处理机调度

操作系统实验之处理机调度实验报告一、实验目的处理机调度是操作系统中的核心功能之一，本次实验的主要目的是通过模拟不同的处理机调度算法，深入理解操作系统对处理机资源的分配和管理策略，比较不同调度算法的性能差异，并观察它们在不同负载情况下的表现。

二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10，编程语言为 Python 38。

实验中使用了 Python 的相关库，如`numpy`、｀matplotlib`等，用于数据生成、计算和图形绘制。

三、实验原理1、先来先服务（FCFS）调度算法先来先服务算法按照作业到达的先后顺序进行调度。

先到达的作业先被服务，直到完成或阻塞，然后再处理下一个到达的作业。

2、短作业优先（SJF）调度算法短作业优先算法选择预计运行时间最短的作业先执行。

这种算法可以有效地减少作业的平均等待时间，但可能导致长作业长时间等待。

3、时间片轮转（RR）调度算法时间片轮转算法将处理机的时间分成固定长度的时间片，每个作业轮流获得一个时间片的处理时间。

当时间片用完后，如果作业还未完成，则将其放入就绪队列的末尾等待下一轮调度。

4、优先级调度算法优先级调度算法为每个作业分配一个优先级，优先级高的作业先被执行。

优先级可以根据作业的性质、紧急程度等因素来确定。

四、实验内容与步骤1、数据生成首先，生成一组模拟的作业，包括作业的到达时间、预计运行时间和优先级等信息。

为了使实验结果更具代表性，生成了不同规模和特征的作业集合。

2、算法实现分别实现了先来先服务、短作业优先、时间片轮转和优先级调度这四种算法。

在实现过程中，严格按照算法的定义和规则进行处理机的分配和调度。

3、性能评估指标定义了以下性能评估指标来比较不同调度算法的效果：平均等待时间：作业在就绪队列中的等待时间的平均值。

平均周转时间：作业从到达系统到完成的时间间隔的平均值。

系统吞吐量：单位时间内完成的作业数量。

4、实验结果分析对每种调度算法进行多次实验，使用不同的作业集合，并记录相应的性能指标数据。

处理机调度目标理解在计算机操作系统中，处理机调度是指操作系统对处理机（CPU）进行分配和管理的过程。

目标是合理分配处理机资源，提高系统的吞吐量和响应速度，并确保系统资源的公平利用。

而要理解处理机调度的目标，需要从以下几个方面进行分析。

1. 最大化处理机利用率：处理机是计算机系统中最重要的资源之一，因此调度的首要目标是最大化处理机的利用率。

这意味着在系统中尽可能地让处理机保持繁忙状态，避免出现空闲或闲置情况。

通过合理的调度算法，可以有效地提高处理机的利用率，使得系统的整体性能得到提升。

2. 最小化作业的等待时间：作业的等待时间是指作业从提交到开始执行之间的时间间隔。

长时间的等待会导致作业执行的延迟，降低系统的响应速度。

因此，调度的另一个目标是尽可能地减少作业的等待时间，让作业能够尽早地得到处理机的服务。

通过合理的调度算法，可以充分利用系统资源，缩短作业的等待时间，提高系统的效率。

3. 实现公平性：在多用户系统中，不同的用户对系统资源的需求可能不同。

处理机调度的目标之一是实现资源的公平分配，确保每个用户都能够获得合理的服务。

公平性可以通过调度算法来实现，例如时间片轮转算法可以确保每个作业都能够获得公平的执行时间，避免某些作业长时间占用处理机资源而导致其他作业等待时间过长的情况。

4. 最小化响应时间：响应时间是指用户提交请求到系统响应该请求所需要的时间。

处理机调度的目标之一是尽可能地缩短用户的响应时间，提高用户的体验。

通过合理的调度算法，可以将用户请求迅速调度到处理机上执行，并及时返回结果，减少用户的等待时间，提高系统的响应速度。

综上所述，处理机调度的目标包括最大化处理机利用率、最小化作业的等待时间、实现资源的公平分配以及最小化响应时间。

通过合理选择和设计调度算法，可以达到这些目标，提高计算机系统的整体性能和用户体验。

处理机调度的常用算法包括以下几种：
1. 先来先服务调度算法（FCFS，First Come First Service）：这是一种最简单的调度算法，按先后顺序进行调度。

既可用于作业调度，也可用于进程调度。

2. 短作业优先调度算法（SJF/SPF，Shortest Job First）：该算法根据作业长短进行调度，有利于短作业（进程）的完成。

3. 高响应比优先调度算法（HRRN，Highest Response Raito Next）：该算法综合考虑了作业长短和等待时间，能够适用于短作业较多的批处理系统中，但长作业的运行可能得不到保证。

4. 基于时间片的轮转调度算法（RR，Round Robin）：该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就绪的队首进程。

