第3章_进程调度(免费阅读)

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第3章-进程调度

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2.短作业（进程）优先对执行时间短旳作业（进程）优先分配处理机。
特点： •比FCFS改善了平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业旳等待时间，提升了系统旳吞吐量； •对长作业非常不利，可能长时间得不到执行； •难以精确估计作业（进程）旳执行时间，从而影响调度性能
什么是短作业？
由顾客自己利用
作业控制语言阐明程序估计执行时间。
按非抢占式SJF原则旳进程调度
进程名到达时间服务时间开始时间
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按抢占式SJF原则旳进程调度
抢占方式：系统一样是吧处理机分配给优先权最高旳进程，使之执行
。但在其执行期间，只要有另外一种优先权更高旳进程，进程调度程序就立即停止目迈进程旳执行，重新将处理机分配给新到旳最高优先权进程。
•前者简朴，在实时性要求不高或时间片不很长时可考虑； •后者适合于实时要求高旳场合，但时刻要监视有否更高优先权旳进程产生。

计算机操作系统(第二版)课件：进程调度基本概念

3.5 进程调度
3.5.1 进程调度的基本概念
1.并发技术回顾
多个进程在一个CPU上交替执行，提高了资源利用率和系统吞吐量
问题：CPU从运行进程1到运行进程2 ，系统要做哪些工作？
进程1 进程2
CPU时间
进程1
CPU
mov ax, [30] mov bx, [50] add ax, bx ……
与运行的进程——调度
next = PickNext(ReadyQueue);
switch(current,next);
切换进程上下文：即保存前一个进程的CPU现场信息，恢复下一个运行进程的现场信息—
—分派
当系统中作业或进程申请资源的数量超出资源本身的配置情况时，系统需要确定优先将有限的资源分配给哪个或哪些作业或进程
系统设计目标
批处理系统；交互式系统；实时系统；网络系统
调度的公平性资源的均衡利用
各类资源的均衡利用；多个同类资源的均衡利用
合理的系统开销
调度开销:运行调度算法的开销，上下文切换开销
需要考虑哪些因素？
3.5 进程调度
3.5.1 进程调度的基本概念
7.调度性能的评价指标:
有哪些调度性能评价指标？
抢占式调度有哪些抢占原则？
抢占原则：
时间片原则；优先权原则；剩余运行时间等。
抢占方式的实现机制：
（1）内核完全不可抢占；如winNT，传统unix
（2）内核部分可抢占：如unix SVR4,linux；
（3）内核完全可抢占：如solaris、win2000.
3.5 进程调度
3.5.1 进程调度的基本概念
进程调度
进程调度的基本概念进程调度算法

Chap3 进程调度与死锁-1

处理机利用率：——大中型主机各种设备的均衡利用：如CPU繁忙的作业和I/O繁忙（指次数多，每次时间短）的作业搭配——大中型主机。
ห้องสมุดไป่ตู้
3·1 进程调度
2）面向用户的调度性能准则周转时间：作业从提交到完成所经历的时间—— 批处理系统。（公式中Tsi为实际运行时间）。平均周转 T＝
1 n n Ti
3·1 进程调度
3、引进进程调度的时机
进程调度的时机是与进程调度的方式有关的。通常当发现以下情况时，当前运行进程的CPU被收回，需要重新进行进程调度：正在执行的进程正确完成, 或由于某种错误而终止运行(陷阱或中断)；执行中的进程提出I/O请求, 等待I/O完成时; 在分时系统中，分给进程的时间片用完时；按照优先级调度时, 有更高优先级进程变为就绪时(抢占方式)；在进程通讯中, 执行中的进程执行了某种原语操作, 如wait操作、阻塞原语和唤醒原语时, 都可能引起进程调度。
3·1 进程调度
4、进程调度算法的评价准则
我们可从不同的角度来判断处理机调度算法的性能。实际的处理机调度算法选择是一个综合的判断结果。 1）面向系统的调度性能准则吞吐量：单位时间内所完成的作业数，跟作业本身特性和调度算法都有关系——批处理系统。
注意：平均周转时间不是吞吐量的倒数，因为并发执行的作业在时间上可以重叠。如在2小时内完成4个作业，每个周转时间是1小时，吞吐量是2个作业/小时。
3·1 进程调度概述
要解决的问题
WHAT：按什么原则分配CPU —进程调度算法 WHEN：何时分配CPU —进程调度的时机 HOW：如何分配CPU —CPU调度过程（进程的上下文切换）
3·1 进程调度概述

