1.1 进程
?从教科书上，我们都能知道：进程是资源分配的最小单位，而线程是CPU 调度的的最小单位。
?进程不仅包括可执行程序的代码段，还包括一系列的资源，比如：打开的文件、内存、CPU时间、信号量、多个执行线程流等等。而线程可以共享进程内的资源空间。
?在Linux内核中，进程和线程都使用struct task_struct结构来进行抽象描述。
?进程的虚拟地址空间分为用户虚拟地址空间和内核虚拟地址空间，所有进程共享内核虚拟地址空间，没有用户虚拟地址空间的进程称为内核线程。
Linux内核使用task_struct结构来抽象，该结构包含了进程的各类信息及所拥有的资源，比如进程的状态、打开的文件、地址空间信息、信号资源等等。task_struct结构很复杂，下边只针对与调度相关的某些字段进行介绍。
struct task_struct
{
/* ... */
/* 进程状态*/
volatile long state;
/* 调度优先级相关，策略相关*/
int prio;
int static_prio;
int normal_prio;
unsigned int rt_priority;
unsigned int policy;
/* 调度类，调度实体相关，任务组相关等*/
const struct sched_class *sched_class;
struct sched_entity se;
struct sched_rt_entity rt;
#ifdef CONFIG_CGROUP_SCHED
struct task_group *sched_task_group;
struct sched_dl_entity dl;
/* 进程之间的关系相关*/
/* Real parent process: */
struct task_struct __rcu *real_parent;
/* Recipient of SIGCHLD, wait4() reports: */
struct task_struct __rcu *parent;
/* * Children/sibling form the list of natural children: */
struct list_head children;
struct list_head sibling;
struct task_struct *group_leader;
/* ... */
}
1.2 进程状态
?上图中左侧为操作系统中通俗的进程三状态模型，右侧为Linux对应的进程状态切换。每一个标志描述了进程的当前状态，这些状态都是互斥的；?Linux中的就绪态和运行态对应的都是TASK_RUNNING标志位，就绪态表示进程正处在队列中，尚未被调度；运行态则表示进程正在CPU上运行；
内核中主要的状态字段定义如下
/* Used in tsk->state: */
#define TASK_RUNNING 0x0000
#define TASK_INTERRUPTIBLE 0x0001
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 0x0002
/* Used in tsk->exit_state: */
#define EXIT_DEAD 0x0010
#define EXIT_ZOMBIE 0x0020
#define EXIT_TRACE (EXIT_ZOMBIE | EXIT_DEAD)
/* Used in tsk->state again: */
#define TASK_PARKED 0x0040
#define TASK_DEAD 0x0080
#define TASK_WAKEKILL 0x0100
#define TASK_WAKING 0x0200
#define TASK_NOLOAD 0x0400
#define TASK_NEW 0x0800
#define TASK_STATE_MAX 0x1000
/* Convenience macros for the sake of set_current_state: */
#define TASK_KILLABLE (TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE) #define TASK_STOPPED (TASK_WAKEKILL | __TASK_STOPPED)
#define TASK_TRACED (TASK_WAKEKILL | __TASK_TRACED)
#define TASK_IDLE (TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_NOLOAD)
1.3 scheduler 调度器
?所谓调度，就是按照某种调度的算法，从进程的就绪队列中选取进程分配CPU，主要是协调对CPU等的资源使用。进程调度的目标是最大限度利用CPU时间。
内核默认提供了5个调度器，Linux内核使用struct sched_class来对调度器进行抽象：
1.Stop调度器， stop_sched_class：优先级最高的调度类，可以抢占其他
所有进程，不能被其他进程抢占；
2.Deadline调度器， dl_sched_class：使用红黑树，把进程按照绝对截止
期限进行排序，选择最小进程进行调度运行；
3.RT调度器， rt_sched_class：实时调度器，为每个优先级维护一个队
列；
4.CFS调度器， cfs_sched_class：完全公平调度器，采用完全公平调度算
法，引入虚拟运行时间概念；
5.IDLE-Task调度器， idle_sched_class：空闲调度器，每个CPU都会有一
个idle线程，当没有其他进程可以调度时，调度运行idle线程；
Linux内核提供了一些调度策略供用户程序来选择调度器，其中Stop调度器和IDLE-Task调度器，仅由内核使用，用户无法进行选择：
?SCHED_DEADLINE：限期进程调度策略，使task选择Deadline调度器来调度运行；
?SCHED_RR：实时进程调度策略，时间片轮转，进程用完时间片后加入优先级对应运行队列的尾部，把CPU让给同优先级的其他进程；
?SCHED_FIFO：实时进程调度策略，先进先出调度没有时间片，没有更高优先级的情况下，只能等待主动让出CPU；
?SCHED_NORMAL：普通进程调度策略，使task选择CFS调度器来调度运行；
?SCHED_BATCH：普通进程调度策略，批量处理，使task选择CFS调度器来调度运行；
?SCHED_IDLE：普通进程调度策略，使task以最低优先级选择CFS调度器来调度运行；
1.4 runqueue 运行队列
?每个CPU都有一个运行队列，每个调度器都作用于运行队列；
?分配给CPU的task，作为调度实体加入到运行队列中；
?task首次运行时，如果可能，尽量将它加入到父task所在的运行队列中（分配给相同的CPU，缓存affinity会更高，性能会有改善）；
Linux内核使用struct rq结构来描述运行队列，关键字段如下：
/*
* This is the main, per-CPU runqueue data structure. *
* Locking rule: those places that want to lock multiple runqueues
* (such as the load balancing or the thread migration code), lock
* acquire operations must be ordered by ascending &runqueue.
