单处理器调度讲解

一．一、单处理器系统的进程调度1．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。

2．实验内容与要求（1）设计多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。

（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。

3．实验说明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：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K2K 1K2K3K4 K5PCB1 PCB2 PCB3 PCB4 PCB5(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。

实验三进程调度模拟程序1. 目的和要求1.1. 实验目的用高级语言完成一个进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解。

1.2. 实验要求1.2.1例题：设计一个有N个进程并发执行的进程调度模拟程序。

进程调度算法：采用最高优先级优先的调度算法（即把处理机分配给优先级最高的进程）和先来先服务（若优先级相同）算法。

(1). 每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。

进程控制块包含如下信息：进程名、优先级、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。

(2). 进程的优先级及需要的运行时间可以事先人为地指定，进程的运行时间以时间片为单位进行计算。

(3). 每个进程的状态可以是就绪r（ready）、运行R（Running）、或完成F （Finished）三种状态之一。

(4). 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。

(5). 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调度。

(6). 每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列中各个进程的PCB，以便进行检查。

(7). 重复以上过程，直到所要进程都完成为止。

思考：作业调度与进程调度的不同？1.2.2实验题A：编写并调试一个模拟的进程调度程序，采用“最高优先数优先”调度算法对N（N不小于5）个进程进行调度。

“最高优先级优先”调度算法的基本思想是把CPU分配给就绪队列中优先数最高的进程。

(1). 静态优先数是在创建进程时确定的，并在整个进程运行期间不再改变。

(2). 动态优先数是指进程的优先数在创建进程时可以给定一个初始值，并且可以按一定规则修改优先数。

例如：在进程获得一次CPU后就将其优先数减少1，并且进程等待的时间超过某一时限（2个时间片时间）时增加其优先数等。

实验一——单处理器系统的进程调度实验一：进程的建立及调度1．实验目的：加深对进程概念的理解，熟悉PCB的组织，深入了解创建进程的一般过程，掌握用队列组织进程的方法，掌握进程调度算法。

2．实验内容编程实现创建原语，形成就绪队列，模拟实现进程的调度。

具体内容包括：1）、确定进程控制块的内容，用链表组织进程控制块；2）、完成进程创建原语和进程调度原语；3）、要求采用时间片轮转调度算法；4）、编写主函数对所做工作进程测试。

3、实验具体内容和步骤的说明这个实验主要考虑三个问题：如何组织进程、如何创建进程和如何实现处理器调度。

1）、进程的组织：首先就要设定进程控制块的内容。

进程控制块PCB记录各个进程执行时的情况。

不同的操作系统，进程控制块所记录的信息内容不一样。

操作系统功能越强，软件也越庞大，进程控制块所记录的内容也就越多。

本次实验只使用必不可少的信息。

一般操作系统中，无论进程控制块中信息量多少，信息都可以大致分为以下四类：①标识信息每个进程都要有一个惟一的标识符，用来标识进程的存在和区别于其他进程。

这个标识符是必不可少的，可以用符号或编号实现，它必须是操作系统分配的。

本实验中要求，采用编号方式，也就是为每个进程依次分配一个不相同的正整数。

②说明信息用于记录进程的基本情况，例如进程的状态、等待原因、进程程序存放位置、进程数据存放位置等等。

本模拟实验中，因为进程没有数据和程序，仅使用进程控制块模拟进程，所以这部分内容仅包括进程状态。

③现场信息现场信息记录各个寄存器的内容。

当进程由于某种原因让出处理器时，需要将现场信息记录在进程控制块中，当进行进程调度时，从选中进程的进程控制块中读取现场信息进行现场恢复。

现场信息就是处理器的相关寄存器内容，包括通用寄存器、程序计数器和程序状态字寄存器等。

在实验中，可选取几个寄存器作为代表。

用大写的全局变量AX、BX、CX、DX模拟通用寄存器、大写的全局变量PC模拟程序计数器、大写的全局变量PSW模拟程序状态字寄存器。

实验二–单处理器系统的进程调度
简介
在操作系统中，进程调度是非常重要的一项工作。

进程调度负责将CPU分配
给各个进程，使得每个进程都能够有机会占用CPU资源。

在单处理器系统中，CPU只有一个，因此进程调度是非常重要的。

本次实验将会探究单处理器系统的进程调度，了解各种进程调度算法的实现和
比较，利用模拟操作系统的实验平台进行实验。

实验目的
1.了解进程调度的基本概念和实现方法；
2.学习多种进程调度算法，并比较其优缺点；
3.熟悉模拟操作系统的实验环境，学习如何将算法实现到具体的系统中。

实验内容
进程调度的基本概念
进程调度是指将CPU资源分配给各个进程的过程。

在单处理器系统中，当有
多个进程需要使用CPU时，操作系统需要进行进程调度，使得每个进程都能够得
到CPU资源。

在进程调度中，需要考虑各个进程的优先级、进程的状态和进程的等待时间等
因素。

根据不同的调度算法，可以根据这些因素来确定哪个进程应该先占用CPU。

进程调度算法比较
常见的进程调度算法包括：
1.先来先服务算法（FCFS）
2.短作业优先算法（SJF）
3.优先级调度算法
4.时间片轮转算法（RR）
下面将对这些算法进行比较和介绍。

先来先服务算法（FCFS）
先来先服务算法是最简单的一种进程调度算法。

该算法将按照进程的到达时间
的先后顺序进行调度，先到达的进程先得到CPU资源。

这种算法的优点是实现简单，适用于短作业和计算密集型进程。

缺点是无法充分利用CPU资源，导致长作业需要等待较长时间才能被调度，容易产生。

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。