进程调度

摘要进程管理是操作系统中的重要功能，用来创建进程、撤消进程、实现进程状态转换，它提供了在可运行的进程之间复用CPU的方法。

在进程管理中，进程调度是核心，因为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目时，就必须依照某种策略决定哪些进程优先占用处理器。

本文通过两种算法模拟实现了进程之间的调度。

关键词：创建进程；先来先服务；优先级调度目录1.绪论 (1)2.模块伪码算法 (2)2.1结构类型定义和结构变量说明 (2)2.2函数定义 (2)2.3封装CPU调度与分配程序模块 (2)2.4cpu模拟运行函数 (3)2.5可强占的优先进程调度模式 (4)3.函数调用关系图 (7)3.1总体流程图 (7)3.2可强占优先调度算法实现过程流程图 (8)3.3先来先服务调度算法实现过程流程图 (9)4.测试结果及分析 (10)5.总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)1.绪论无论是批处理系统、分时系统还是实时系统，用户进程数一般都大于处理机数，这将导致用户进程互相争夺处理机。

这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理及分配给处于就绪队列中的某一进程，以使之执行。

进程调度是处理机管理的核心内容。

本实验要求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）和先来先服务算法编写和调试一个简单的进程调度程序。

通过本实验可以加深理解有关进程控制块、进程队列的概念。

并体会了优先数和先来先服务调度算法的具体实施办法。

本程序采用两种算法（最高优先级数优先的调度算法和先来先服务算法）对多个进程进行调度，每个进程有三个状态，初始状态为就绪状态。

最高优先级数优先的调度算法中，程序的某进程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数以及进程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。

在优先级数优先的调度算法中，优先级数的值设计为100与运行时间的差值，即Pro_time-process->needtime。

chap3.3 进程调度

19
响应比 R 不仅是要求运行时间的函数,而且还是等待时间的函数. 由于R与要求运行时间成反比,故对短作业是有利的,另一方面,因R与等待时间成正比,故长作业随着其等待时间的增长,也可获得较高的响应比.这就克服了短作业优先法的缺点,既照顾了先来者,又优待了短作业,是上述两种算法的一种较好的折中.
带权周转时间
周转时间 Ti = Tei - Tsi 带权周转时间平均周转时间 Wi = Ti / Tri T= 1/n ∑ Ti
16
(2)最短作业优先法(SJF)
该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业
作业
进入
执行开始时刻
完成时刻
周转时间带权周转时间
1 2 3 4
8:00 8:30 9:00 9:50
后完成作业的善后处理工作. 完成作业的善后处理工作.
1.后备作业队列与作业控制块 .
系统中有若干作业在输入井中,为了管理和调度作业,就必须记录已进入系统的各作业的情况, 系统为每个作业设置了一个作业控制块(JCB).
10
3 评价作业调度算法优劣的性能量度
1)周转时间作业 i从提交时刻 Tsi 到完成时刻 Tei 所花费的时间 Ti = Tei — Tsi Ti=Tei—Tsi 周转时间 = 完成 — 提交
22
2.5.3 进程调度
进程调度的功能:从就绪队列中挑选一个进程到处理机上运行. 进程调度程序:
负责进程调度功能的内核程序.其核心问题就是,采用什么算法把处理机分配给进程.
作业调度与进程调度程序的区别:
前者是挑选作业进主存运行,后者是挑选就绪进程到处理机上运行.
23
【进程调度程序的功能】:
6
中级调度(交换调度) 中级调度(交换调度) --在内存使用情况紧张时,将一些暂时不能运行的讲程从内存对换到外存上等待.当以后内存有足够的空闲空间时,再将其重新换入内存,等待进程调度.主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量,在虚拟存储技术的系统或分时系统中采用.