*/
struct rq {
/* runqueue lock: */
raw_spinlock_t lock;
/*
* nr_running and cpu_load should be in the same cacheline because
* remote CPUs use both these fields when doing load calculation.
*/
unsigned int nr_running;
/*
三个调度队列：CFS调度，RT调度，DL调度
*/
struct cfs_rq cfs;
struct rt_rq rt;
struct dl_rq dl;
/* stop指向迁移内核线程，idle指向空闲内核线程*/
struct task_struct *curr, *idle, *stop;
/* ... */
}
1.5 task_group 任务分组
?利用任务分组的机制，可以设置或限制任务组对CPU的利用率，比如将某些任务限制在某个区间内，从而不去影响其他任务的执行效率；
?引入task_group后，调度器的调度对象不仅仅是进程了，Linux内核抽象出了sched_entity/sched_rt_entity/sched_dl_entity描述调度实体，调度实体可以是进程或task_group；
?使用数据结构struct task_group来描述任务组，任务组在每个CPU上都会维护一个CFS调度实体、CFS运行队列，RT调度实体，RT运行队列；
Linux内核使用struct task_group来描述任务组，关键的字段如下：/*
task group related information
*/
struct task_group
{
/* ... */
/* 为每个CPU都分配一个CFS调度实体和CFS运行队列*/
#ifdef CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED
/* schedulable entities of this group on each cpu */
struct sched_entity **se;
/* runqueue "owned" by this group on each cpu */
struct cfs_rq **cfs_rq;
unsigned long shares;
#endif
/* 为每个CPU都分配一个RT调度实体和RT运行队列*/
#ifdef CONFIG_RT_GROUP_SCHED
struct sched_rt_entity **rt_se;
struct rt_rq **rt_rq;
struct rt_bandwidth rt_bandwidth;
#endif
/* task_group之间的组织关系*/
struct rcu_head rcu;
struct list_head list;
struct task_group *parent;
struct list_head siblings;
struct list_head children;
/* ... */
};
3. 调度程序
调度程序依靠几个函数来完成调度工作的，下边将介绍几个关键的函数。
1.主动调度 - schedule()
?schedule()函数，是进程调度的核心函数，大体的流程如上图所示。?核心的逻辑：选择另外一个进程来替换掉当前运行的进程。进程的选择是通过进程所使用的调度器中的pick_next_task函数来实现的，不同的调
度器实现的方法不一样；进程的替换是通过context_switch()来完成切换的，具体的细节后续的文章再深入分析。
2.周期调度 - schedule_tick()
?时钟中断处理程序中，调用schedule_tick()函数；
?时钟中断是调度器的脉搏，内核依靠周期性的时钟来处理器CPU的控制权；
?时钟中断处理程序，检查当前进程的执行时间是否超额，如果超额则设置重新调度标志(_TIF_NEED_RESCHED)；
?时钟中断处理函数返回时，被中断的进程如果在用户模式下运行，需要检查是否有重新调度标志，设置了则调用schedule()调度；
3.高精度时钟调度 - hrtick()
?高精度时钟调度，与周期性调度类似，不同点在于周期调度的精度为ms 级别，而高精度调度的精度为ns级别；
?高精度时钟调度，需要有对应的硬件支持；
4.进程唤醒时调度 - wake_up_process()
?唤醒进程时调用wake_up_process()函数，被唤醒的进程可能抢占当前的进程；
上述讲到的几个函数都是常用于调度时调用。此外，在创建新进程时，或是在内核抢占时，也会出现一些调度点。
淮海工学院计算机工程学院实验报告书 课程名：《操作系统原理A》 题目：进程调度 班级：软件132 学号：2013122907 姓名：孙莹莹
操作系统原理实验——进程调度实验报告 一、目的与要求 1）进程是操作系统最重要的概念之一，进程调度是操作系统内核的重要功能，本实验要求用C 语言编写一个进程调度模拟程序，使用优先级或时间片轮转法实现进程调度。本实验可加深对进程调度算法的理解。 2）按照实验题目要求独立正确地完成实验内容（编写、调试算法程序，提交程序清单及及相关实验数据与运行结果） 3）于2015年4月18日以前提交本次实验报告（含电子和纸质报告，由学习委员以班为单位统一打包提交）。 二、实验内容或题目 1）设计有5个进程并发执行的模拟调度程序，每个程序由一个PCB表示。 2）模拟调度程序可任选两种调度算法之一实现（有能力的同学可同时实现两个调度算法）。 3）程序执行中应能在屏幕上显示出各进程的状态变化，以便于观察调度的整个过程。 4）本次实验内容（项目）的详细说明以及要求请参见实验指导书。 三、实验步骤与源程序 （1）流程图
