法的性能评价
1.周转时间： Ti =Tei-Tsi 周转时间： 周转时间 由等待时间、 由等待时间、执行时间 组成 Tei为作业 的完成时间，Tsi为作业的提交 为作业i的完成时间 的完成时间， 时间。 时间。 平均周转时间： 平均周转时间： T=∑Ti /n n>=1，n为作业流的作业个数。 为作业流的作业个数。 ， 为作业流的作业个数
（7）一个比正在运行进程的优先数更高的进 ） 程进入就绪队列，从而引起调度。 程进入就绪队列，从而引起调度。 在以上所列的几种原因之一发生的情况下， 在以上所列的几种原因之一发生的情况下， OS进行进程调度。 进行进程调度。 进行进程调度
进程的切换
进程的切换就是让处于运行态的进程中断运 让出处理器，以便另外一个进程运行。 行，让出处理器，以便另外一个进程运行。
三、中级调度（Intermediate 三、中级调度（Intermediate Level Scheduling） Scheduling）
涉及进程在内外存间 进程在内外存间的交换，从存储 进程在内外存间 器资源管理的角度来看，把进程的部分或 全部换出到外存上，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。指令和数据必须在内存 里才能被处理机直接访问 目的：是为了提高内存的利用率和系统吞吐 量。
在进程调度中，采用 在进程调度中，采用FCFS时每次调度 时每次调度 是从就绪队列中， 是从就绪队列中，选择一个最先进入该队 列的进程，把处理机分配给它， 列的进程，把处理机分配给它，使之投入 运行， 运行，该进程一直运行到完成或发生某事 件而阻塞后，才放弃处理机。 件而阻塞后，才放弃处理机。
具有三级调度时的调度队列模型
3.1.3 选择调度方式和调度算法的 若干准则
1、面向用户的准则 1 （1）周转时间短 （2）响应时间快 （3）截止时间的保证 （4）优先权准则
选择调度方式和调度算法的 若干准则（续）
2、面向系统的准则 （1）系统吞吐量高。 （2）处理机利用率好。 （3）各类资源的平衡利用。