第三章进程调度

第三章处理机调度与死锁
第三章处理机调度与死锁
3.1.2低级调度低级调度(Low Level Scheduling) 低级调度进程调度，短程调度（进程调度，短程调度（Short Term Scheduling））在多道批处理、分时、实时OS中都有LLS。在多道批处理、分时、实时中，都有。 1低级调度的功能低级调度的功能（1）保存处理机的现场信息；）保存处理机的现场信息；（2）按某种算法选取进程；）按某种算法选取进程；（3）把处理机分配给进程。）把处理机分配给进程。 2进程调度中的三个基本机制进程调度中的三个基本机制（1）排队器；）排队器；（2）分派器（分派程序）；）分派器（分派程序）；（3）上下文切换机制。多组寄存器，当前寄存器切换。）上下文切换机制。多组寄存器，当前寄存器切换。
第三章处理机调度与死锁
3进程调度方式进程调度方式
1) 非抢占方式非抢占方式(Non-preemptive Mode) 在采用非抢占调度方式时，可能引起进程调度的因素可归结为这样几个：在采用非抢占调度方式时，可能引起进程调度的因素可归结为这样几个： ① 正在执行的进程执行完毕，或因发生某事件而不能再继续执行；正在执行的进程执行完毕，或因发生某事件而不能再继续执行；执行中的进程因提出I/O请求而暂停执行请求而暂停执行； ② 执行中的进程因提出请求而暂停执行；在进程通信或同步过程中执行了某种原语操作，操作(wait操作、操作)、 ③ 在进程通信或同步过程中执行了某种原语操作，如 P操作操作操作 Block原语、Wakeup原语等。原语、原语等。原语原语等这种调度方式的优点是实现简单、系统开销小，这种调度方式的优点是实现简单、系统开销小，适用于大多数的批处理系统环境。但它难以满足紧急任务的要求（如立即执行）统环境。但它难以满足紧急任务的要求（如立即执行），因而可能造成难以预料的后果。显然，在要求比较严格的实时系统中，不宜采用这种调度方式。料的后果。显然，在要求比较严格的实时系统中，不宜采用这种调度方式。

进程调度

最短CPU运行期优先调度算法(SCBF--Shortest CPU Burst First) 该算法从就绪队列中选出下一个“CPU执行期最短”的进程，为之分配处理机。进程调度例如，在就绪队列中有四个进程P1、P2、P3和P4，它们的下一个执行期分别是16、12、4和3个单位时间，执行情况如下图： P1、P2、P3和P4的周转时间分别为35、19、7、3，平均周转时间为16。该算法虽可获得较好的调度性能，但难以准确地知道下一个CPU执行期，而只能根据每一个进程的执行历史来预测。
算法
先进先出算法短进程优先
轮转法多级反馈队列
算法总是把处理机分配给最先进入就绪队列的进程，一个进程一旦分得处理机，便一直执行下去，直到该进程完成或阻塞时，才释放处理机。
例如，有三个进程P1、P2和P3先后进入就绪队列，它们的执行期分别是21、6和3个单位时间，执行情况如下图：对于P1、P2、P3的周转时间为21、27、30，平均周转时间为26。可见，FIFO算法服务质量不佳，容易引起作业用户不满，常作为一种辅助调度算法。
基本属性
1.多态性从诞生、运行，直至消灭。进程调度2.多个不同的进程可以包括相同的程序 3.三种基本状态它们之间可进行转换 4.并发性并发执行的进程轮流占用处理器
基本状态
1.等待态：等待某个事件的完成； 2.就绪态：等待系统分配处理器以便运行； 3.运行态：占有处理器正在运行。运行态→等待态往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。等待态→就绪态则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。运行态→就绪态不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。就绪态→运行态系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态

操作系统单处理机系统的进程调度

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。

进程调度

5

线程

为何引入线程？
简化线程间的通信以小的开销来提高进程的并发程度引入线程主要是为了提高系统的执行效率，减少处理机的空转时间和调度切换（保护现场信息）的时间，以及便于系统管理。

6
线程概念

轻量级进程。进程中的一个运行实体，是一个CPU 调度单位资源的拥有者还是进程或称任务。
11
线程的分类

用户级线程：管理过程全部由用户程序完成，操作系统内核心只对进程进行管理。系统级线程（核心级线程）：由操作系统内核进行管理。操作系统内核给应用程序提供相应的系统调用和应用程序接口API，以使用户程序可以创建、执行、撤消线程。
12
进程调度
目的与要求：掌握进程调度策略与调度算法；理解进程调度原因及进程调度时机；理解进程调度过程；
2 3 5 3
32
FCFS P1 0 20 P2 35 P3 45 P4 57
优先级 P3
0 10
P2 25
P4 37
P1 57
33
时间片轮转
P1 P2
0 4 8
P3 P4
12
P1 P2
P3 P4
P1 P2 P3
40 42
P4
P1 P2
53
P1
57
16 20
24 28
32 36
46 50
34
4、优先级算法
每个进程都有一个优先级（Priority），它反映了进程的重要程度、运行的紧迫程度，系统将把CPU 分配给就绪状态中优先级最高的那个进程。
分为静态优先级和动态优先级两种。
35
二、调度与切换时机