（2）实验步骤 1）PCB的结构：优先级算法中，设PCB的结构如下图所示，其中各数据项的含义如下： Id：进程标识符号，取值1—5。 Priority：优先级，随机产生，范围1—5。 Used：目前已占用的CPU时间数，初值为0；当该进程被调用执行时，每执行一个时间片，Used加1。 Need：进程尚需的CPU时间数，初值表示该进程需要运行的总时间，取值范围为5—10。并随机产生，每运行一个时间片need减1；need为0则进程结束。 Status：进程状态R（运行），W（就绪），F（完成）；初始时都处于就绪状态。 Next：指向就绪队列中下一个进程的PCB的指针。 2）初始状态及就绪队列组织： 5个进程初始都处于就绪状态，进程标识1—5，used初值都为0。各进程的优先级随机产生，范围1—5。处于就绪状态的进程，用队列加以组织，队列按优先级由高到低依次排列，队首指针设为head，队尾指针为tail。 3）调度原则以及运行时间的处理： 正在执行的进程每执行一个时间片，其优先级减1（允许优先级为负）。进程调度将在以下情况发生：当正在运行的程序其优先级小于就绪队列队首进程的优先级时。程序中进程的运行时间以逻辑时间片为单位。
实验一进程管理 一、目的 进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求编写和调试一个简单的进程调度程序。通过本实验加深理解有关进程控制块、进程队列的概念，并体会和了解进程调度算法的具体实施办法。 二、实验内容及要求 1、设计进程控制块PCB的结构（PCB结构通常包括以下信息：进程名（进程ID）、进程优先数、轮转时间片、进程所占用的CPU时间、进程的状态、当前队列指针等。可根据实验的不同，PCB结构的内容可以作适当的增删）。为了便于处理，程序中的某进程运行时间以时间片为单位计算。各进程的轮转时间数以及进程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。 2、系统资源(r1…r w),共有w类，每类数目为r1…r w。随机产生n进程P i(id,s(j,k)，t),0<=i<=n,0<=j<=m,0<=k<=dt为总运行时间，在运行过程中，会随机申请新的资源。 3、每个进程可有三个状态（即就绪状态W、运行状态R、等待或阻塞状态B），并假设初始状态为就绪状态。建立进程就绪队列。 4、编制进程调度算法：时间片轮转调度算法 本程序用该算法对n个进程进行调度，进程每执行一次，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。在调度算法中，采用固定时间片（即：每执行一次进程，该进程的执行时间片数为已执行了1个单位），这时，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1，并排列到就绪队列的尾上。 三、实验环境 操作系统环境：Windows系统。 编程语言：C#。 四、实验思路和设计 1、程序流程图
2、主要程序代码 //PCB结构体 struct pcb { public int id; //进程ID public int ra; //所需资源A的数量 public int rb; //所需资源B的数量 public int rc; //所需资源C的数量 public int ntime; //所需的时间片个数 public int rtime; //已经运行的时间片个数 public char state; //进程状态，W（等待）、R（运行）、B（阻塞） //public int next; } ArrayList hready = new ArrayList(); ArrayList hblock = new ArrayList(); Random random = new Random(); //ArrayList p = new ArrayList(); int m, n, r, a,a1, b,b1, c,c1, h = 0, i = 1, time1Inteval;//m为要模拟的进程个数，n为初始化进程个数 //r为可随机产生的进程数（r=m-n） //a，b，c分别为A，B，C三类资源的总量 //i为进城计数，i=1…n //h为运行的时间片次数，time1Inteval为时间片大小（毫秒） //对进程进行初始化，建立就绪数组、阻塞数组。 public void input()//对进程进行初始化，建立就绪队列、阻塞队列 { m = int.Parse(textBox4.Text); n = int.Parse(textBox5.Text); a = int.Parse(textBox6.Text); b = int.Parse(textBox7.Text); c = int.Parse(textBox8.Text); a1 = a; b1 = b; c1 = c; r = m - n; time1Inteval = int.Parse(textBox9.Text); timer1.Interval = time1Inteval; for (i = 1; i <= n; i++) { pcb jincheng = new pcb(); jincheng.id = i; jincheng.ra = (random.Next(a) + 1); jincheng.rb = (random.Next(b) + 1); jincheng.rc = (random.Next(c) + 1); jincheng.ntime = (random.Next(1, 5)); jincheng.rtime = 0;
实验2、1 进程调度 一、 实验目的 多道程序设计中,经常就是若干个进程同时处于就绪状态,必须依照某种策略来决定那个进程优先占有处理机。因而引起进程调度。本实验模拟在单处理机情况下的处理机调度问题,加深对进程调度的理解。 二、 实验要求 1． 设计进程调度算法,进程数不定 2． 包含几种调度算法,并加以实现 3． 输出进程的调度过程——进程的状态、链表等。 三、 参考例 1．题目——优先权法、轮转法 简化假设 1） 进程为计算型的(无I/O) 2） 进程状态:ready 、running 、finish 3） 进程需要的CPU 时间以时间片为单位确定 2．算法描述 1） 优先权法——动态优先权 当前运行进程用完时间片后,其优先权减去一个常数。 2） 轮转法 四、 实验流程图 开始 键盘输入进程数n,与调度方法的选择 优先权法？ 轮转法 产生n 个进程,对每个进程产生一个PCB,并用随机数产生进程的优先权及进程所需的CPU 时间 按优先权大小,把n 个进程拉成一个就绪队列 撤销进程就绪队列为空？ 结束 N Y Y