进程阻塞情况发生时，未用完时间片也要出让CPU。

这些算法各有优缺点，需要根据实际应用场景选择合适的算法。

描述处理机的调度方式一、引言处理机调度是操作系统中的重要任务之一，它决定了多个进程之间的执行顺序。

合理的调度方式能够提高系统的资源利用率和响应速度，实现任务的高效执行。

本文将介绍几种常见的处理机调度方式，并分析其特点和适用场景。

二、先来先服务调度（FCFS）先来先服务调度是最简单的调度方式之一，它按照进程的到达顺序进行调度，先到达的进程先执行。

这种调度方式的特点是公平、无抢占，适用于长作业型的任务。

然而，FCFS调度容易造成“饥饿”现象，即长作业占用处理机时间过长，导致短作业等待时间过长，影响系统的响应速度。

三、最短作业优先调度（SJF）最短作业优先调度是根据进程的执行时间长度来进行调度的。

短作业优先的调度方式能够最大限度地减少平均等待时间，提高系统的响应速度。

然而，SJF调度容易造成长作业的等待时间过长，导致长作业的响应速度变慢。

此外，SJF调度方式需要事先知道每个进程的执行时间，对于实时系统来说，很难做到准确预测。

四、优先级调度优先级调度是根据进程的优先级来进行调度的。

每个进程都被赋予一个优先级，优先级越高的进程越先执行。

优先级调度方式可以根据系统的需求进行设置，以实现对不同类型任务的灵活调度。

然而，优先级调度容易造成低优先级进程的饥饿现象，即低优先级进程长时间无法得到执行。

此外，优先级调度方式需要合理设置优先级，过高的优先级可能导致系统稳定性问题。

五、时间片轮转调度（RR）时间片轮转调度是一种基于时间片的调度方式。

每个进程被分配一个固定长度的时间片，在时间片用完后，进程会被挂起，然后被放入就绪队列的末尾，等待下一次调度。

时间片轮转调度方式公平、无饥饿，适用于多任务环境。

然而，时间片的长度需要合理设置，过长会导致响应速度变慢，过短又会导致频繁的上下文切换，影响系统的效率。

六、多级反馈队列调度（MFQ）多级反馈队列调度是一种综合利用了FCFS、SJF和RR调度方式的调度方式。

它将进程根据优先级划分为多个队列，每个队列采用不同的调度方式。

实验一处理机调度实验报告一、实验目的处理机调度是操作系统中的一个重要组成部分，其目的是合理地分配处理机资源，以提高系统的性能和效率。

本次实验的主要目的是通过模拟处理机调度算法，深入理解不同调度算法的工作原理和性能特点，并能够对它们进行比较和分析。

二、实验环境本次实验使用了以下软件和工具：1、操作系统：Windows 102、编程语言：Python3、开发环境：PyCharm三、实验内容1、先来先服务（FCFS）调度算法先来先服务调度算法按照作业或进程到达的先后顺序进行调度。

即先到达的作业或进程先得到处理机的服务。

2、短作业优先（SJF）调度算法短作业优先调度算法优先调度运行时间短的作业或进程。

在实现过程中，需要对作业或进程的运行时间进行预测或已知。

3、高响应比优先（HRRN）调度算法高响应比优先调度算法综合考虑作业或进程的等待时间和运行时间。

响应比的计算公式为：响应比＝（等待时间＋要求服务时间）／要求服务时间。

4、时间片轮转（RR）调度算法时间片轮转调度算法将处理机的时间分成固定大小的时间片，每个作业或进程在一个时间片内运行，当时间片用完后，切换到下一个作业或进程。

四、实验步骤1、设计数据结构为了表示作业或进程，设计了一个包含作业或进程 ID、到达时间、运行时间和等待时间等属性的数据结构。

2、实现调度算法分别实现了上述四种调度算法。

在实现过程中，根据算法的特点进行相应的处理和计算。

3、模拟调度过程创建一组作业或进程，并按照不同的调度算法进行调度。

在调度过程中，更新作业或进程的状态和相关时间参数。

4、计算性能指标计算了平均周转时间和平均带权周转时间等性能指标，用于评估不同调度算法的性能。

五、实验结果与分析1、先来先服务（FCFS）调度算法平均周转时间：通过计算所有作业或进程的周转时间之和除以作业或进程的数量，得到平均周转时间。

在 FCFS 算法中，由于按照到达顺序进行调度，可能会导致长作业或进程长时间占用处理机，从而使平均周转时间较长。

简述处理机调度的层次
1处理机调度的层次
处理机调度是指操作系统将处理机分配给各个进程的过程，由操作系统根据调度算法决定执行哪个程序，以及在一个时间片中执行量大小等。

它是操作系统对各个进程的资源分配工作中的一部分，也是其决定系统吞吐量的关键因素。

处理机调度的层次是分三层，从上到下分别为宏观调度、微观调度和抢占式调度。

1.1宏观调度
宏观调度层为操作系统提供了一个高层次的抽象，处理机为进程提供服务时，宏观调度便可以进行统一调度，不必对每一个进程都进行分配和调度，从而减少操作系统的工作量。

宏观调度的作用是给处理机分配一个全局的调度策略，并向调度进程提供必要的参数，根据这些参数分配不同的请求。

1.2微观调度
微观调度的作用是在宏观调度的基础上，实现不同进程的处理能力的具体实现，它通常采用很多复杂的算法，具体实现方式是根据每个进程的处理能力，采用抢先调度和先抢先得调度等方式，将优先处理一定数量的指令，然后再分给下一个处理任务。

1.3抢占式调度
抢占式调度的作用是当某一个进程发起抢占时，处理机会立即从原来的进程中被抢占出去，抢占优先级最高的进程被安排启动，如果优先级一样，则按先到先得原则，而如果不同，则高优先级的进程优先。

抢占式调度不仅能提高系统效率，而且能有效阻止低优先级进程干扰高优先级进程，从而提高了系统资源和利用率，是操作系统对处理机调度中不可或缺的一部分。

总之，处理机调度的层次可以分为宏观调度、微观调度和抢占式调度，每一层调度都具有自己的作用和特点，经过恰当的处理机调度，可以极大的提升系统的运行效率。