《进程调度》PPT课件

4 Linux中的进程管理
– 4.1 Linux进程概述 • 1．进程实体的组成
• Linux进程由3部分组成：正文段、用户数据段和系统数据段。
系
进程
统数据
段
正文段用户数据段
图 Linux进程组成
• 2．进程的状态 • 进程是一个动态的概念，在其运行的整个生
命周期中可根据具体情况不断改变其状态。 Linux进程主要有如下几种状态。
wait_interruptible
申请资源未成功 sleep_on() schedule()
拥有CPU
申请资源未成功 interruptible_sleep_on() schedule()
跟踪系统调用执行syscall_trace() sys_exit() schedule()
Linux内核功能
进程调度与内存管理之间的关系：这两个子系统互相依赖。在多道程序环境下，程序要运行必须为之创建进程，而创建进程的第一件事情，就是将程序和数据装入内存。
进程间通信与内存管理的关系：进程间通信子系统要依赖内存管理支持共享内存通信机制，这种机制允许两个进程除了拥有自己的私有空间，还可以存取共同的内存区域。
这种暂停状态被称为阻塞状态。
• 2．进程的状态转换图1 进程的3种基本状态及其转换
1.4 进程的结构
• 进程结构 PCB
进程控制块
程序段数据段
动态特征的集中反映描述要完成的功能操作对象及工作区
2．进程控制块
• 进程控制块是进程实体的一部分，是操作
系统中最重要的记录型数据结构。PCB中记录了操作系统所需的，用于描述进程进展情况及控制进程运行所需的全部信息。
在一个系统中，通常拥有数十个、数百个乃至数千个PCB。为了对PCB进行有效地管理，系统应把所有的PCB用适当的方式组织起来。