注意: 1．产生的各种随机数的取值范围加以限制,如所需的CPU 时间限制在1~20之间。 2．进程数n 不要太大通常取4~8个 3．使用动态数据结构 4．独立编程 5．至少三种调度算法 6．若有可能请在图形方式下,将PCB 的调度用图形成动画显示。 五.实验过程: (1)输入:进程流文件(1、txt),其中存储的就是一系列要执行的进程, 每个作业包括四个数据项: 进程名 进程状态(1就绪 2等待 3运行) 所需时间 优先数(0级最高) 进程0 1 50 2 进程1 2 10 4 进程2 1 15 0 进程3 3 28 5 进程4 2 19 1 进程5 3 8 7 输出: 进程执行流等待时间,平均等待时间 本程序包括:FIFO 算法,优先数调度算法,时间片轮转调度算法 产生n 个进程, 的时间片数,已占用CPU 的时间片数置为0 按进程产生的先后次序拉成就绪队列链 =0？ 撤销该进程 就绪队列为空不？ =轮转时间片数？ N Y Y Y 结束 N
Linux系统进程调度 姓名: 班级: 学号： 摘要 Linux 自出现以来以惊人的速度在服务器和桌面系统中获得了成功。本文介绍了现代操作系统常见进程调度算法以及linux2.6.32中进程调度的策略并根据具体例子对Linux进程调度过程进行了具体分析。 一、最常用的操作系统调度算法有以下几种; 1.先来先服务调度算法 调度程序按照进程在就绪队列中的提交顺序或变为就绪状态的先后进行调度,是一种最普遍和最简单的方法,所需的系统开销最小。该算法对所有的进程一视同仁,不能反映对实时进程或特殊要求的进程的特殊处理,在实际操作系统中,很少单独使用该算法,而是和其它一些算法配合起来使用。 2.高优先权优先调度算法 1 优先权类型。 1)静态优先权，他是在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变。 2)动态优先权，他是在创建进程时所赋予的优先权，是可以随进程的推进或随其等待时间的增加而改变的，以便获得更好的调度性能。 2优先权调度算法的类型。 1)非抢占式优先权算法。在这种方式下，系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后，该进程便一直执行下去，直至完成；或因发生某事件使该进程放弃处理机时，系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。 2)抢占式优先权调度算法。这种方式下，系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但在其执行期间，只要又出现了另一个其优先权更高的进程，进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行，重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。 3.时间片的轮转调度算法 时间片轮转法一般用于进程调度，每次调度，把CPU分配队首进程，并令其执行一
《计算机操作系统2》实验报告 实验一题目：操作系统的进程调度 姓名：学号：12125807 实验日期：2014.12 实验要求： 1.设计一个有n个进程工行的进程调度程序。每个进程由一个进程控制块（PCB）表示。 进程控制块通常应包含下述信息：进程名、进程优先数、进程需要运行的时间、占用CPU的时间以及进程的状态等，且可按调度算法的不同而增删。 2.调度程序应包含2～3种不同的调度算法，运行时可任意选一种，以利于各种算法的分 析比较。 3.系统应能显示或打印各进程状态和参数的变化情况，便于观察诸进程的调度过程 实验目的： 1.进程是操作系统最重要的概念之一，进程调度又是操作系统核心的主要内容。本实习要 求学生独立地用高级语言编写和调试一个简单的进程调度程序。调度算法可任意选择或自行设计。例如，简单轮转法和优先数法等。本实习可加深对于进程调度和各种调度算法的理解。 实验内容： 1.编制和调试示例给出的进程调度程序，并使其投入运行。 2.自行设计或改写一个进程调度程序，在相应机器上调试和运行该程序，其功能应该不亚 于示例。 3.直观地评测各种调度算法的性能。 示例： 1．题目 本程序可选用优先数法或简单轮转法对五个进程进行调度。每个进程处于运行R(run)、就绪W(wait)和完成F(finish)三种状态之一，并假设起始状态都是就绪状态W。为了便于处理，程序进程的运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮转时间片数、以及进程需要运行的时间片数，均由伪随机数发生器产生。 进程控制块结构如下：
PCB 进程标识数 链指针 优先数/轮转时间片数 占用CPU时间片数 进程所需时间片数 进程状态 进程控制块链结构如下： 其中：RUN—当前运行进程指针； HEAD—进程就绪链链首指针； TAID—进程就绪链链尾指针。 2．算法与框图 (1) 优先数法。 进程就绪链按优先数大小从高到低排列，链首进程首先投入运行。每过一个时间片，运行进程所需运行的时间片数减1，说明它已运行了一个时间片，优先数也减3，理由是该进程如果在一个时间片中完成不了，优先级应该降低一级。接着比较现行进程和就绪链链首进程的优先数，如果仍是现行进程高或者相同，就让现行进程继续进行，否则，调度就绪链链首进程投入运行。原运行进程再按其优先数大小插入就绪链，且改变它们对应的进程状态，直至所有进程都运行完各自的时间片数。 (2) 简单轮转法。 进程就绪链按各进程进入的先后次序排列，进程每次占用处理机的轮转时间按其重要程度登入进程控制块中的轮转时间片数记录项（相当于优先数法的优先数记录项位置）。每过一个时间片，运行进程占用处理机的时间片数加1，然后比较占用处理机的时间片数是否与该进程的轮转时间片数相等，若相等说明已到达轮转时间，应将现运行进程排到就绪链末尾，调度链首进程占用处理机，且改变它们的进程状态，直至所有进程完成各自的时间片。(3) 程序框图如下图所示。
