操作系统的进程调度与并发

进程调度

什么是调度

=调度：是指在一个队列中，按照某种方法（算法），选择一个合适的个体的过程。

=调度的关键是需要某种方法或算法，好的调度算法有利于选择到合适的个体。

=如何判断、设计一个好的调度算法

+调度目标

---公平性，防止进程长期不能获得调度而饥饿；

---处理及利用率，尽量提高处理机的利用率；

---提高系统吞吐量；

---尽量减少进程的响应时间。

+调度原则

---满足用户的要求：响应时间、周转时间、截止时间

---满足系统需求：系统吞吐量，处理及利用率、各类资源的平衡使用、公平性及优先级

=面向用户的原则：

+响应时间

---从用户通过键盘提交一个请求开始，直到系统首次产生响应为止的时间=输入的请求传送到处理机的时间+处理及对请求信息进行处理的时间+将响应结果发送到输出终端的时间。

---调度算法则应考虑使绝大多数用户的请求能在响应时间内完成。

---常用于评价分时系统的性能。

+周转时间

---指从作业提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔=作业在外存排队等待调度的时间+进程在就绪队列中等待调度的时间+进程被处理及执行的时间+等待I/O操作完成的时间。

---常用于评价批处理系统的性能。

+影响周转时间的调度：

---作业从外存调到内存（作业调度）

---进入内存后还要在就绪队列中等待进程调度。

---甚至，可能会挂起进程，在外存等待被激活（中程调度）

+截止时间

---指实时系统中，某任务开始执行的最迟时间，或必须完成的最迟时间。

---常用于评价实时系统的性能。

=面向系统的原则

+系统吞吐量

---指单位时间内系统完成的作业数。

---常用于评价批处理系统的性能。

+处理及利用率

---大、中型多用户系统，由于处理及价格昂贵，处理及利用率是衡量系统性能的一个重要指标。

---单用户微机或某些事实系统，则并非很重要。

+各类资源的平衡使用

---多道程序系统的目标之一就是为了调高资源利用率，因此，调度算法有责任是系统中的各类资源都尽量处于忙碌状态。

实验二 并发与调度

一、实验目的

在本实验中，通过对事件和互斥体对象的了解，来加深对Windows 2000线程同步的理

解。通过分析实验程序，了解管理事件对象的API。了解在进程中如何使用事件对象，在进程中如何使用互斥体对象，线程如何通过文件映射对象发送数据。

二、实验环境

硬件环境：计算机一台，局域网环境； 软件环境：Windows 2000 Professional，Visual C++ 6.0专业版或企业版。 三、实验内容和步骤 第一部分：互斥体对象 本程序中显示的类CCountUpDown使用了一个互斥体来保证对两个线程间单一数值的

访问。每个线程都企图获得控制权来改变该数值，然后将该数值写入输出流中。创建者实际

上创建的是互斥体对象，计数方法执行等待并释放，为的是共同使用互斥体所需的资源 (因

而也就是共享资源) 。 1、利用互斥体保护共享资源

程序参见实验指导书 分析程序的运行结果， 可以看到线程 (加和减线程) 的交替执行 (因为Sleep() API允许Windows切换线程) 。在每次运行之后，数值应该返回初始值 (0) ，因为在每次运行之后写入线程在等待队列中变成最后一个，内核保证它在其他线程工作时不会再运行。 1) 请描述运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ：

2) 根据运行输出结果，对照分析程序，可以看出程序运行的流程吗？请简单描述： _____逆向运行__________ 第二部分线程通过文件对象发送数据 Windows 2000提供的线程间通讯类内核对象允许同一进程或跨进程的线程之间互相发送信息，包括文件、文件映射、邮件位和命名管道等，其中最常用的是文件和文件映射。这类对象允许一个线程很容易地向同一进程或其他进程中的另一线程发送信息。 1、演示线程通过文件对象发送数据

程序参见实验指导书 运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ：

阅读和分析程序，请回答问题： 1) 程序中启动了多少个单独的读写线程？ __________100__________________________________________________________ 2) 使用了哪个系统API函数来创建线程例程？ _________ CreateThread（） ________________________________ 3) 文件的读和写操作分别使用了哪个API函数？ _______ ReadFile（） ______ WriteFile （）_____________ 每次运行进程时，都可看到程序中的每个线程从前面的线程中读取数据并将数据增加，文件中的数值连续增加。这个示例是很简单的通讯机制。可将这一示例用作编写自己的文件读/写代码的模板。 请注意程序中写入之前文件指针的重置。重置文件指针是必要的，因为该指针在读取结束时将处于前四个字节之后，同一指针还要用于向文件写入数据。如果函数向该处写入新数值，则下次进程运行时，只能读到原来的数值。那么： 4) 在程序中，重置文件指针使用了哪一个函数？ ___________ hThread __________________ 5) 从输出结果，对照分析程序，可以看出程序运行的流程吗？请简单描述： ______........41，42，43，44，45，46，47……. ____________ 2、演示使用映射文件的内存交换数据的线程 程序参见实验指导书