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以上调度目标有矛盾之处，不可能满足所有情况，取决于系统设计目标 2、有关术语及衡量标准
周转时间T：批处理系统的一个重要指标。指作业从提交到完成（得到结果）所经历的时间。
包括：1）在外存后备队列中等待时间；2）CPU上执行时间； 3）就绪队列和阻塞队列中等待时间；4）结果输出等待时间。周转时间常用以下参数衡量（原则上越小越好）
什么是短作业？
按什么标准：时间？以前没有执行过！程序长度？
while(1);
2.短作业（进程）优先对执行时间短的作业（进程）优先分派处理机。
特点： •比FCFS改善了平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业的等待时间，提高了系统的吞吐量； •对长作业非常不利，可能长时间得不到执行； •难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调度性能
吞吐量：批处理系统的一个重要指标。单位时间内所完成的作业数。
处理机利用率：大中型主机多用户系统的性能指标，因为系统价格昂贵，所以非常重视其CPU利用率。PC一般不考虑这个指标。
各种设备的均衡利用：大中型主机多用户系统性能指标。如 CPU繁忙的作业和I/O繁忙的作业搭配。对PC及实时系统该指标并不重要。
第3章处理机调度与死锁
调度目的：处理机调度的工作是对CPU资源进行合理的分配使用，以提高处理机利用率，并使各用户公平地得到处理机资源。
3.1 处理机调度基本概念
3.1.1 调度类型
1）低级（短期）调度：确定选择哪个就绪的进程占有 CPU，所以也称为处理机调度，进程调度
2）高级（长期、作业）调度：确定哪些作业从外存调入内存
二、常用的调度方法
1. 先来先服务（FCFS算法）按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派CPU；
当前作业或进程占用CPU，直到执行完或阻塞，才主动地出让 CPU。
特点：非常简单，易于实现；但对短作业而言，带权周转时间可能太大。
按FCFS原则的进程调度
进程名到达时间服务时间开始时间
作业：（用户）利用计算机进行一次运行所需工作的集合（比如，编辑、编译，运行等）。要执行一个程序，用户必须先提交一个作业。
提交作业方式：
通过批输入设备（卡片、纸带、磁带）— —批处理作业。
通过终端启动的作业——交互式作业。
注：用户进程在运行过程中，也可能会产生由系统管理的后台作业，比如打印作业。这些作业在条件满足时，由系统调度执行。
二、具有高级和低级的调度队列模型
作
时间片完
业
调
度
后备队列
就绪队列
进程调度
CPU
进程完成
事件1出现事件2出现
阻塞队列 1 阻塞队列 2
等待事件1 等待事件2
事件n出现
阻塞队列 n
等待事件n
特点：1)具有进程调度、作业调度 2)根据阻塞原因设置了多个阻塞队列
三、同时具有三级调度的调度队列模型
作
业
3. 调度准则
• 面向用户准则
周转时间短；响应时间快；截止时间保证；优先权准则
• 面向系统的准则
系统吞吐量处理机利用率各类资源的平衡利用
3.2 调度算法
一、调度的时机调度的时机是与调度方式有关，一般在以下情况下会发生
进程调度：（1）正在执行的进程正常结束或由于某种错误而终止运行；（2）执行中的进程提出I/O请求，在等待I/O完成前，进程阻塞，转进程调度；（3）在分时系统中，按照时间片轮转，分给进程的时间片用完时；（4）按照优先级调度，有更高优先级进程变为就绪时；（5）在进程通讯中，执行中的进程执行了某种原语操作，如P 操作、阻塞原语和唤醒原语时，都可能引起进程调度。
A0
3
0
完成时间
3
周转时间
3
带权周转时间
1.00
B2
6
C4
4
D6
5
E8
2
3
9
7
1.17
9
13 9
2.25
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
13 18 12 2.40
18 20 12 6.00
2.短作业（进程）优先对执行时间短的作业（进程）优先分派处理机。
特点： •比FCFS改善了平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业的等待时间，提高了系统的吞吐量； •对长作业非常不利，可能长时间得不到执行； •难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调度性能
4）三种调度之间的关系如图
外存
就
阻
绪
塞
中级调度
对换
作业输入
后
备
spooling 输入程序
就
运
绪
行
阻塞低级调度
作业调度
完成
spooling
作业输出
3.1.2 调度队列模型
一、仅有进程调度的调度队列模型
时间片完
交互用户事件出现
就绪队列阻塞队列
进程调度
进程完成
CPU
等待事件
特点：单就绪、单阻塞队列
调
批量作业
度
后备队列
时间片完
就绪队列
进程调度
进程完成
CPU
交互型作业
中级调度就绪、挂起队列
挂起
事件出现
事
件
出
阻塞、挂起队列
现
挂起
阻塞队列
等待事件
选择哪种模型应根据系统的规模及目标制定
3.1.3 选择调度方式和调度算法的若干标准
1、调度目标： 1)公平——确保每个进程获得合理的CPU份额 2)效率——是百分之百地忙碌 3)响应时间——使交互用户的响应时间尽可能短 4)周转时间——使批处理用户等待输出的时间尽可能短 5)吞吐量——使每小时处理的作业数量多
• 平均周转时间:
T

1 n
n
Ti
i 1
• 带权周转时间：
W 1 n Ti
n i1 Tsi
其中:Ti/Tsi为第i个作业的带权周转时间，Tsi系统为第i个作业提供的实际服务时间
响应时间：分时系统的一个重要指标。用户输入一个请求（如击键）到系统给出首次响应（如屏幕显示）的时间。包括：1）从终端的键盘输入的一个请求信息传送到处理机的时间；2）处理机对请求的处理时间；3）处理结果送到终端显示器的时间。
3）中级（中期）调度：为提高效率，加快进程运行，调节系统的负荷，有时需要在选择内存中阻塞或就绪的进程暂时放到外存（一般是硬盘），即所谓的挂起。这种内外存的数据交换称为对换。
中级调度解决： •在阻塞或就绪的进程中选择哪个（些）进程挂起 •在条件允许下，在外存挂起的进程集合中如何选进程激活并调回内存
什么是短作业？
由用户自己利用
作业控制语言说明程序预计执行时间。
按非抢占式SJF原则的进程调度
进程名到达时间服务时间开始时间
A0
3
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B2
6
3
C4
4
11
D6
5
15
E8
2
9
完成时间
3 9 15 20 11

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