操作系统实验报告（二） 实验题目：进程调度算法 实验环境：C++ 实验目的：编程模拟实现几种常见的进程调度算法，通过对几组进程分别使用不同的调度算法，计算进程的平均周转时间和平均带权周转时间，比较 各种算法的性能优劣。 实验内容：编程实现如下算法： 1.先来先服务算法； 2.短进程优先算法； 3.时间片轮转调度算法。 设计分析： 程序流程图： 1.先来先服务算法 开始 初始化PCB，输入进程信息 各进程按先来先到的顺序进入就绪队列 结束 就绪队列？ 运行 运行进程所需CPU时间 取消该进程 2.短进程优先算法
3.时间片轮转调度算法 实验代码： 1.先来先服务算法 #include
int atime; //进程到达时间 int runtime; //进程运行时间 }fcs; void main() { int amount,i,j,diao,huan; fcs f[n]; cout<<"请输入进程个数:"<
河南中医学院 《linux操作系统》课程设计报告 题目：基于Linux的进程调度模拟程序 所在院系：信息技术学院 专业年级：2011级计算机科学与技术完成学生：2011180021 郭姗 指导教师：阮晓龙 完成日期：201X 年06 月22 日 目录 1. 课程设计题目概述3 2. 研究内容与目的4 3. 研究方法5 4. 研究报告6 5. 测试报告/实验报告7 6. 课题研究结论8 7. 总结9
1、课程设计题目概述 随着Linux系统的逐渐推广，它被越来越多的计算机用户所了解和应用. Linux是一个多任务的操作系统，也就是说，在同一个时间内，可以有多个进程同时执行。如果读者对计算机硬件体系有一定了解的话，会知道我们大家常用的单CPU计算机实际上在一个时间片断内只能执行一条指令，那么Linux是如何实现多进程同时执行的呢？原来Linux使用了一种称为"进程调度（process scheduling）"的手段，首先，为每个进程指派一定的运行时间，这个时间通常很短，短到以毫秒为单位，然后依照某种规则，从众多进程中挑选一个投入运行，其他的进程暂时等待，当正在运行的那个进程时间耗尽，或执行完毕退出，或因某种原因暂停，Linux就会重新进行调度，挑选下一个进程投入运行。因为每个进程占用的时间片都很短，在我们使用者的角度来看，就好像多个进程同时运行一样了。本文就是对进程调度进行研究、实验的。 本文首先对Linux系统进行了简要的介绍, 然后介绍了进程管理的相关理论知识。其次，又介绍最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）、先来先服务算法的相关知识，并对进程调度进行最高优先数优先的调度算法和先来先服务算法模拟实验，并对比分析两种算法的优缺点，从而加深对进程概念和进程调度过程/算法的理解 设计目的：在多道程序和多任务系统中，系统内同时处于就绪状态的进程可能有若干个。也就是说能运行的进程数大于处理机个数。为了使系统中的进程能有条不紊地工作，必须选用某种调度策略，选择某一进程占用处理机。使得系统中的进程能够有条不紊的运行，同时提高处理机的利用率以及系统的性能。所以设计模拟进程调度算法（最高优先数优先的调度算法、先来先服务算法），以巩固和加深处理进程的概念，并且分析这两种算法的优缺点。关键词：linux 进程调度调度算法
华北科技学院计算机系综合性实验 实验报告 课程名称操作系统C 实验学期2012至2013学年第2学期学生所在系部计算机系 年级专业班级 学生姓名学号 任课教师杜杏菁 实验成绩 计算机系制
《操作系统C》课程综合性实验报告 开课实验室：基础六机房2013年6月3日 实验题目进程调度算法模拟 一、实验目的 通过对进程调度算法的模拟，进一步理解进程的基本概念，加深对进程运行状态和进程调度过程、调度算法的理解。 二、设备与环境 1.硬件设备：PC机一台 2.软件环境：安装Windows操作系统或者Linux操作系统，并安装相关的程序开发环境，如C \C++\Java等编程语言环境。 三、实验内容 （1）用C语言（或其它语言，如Java）实现对N个进程采用某种进程调度算法（如动态优先权调度）的调度。 （2）每个用来标识进程的进程控制块PCB可用结构来描述，包括以下字段： ?进程标识数ID。 ?进程优先数PRIORITY，并规定优先数越大的进程，其优先权越高。 ?进程已占用CPU时间CPUTIME。 ?进程还需占用的CPU时间ALLTIME。当进程运行完毕时，ALLTIME变为0。 ?进程的阻塞时间STARTBLOCK，表示当进程再运行STARTBLOCK个时间片后，进程将进 入阻塞状态。 ?进程被阻塞的时间BLOCKTIME，表示已阻塞的进程再等待BLOCKTIME个时间片后，将 转换成就绪状态。 ?进程状态STATE。 ?队列指针NEXT，用来将PCB排成队列。 （3）优先数改变的原则： ?进程在就绪队列中呆一个时间片，优先数增加1。 ?进程每运行一个时间片，优先数减3。 （4）为了清楚地观察每个进程的调度过程，程序应将每个时间片内的进程的情况显示出来，包括正在运行的进程，处于就绪队列中的进程和处于阻塞队列中的进程。
操作系统实验报告(进程调度算法)
实验1 进程调度算法 一、实验内容 按优先数调度算法实现处理器调度。 二、实验目的 在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态。当就绪进程个数大于处理器数时，就必须依照某种策略来决定哪些进程优先占用处理器。本实验模拟在单处理器情况下的处理器调度，帮助学生加深了解处理器调度的工作。 三、实验原理 设计一个按优先数调度算法实现处理器调度的程序。 (1) 假定系统有五个进程，每一个进程用一个进程控制块PCB来代表，进程控制块的格式为： 进程名 指针 要求运行时 间 优先数