操作系统的四个基本特征 1.并发concurrence 并行性与并发性这两个概念是既相似

又区别的两个概念。并行性是指两个或者多个事件在同一时刻发生这是一个具有微

观意义的概念即在物理上这些事件是同时发生的而并发性是指两个或者多个事件在同一时间的间隔内发生它是一个较为宏观的概念。在多道程序环境下并发性是指在

一段时间内有多道程序在同时运行但在单处理机的系统中每一时刻仅能执行一道程

序故微观上这些程序是在交替执行的。应当指出通常的程序是静态实体它们是不能

并发执行的。为了使程序能并发执行系统必须分别为每个程序建立进程。进程又称

任务简单来说是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位它是一个活动的实体。多个进程之间可以并发执行和交换信息。一个进程在运行时需要运行时需要

一定的资源如cpu存储空间及i/o设备等。在操作系统中引入进程的目的是使程序能并

发执行。 2.共享sharing 所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进

程共同使用。由于资源的属性不同故多个进程对资源的共享方式也不同可以分为:

互斥共享方式和同时访问方式 3.虚拟virtual 是指通过技术吧一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。在操作系统中虚拟的实现主要是通过分时的使用方法。显然

如果n是某一个物理设备所对应的虚拟逻辑设备数则虚拟设备的速度必然是物理设

备速度的1/n。 4.异步asynchronism 在多道程序设计环境下允许多个进程并发执行

由于资源等因素的限制通常进程的执行并非一气呵成而是以走走停停的方式运行。

内存中每个进程在何时执行何时暂停以怎样的方式向前推进每道程序总共需要多少时间才能完成都是不可预知的。或者说进程是以一步的方式运行的。尽管如此但只

要运行环境相同作业经过多次运行都会获得完全相同的结果因此异步运行方式是运

行的。 可见操作系统为了使程序并发执行而产生了进程。 进程的定义:可并发执行

的程序在一个数据集合上的运行过程。 进程的特征: 1.动态性进程既然是进程实体

1操作系统的基本特征有哪些？

答：操作系统的基本特征：

（1） 并发。并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。

（2） 共享。共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。

（3） 异步性。在多道程序环境下，各个程序的执行过程有“走走停停”的性质。每一道程序既要完成自己的事情，又要与其他程序共享系统中的资源。这样，它什么时候得以执行、在执行过程中是否被其他事情打断（如I/O中断）、向前推进的速度是快还是慢等，都是不可预知的，由程序执行时的现场所决定。另外，同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行，都应获得同样的结果。这是操作系统所具有的异步性。

2操作系统的主要功能有哪些？

答:操作系统的主要功能包括:存储管理,进程和处理机管理,文件管理,设备管理以及用户接口管理。

3、操作系统一般为用户提供了哪三种界面？它们各有什么特点？

答：

4、操作系统主要有哪三种基本类型？它们各有什么特点？

5、操作系统主要有哪些类型的体系结构？UNIX系统和Linux系统各采用哪些结构？

答：一般说来，操作系统有四种结构：整体结构、层次结构、虚拟机结构、客户机-服务器结构。Linux系统采用的是整体结构。UNIX系统采用的是层次结构。 6、Linux系统有什么特点？

7、使用虚拟机有哪些优势和不足？

8、现代计算机系统由什么组成的？

9、在操作系统中，为什么要引入进程的概念？它与程序的区别和联系分别是什么？

10、操作系统在计算机系统中处于什么位置？

11、进程的基本状态有哪几种？

答：进程的基本状态有三种，分别为运行态、就绪态、阻塞态。

12、你熟悉哪些操作系统？想一想你在使用计算机过程中，操作系统如何提供服务？

答：我们最熟悉的一般为Windows操作系统，它是由微软（Microsoft）公司推出的一个功能强大的图形界面操作系统。常用的操作系统还有Linux，UNIX操作系统。

我们在使用计算机时，首先接触的是用户界面，我们可以通过键盘上输入命令，在桌面上点击鼠标完成操作，这时系统就知道执行相应的功能。