状态 其中，进程名——作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别为P1，P2，P3，P4，P5。 指针——按优先数的大小把五个进程连成队列，用指针指出下一个进程的进程控制块的首地址，最后一个进程中的指针为“0”。 要求运行时间——假设进程需要运行的单位时间数。 优先数——赋予进程的优先数，调度时总是选取优先数大的进程先执行。 状态——可假设有两种状态，“就绪”状态和“结束”状态。五个进程的初始状态都为“就绪”，用“R”表示，当一个进程运行结束后，它的状态为“结束”，用“E”表示。 (2) 在每次运行你所设计的处理器调度程序之前，为每个进程任意确定它的“优先数”和“要求运行时间”。 (3) 为了调度方便，把五个进程按给定的优先数从大到小连成队列。用一单元指出队首进程，用指针指出队列的连接情况。例： 队首标志 K2
1P1 K 2 P2 K 3 P3 K 4 P4 K 5 P5 0 K4K5K3K1 2 3 1 2 4 1 5 3 4 2 R R R R R PC B1 PC B2 PC B3 PC B4 PC B5 (4) 处理器调度总是选队首进程运行。采用动态改变优先数的办法，进程每运行一次优先数就减“1”。由于本实验是模拟处理器调度，所以，对被选中的进程并不实际的启动运行，而是执行： 优先数-1 要求运行时间-1 来模拟进程的一次运行。 提醒注意的是：在实际的系统中，当一个进程被选中运行时，必须恢复进程的现场，让它占有处理器运行，直到出现等待事件或运行结束。在这里省去了这些工作。
一、实验目的 通过对进程调度算法的设计，深入理解进程调度的原理。 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 进程调度分配处理机，是控制协调进程对CPU的竞争，即按一定的调度算法从就绪队列中选中一个进程，把CPU的使用权交给被选中的进程。 进程通过定义一个进程控制块的数据结构（PCB）来表示；每个进程需要赋予进程ID、进程到达时间、进程需要运行的总时间的属性；在RR中，以1为时间片单位；运行时，输入若干个进程序列，按照时间片输出其执行序列。 二、实验环境 VC++6.0 三、实验内容 实现短进程优先调度算法（SPF）和时间片轮转调度算法（RR） [提示]： (1) 先来先服务（FCFS）调度算法 原理：每次调度是从就绪队列中，选择一个最先进入就绪队列的进程，把处理器分配给该进程，使之得到执行。该进程一旦占有了处理器，它就一直运行下去，直到该进程完成或因发生事件而阻塞，才退出处理器。 将用户作业和就绪进程按提交顺序或变为就绪状态的先后排成队列，并按照先来先服务的方式进行调度处理，是一种最普遍和最简单的方法。它优先考虑在系统中等待时间最长的作业，而不管要求运行时间的长短。 按照就绪进程进入就绪队列的先后次序进行调度，简单易实现，利于长进程，CPU繁忙型作业，不利于短进程，排队时间相对过长。 (2) 时间片轮转调度算法RR
原理：时间片轮转法主要用于进程调度。采用此算法的系统，其程序就绪队列往往按进程到达的时间来排序。进程调度按一定时间片（q）轮番运行各个进程. 进程按到达时间在就绪队列中排队，调度程序每次把CPU分配给就绪队列首进程使用一个时间片，运行完一个时间片释放CPU，排到就绪队列末尾参加下一轮调度，CPU分配给就绪队列的首进程。 固定时间片轮转法： 1 所有就绪进程按 FCFS 规则排队。 2 处理机总是分配给就绪队列的队首进程。 3 如果运行的进程用完时间片，则系统就把该进程送回就绪队列的队尾，重新排队。 4 因等待某事件而阻塞的进程送到阻塞队列。 5 系统把被唤醒的进程送到就绪队列的队尾。 可变时间片轮转法： 1 进程状态的转换方法同固定时间片轮转法。 2 响应时间固定，时间片的长短依据进程数量的多少由T = N × （ q + t ）给出的关系调整。 3 根据进程优先级的高低进一步调整时间片，优先级越高的进程，分配的时间片越长。 多就绪队列轮转法： (3) 算法类型 (4)模拟程序可由两部分组成，先来先服务（FCFS）调度算法，时间片轮转。流程图如下:
Linux进程调度 一、概述 自1991年Linux操作系统出现以来，Linux操作系统以令人惊异的速度迅速在服务器和桌面系统中获得了成功。它已经被业界认为是未来最有前途的操作系统之一，并且在嵌入式领域，由于Linux操作系统具有开放源代码、良好的可移植性、丰富的代码资源以及异常的健壮，使得它获得越来越多的关注。[1]本文分析了Linux操作系统中几种常用的调度算法。 二、高级、中级和低级调度 在操作系统中，存在很多种调度，如用户提交作业的调度、运行进程的调度、I/O 请求的调度、存储空间切换的调度等。在不同的操作系统中所采用的调度方式不完全相同，在执行调度时所采用的调度算法也可能不同。因此，可从不同的角度对调度进行分类。常用的一种分类方法是按调度的层次，把调度分为高级调度、中级调度和低级调度。 （1）高级调度 高级调度通常也称作业调度，用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，准备执行。系统接纳一个作业后，将它变为一个或者多个进程，为它们分配除了处理机之外的必要的系统资源后，将其排入就绪队列，准备执行。值得注意的是，在批处理系统中，作业进入系统后，是先驻留在外存上的，因此，需要有作业调度，以将它们分批装入内存；在分时系统中，为了能及时响应，用户通过键盘输入的命令或数据等，都是直接送入内存，因而无须配置作业调度；类似地，在实时系统中，通常也不需要作业调度。 （2）中级调度 中级调度大多针对于分时系统，是按一定的算法在内存和外存之间进行进程对换，目的在于缓和内存的紧张。为此，应使那些暂时不具备执行条件的进程不再占用宝贵的内存空间，将它们挂起并调至外存上等待，称此时进程的状态为挂起状态。当这些进程重新又具备执行条件，且内存已空闲时，再由中级调度决定，将外存上哪些已具备执行条件的进程解除挂起后重新调入内存，排在进程就绪队列上，等待进程调度。 由此可见，中级调度实质上是决定允许哪些进程有资格参与竞争处理机资
设计性实验报告 一、实验目的 1.在Linux下用C语言编程模拟优先级进程调度算法和时间片轮转进程调度算法。 2.为了清楚地观察每个进程的调度过程，每次调度程序应将各个进程的情况显示出来。 二、总体设计（设计原理、设计方案及流程等） 1、优先级进程调度算法 采用动态优先级进程调度算法，其基本思想是每次调度总是把处理机分配给优先级最高的进程，同时在运行过程中进程的优先级随着执行或等待的时间而降低或增加。 在该实验中每个进程用一个进程控制块（ PCB）表示。进程控制块包含如下信息：进程号，进程名、优先数、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态。进程号，名字，优先数，运行的时间，事先人为地指定。每个进程的状态可以是就绪，执行，阻塞或完成4种状态之一。 就绪进程获得 CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1来表示。就绪队列中的进程在等待一个时间片后，优先级增1。如果运行一个时间片后，进程的已占用 CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时将进程的优先级减1，然后把它插入就绪队列等待CPU。 2、时间片轮转调度算法 采用简单时间片轮转调度算法，其基本思想是：所有就绪进程按 FCFS排成一个队列，总是把处理机分配给队首的进程，各进程占用CPU的时间片相同。如果运行进程用完它的时间片后还未完成，就把它送回到就绪队列的末尾，把处理机重新分配给队首的进程。直至所有的进程运行完毕。 三、实验步骤（包括主要步骤、代码分析等） 1.打开linux虚拟机，用vim编辑器打开代码进行修改和调整。用gcc编译器进行编译编译运行首先运行优先级算法，如图所示：
LINUX进程调度算法的分析 何 翔，顾 新 （西安电子科技大学，陕西西安 710071） 摘 要进程调度对一个操作系统来说是至关重要的，它起着非常关键的作用。本文针对Linux操作系统中的普通进程调度算法进行了分析，对以进程为CPU时间分配单位和以用户为CPU时间分配单位的两种算法进行了分析和对比。对它们在不同环境下对进程调度效率和公平性的影响进行了探讨，并总结出它们各自适用的环境。 最后为了进一步提高进程调度的效率和公平性，提出了混合算法的思想。 关键词进程调度；普通进程；动态优先级 中图分类号 TP316 1 前 言 在Linux操作系统中，有两种常用的普通进程 调度算法。它们分别以进程和用户为调度单位来进 行CPU时间的分配。这两种算法分别体现了多进程 环境下系统运行的高效性和多用户环境下的公平 性。但是这两种算法都有各自的适用环境，因此它 们各自都有优缺点。本文从多用户的公平性和多进 程的高效性出发对这两种算法进行了分析和比较， 最后提出了混合算法的思想，使进程调度更加高效 和公平。 2 进程调度 进程调度要满足高效率，公平性，响应时间快，周转时间短和吞吐量大等要求。Linux操作系统的内核根据进程响应时间的情况把进程分为3大类：交互进程；批处理进程；实时进程。内核在此基础上实现了3种不同的调度策略：SCHED_ FIFO(即先进现出策略)；SCHED_RR（即轮转策略）；SCHED_OTHER（适合交互分时的程序）。 进程调度时机，即调度器何时开始启动。可以在以下几个时刻进行进程调度： （1）进程状态转换的时刻； （2）可运行队列中新增加一个进程时； （3）当前进程的时间片用完时； （4）进程从系统返回到用户态时； （5）内核处理完中断后，进程返回到用户态时。 在以上几种情况下进程调度可以解释为在下面几 个状态中进行切换。 进程调度的流程如图1所示。 图1 进程调度的流程图 图1的转换条件如下： （1）调度；（2）时间片用完；（3）跟踪并调度； （4）退出；（5）收到信号并醒来；（6）等待资源 到位再调度；（7）等待资源到位再调度；（8）等待 资源到位；（9）资源到位或收到信号。 3 普通进程调度算法的分析 3.1 按进程调度的算法分析 Schedulue()是按进程调度算法的主要函数， 是系统的核心函数。它的核心代码如下： next=idle_task(this_cpu); 电子科技 2005年第9期（总第192期） 21
处理器调度一、实验内容 选择一个调度算法，实现处理器调度。 二、实验目的 在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态。 当就绪状态进程 个数大于处理器数时，就必须依照某种策略来决定哪些进程优先占用处理器。本实验模拟在单处理器情况下处理器调度，帮助学生加深了解处理器调度的工作。 三、实验题目 设计一个按优先数调度算法实现处理器调度的程序 提示： （1）假定系统有五个进程，每一个进程用一个进程控制块PCB来代表。进 程控制块的格 式为： 其中，进程名----作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别是R, P2, P3， P4，R。 指针—按优先数的大小把五个进程连成队列，用指针指出下一个进程的进程控制块
首地址，最后一个进程中的指针为“ 0”。 要求运行时间-- 假设进程需要运行的单位时间数。 优先数-赋予进程的优先数，调度时总是选取优先数大的进程先执行。 状态-可假设有两种状态，“就绪”状态和“结束“状态，五个进程的初 始状态都为 “就绪“状态，用“ R”表示，当一个进程运行结束后，它的状态变为“结束”， 用“ E”表示。 （2）在每次运行你所设计的处理器调度程序之前，为每个进程任意确定它的“优先数” 和“要求运行时间”。 （3）为了调度方便，把五个进程按给定的优先数从大到小连成队列，用一单元指出队首 进程，用指针指出队列的连接情况。例： 队首标志 （4）处理器调度总是选队首进程运行。采用动态改变优先数的办法，进程每运行一次优 先数就减“ 1”。由于本实验是模拟处理器调度，所以，对被选中的进程并不实际的 启动运行，而是执行： 优先数－ 1 要求运行时间－1 来模拟进程的一次运行提醒注意的是：在实际的系统中，当一个进程被选中运
实验一-进程调度实验 实验一进程调度实验 一、实验目的 用高级语言编写和调试一个进程调度程序，以加深对进程的概念 及进程调度算法的理解 二、实验类别 综合性实验。综合高级语言编程、进程调度模型、进程调度算法及数据结构等多方面的知识 三、实验示例 例题：设计一个有N个进程共行的进程调度程序 进程调度算法：采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法。 每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。 进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程输 入的时间。 进程的运行时间以时间片为单位进行计算。 每个进程的状态可以是就绪W（Wait ）、运行R（Run ）、或完成F
（Finish ）三种状态之一。 就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU 时间加1来表示。 如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1 （即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。 每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个 进程的PCB，以便进行检查。 重复以上过程，直到所要进程都完成为止。 调度算法的流程图如下：
进程调度源程序如下: //jin gche ndiaodu.cpp #in elude "stdio.h"
1.1 进程 ?从教科书上，我们都能知道：进程是资源分配的最小单位，而线程是CPU 调度的的最小单位。 ?进程不仅包括可执行程序的代码段，还包括一系列的资源，比如：打开的文件、内存、CPU时间、信号量、多个执行线程流等等。而线程可以共享进程内的资源空间。 ?在Linux内核中，进程和线程都使用struct task_struct结构来进行抽象描述。 ?进程的虚拟地址空间分为用户虚拟地址空间和内核虚拟地址空间，所有进程共享内核虚拟地址空间，没有用户虚拟地址空间的进程称为内核线程。 Linux内核使用task_struct结构来抽象，该结构包含了进程的各类信息及所拥有的资源，比如进程的状态、打开的文件、地址空间信息、信号资源等等。task_struct结构很复杂，下边只针对与调度相关的某些字段进行介绍。 struct task_struct { /* ... */ /* 进程状态*/ volatile long state; /* 调度优先级相关，策略相关*/ int prio; int static_prio; int normal_prio; unsigned int rt_priority; unsigned int policy; /* 调度类，调度实体相关，任务组相关等*/ const struct sched_class *sched_class; struct sched_entity se; struct sched_rt_entity rt; #ifdef CONFIG_CGROUP_SCHED struct task_group *sched_task_group;
实验一-进程调度实验
实验一进程调度实验 一、实验目的 用高级语言编写和调试一个进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解 二、实验类别 综合性实验。综合高级语言编程、进程调度模型、进程调度算法及数据结构等多方面的知识 三、实验示例 例题：设计一个有 N个进程共行的进程调度程序 进程调度算法：采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法。 每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。 进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程输 入的时间。 进程的运行时间以时间片为单位进行计算。 每个进程的状态可以是就绪W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。 就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU 时间加1来表示。 如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。 每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的PCB，以便进行检查。 重复以上过程，直到所要进程都完成为止。 调度算法的流程图如下:
进程调度源程序如下： //jingchendiaodu.cpp #include "stdio.h"
#include
实验三进程调度蔡凤武 进程调度实验目的 1、理解有关进程控制块、进程队列的概念。 2、掌握进程优先权调度算法和时间片轮转调度算法的处理逻辑。 实验内容与基本要求 1、设计进程控制块PCB的结构，分别适用于优先权调度算法和时间片轮转调度算法。 2、建立进程就绪队列。 3、编制两种进程调度算法：优先权调度算法和时间片轮转调度算法。 实验报告内容一．优先权调度算法和时间片轮转调度算法原理。对于优先权调度算法，其关键是在于是采用静态优先权还是动态优先权，以及如何确定进程的优先权。静态优先权是在创建进程是确定的，并且规定它在进程的整个运行期间保持不变。动态优先权要配合抢占调度方式使用，它是指在创建进程时所赋予的优先权，可以随着进程的推进而发生改变，以便获得更好的调度性能。在就绪队列中等待调度的进程，可以随着等待时间的增加，其优先权也以某个速率增加。因此，对于优先权初值很低的进程，在等待足够时间后，其优先权也可能升为最高，从而获得调度，占用处理器并执行。对已时间片轮转调度算法，系统将所
有的就绪进程按进路就绪队列的先后次序排列。每次调度时把CPU 分配给队首进程，让其执行一个时间片，当时间片用完，由计时器发出时钟中断，调度程序则暂停改程序的执行，使其退出处理器，并将它送人就绪队的末尾，等待下一轮调度执行。然后，把cpu分配给就绪队列中新的队首进程，同时让它执行一个时间片。二．程序流程图。结束就绪队列为空吗三．程序及注释。 #include