第5章处理器调度资料

操作系统----处理器管理操作系统处理器管理在计算机系统中，操作系统扮演着至关重要的角色，就像是一个大管家，负责协调和管理各种资源，以确保计算机能够高效、稳定地运行。

而处理器管理则是操作系统的核心功能之一，它决定了计算机如何分配和利用处理器的计算能力，以满足不同任务的需求。

想象一下，处理器就像是一个超级忙碌的工人，有各种各样的工作任务等待着它去完成。

这些任务可能是运行一个游戏程序、编辑一份文档、下载文件或者进行复杂的科学计算。

处理器管理的任务就是要合理地安排这些工作，确保每个任务都能得到及时处理，同时又要充分利用处理器的性能，避免出现空闲浪费的情况。

处理器管理主要涉及到进程和线程的概念。

进程可以简单理解为正在运行的程序的一个实例。

比如说，当你打开一个浏览器窗口时，就创建了一个浏览器进程；当你同时打开多个文档进行编辑时，每个文档都对应着一个不同的进程。

而线程则是进程中的执行单元，一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，但可以独立执行不同的任务。

那么，操作系统是如何管理这些进程和线程的呢？首先，它要负责进程和线程的创建和销毁。

当用户启动一个程序时，操作系统会为其创建相应的进程和线程，并为其分配必要的资源，如内存空间、文件句柄等。

当进程或线程完成任务后，操作系统会将其销毁，回收所占用的资源。

其次，操作系统要进行进程和线程的调度。

这就像是一个交通警察，指挥着车辆（进程和线程）在道路（处理器）上有序行驶。

调度算法的目标是要在保证公平性的前提下，提高处理器的利用率和系统的整体性能。

常见的调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。

先来先服务算法非常简单直观，就是按照任务到达的先后顺序进行处理。

这种算法的优点是实现简单，公平性好，但缺点是可能会导致短作业等待时间过长，处理器利用率不高。

短作业优先算法则优先处理执行时间短的任务。

这样可以提高处理器的利用率，但可能会对长作业不公平，导致它们长时间等待。

时间片轮转算法将处理器的时间分成固定长度的时间片，每个进程轮流获得一个时间片来执行。

第5章课后习题2．假设一条指令的执行过程分为"取指令"、"分析"和"执行"三段，每一段的时间分别为Dt、2Dt和3Dt。

在下列各种情况下，分别写出连续执行n条指令所需要的时间表达式。

(1) 顺序执行方式。

(2) 仅"取指令"和"执行"重叠。

(3) "取指令"、"分析"和"执行"重叠。

3．用一条5个功能段的浮点加法器流水线计算F＝。

每个功能段的延迟时间均相等，流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路，而且设置有足够的缓冲寄存器。

要求用尽可能短的时间完成计算，画出流水线时空图，计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。

4．设有一个15000条指令的程序在一台时钟速率为25MHz的线性流水线处理机上执行。

假设该指令流水线有5段，并且每个时钟周期发射一条指令。

忽略由于转移指令和无序执行造成的损失。

(1) 用该流水线执行这一程序，并用流过延迟与其相等的一个等效非流水线处理机执行同一程序，将两者加以比较，并计算其加速比。

(2) 该流水线处理机的效率是多少？(3) 计算该流水线的吞吐率。

5．设有5段流水线处理机的预约表如下：(1) 列出禁止等待时间和冲突向量集。

(2) 画出状态转换图，说明不引起流水线冲突的所有可能的启动序列（循环）。

(3) 根据状态图列出所有简单循环。

(4) 从简单循环中找出迫切循环。

(5) 此流水线的最小平均等待时间(MAL)是多少？(6) 使用此流水线时，列出可允许的最小恒定循环。

(7) 该流水线的最大吞吐率是多少？(8) 如果使用最小恒定循环，则吞吐率是多少？1 2 3 4 5 6S1 X XS2 X XS3 XS4 XS5 X X6．下列汇编代码在一台3段流水线处理机上执行，每一段都有冒险(相关)检测和分解。

这三段是取指令、取操作数（根据要求取一个或者多个）和执行（包括写回操作）。

短作业优先调度算法的特点
算法调度性能较好，
例如上例中，
先来先服务
短作业优先
平均周转时间
2.8
2.45
平均带权周转时间
5.25
3.85
但对长作业不利，未考虑作业的紧迫程度， 运行时间为估计。
调度算法
先来先服务调度算法 短作业（进程）优先调度算法 时间片轮转调度算法 优先权调度算法 最高响应比优先调度算法 多级队列调度算法
抢占方式
抢占方式：又称剥夺方式、可剥夺方式。这 种调度方式是指允许调度程序根据某种原则 去停止正在执行的进程，将已分配给该进程 的处理机重新分配给其他进程。
高级调度主要用于多道批处理系统中，在分 时和实时系统中不设高级调度。
2.中级调度
中级调度又称内存调度，其功能是将内存中 暂时不用的信息移到外存，以腾出空间给内 存中的进程使用，或将需要的信息从外存读 入内存。
引入中程调度的目的是提高内存利用率和系 统吞吐量。
中级调度的运行频率介于两者之间。
事 件 出 现
时间片完 就绪 队列 阻塞队列
进程调度
进程完成 CP U
等待事件
3.2.2 选择调度算法的准则
由于操作系统的类型及目标不同，因此选择 的调度算法也不同。
选择调度算法有以下准则：
面向系统的准则 面向用户的准则
面向用户的准则
周转时间短：指从作业提交到作业完成的时 间间隔。
微机不太重要。
周转时间
作业的周转时间是指从作业提交到作业完 成之间的时间间隔。
平均周转时间是指多个作业的周转时间的 平均值。ｎ个作业的平均周转时间：
T =（T1＋T2＋ … ＋Tn）／n（Ti为作业ｉ 的周转时间）

(4) 尽力而为调度算法类：这一类算法不进行可能性分析，只 对到达的事件和相关任务指定相应的优先级，并进行调度。 尽力而为调度方式开销较小，实现容易。但是，该算法不一 定满足用户要求的处理时限。
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4.6 实时系统调度方算法简介
四、时限调度算法
导语：基本思想是：按用户的时限要求顺序设置优先级，优先
●实时系统所处理的外部任务可分为周期性的与非周期性的两大类。非周期性 任务，存在有一个完成或开始进行处理时限；而周期性任务要求在周期T内 完成或开始进行处理。
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4.6 实时系统调度算法简介
一、实时系统的特点
1．有限等待和响应时间（决定性） 2．可靠性高 3．用户可以控制 4．系统纠错能力强，实时系统要求很高的可靠性。
导语：
●实时系统广泛用在移动通信、网络计算、航空航天等领域。os是实时系统中 最重要的部分之一,它负责在用户要求的时限内进行事件处理和控制。
●实时系统与其他系统的最大区别：处理和控制的正确性不仅取决于计算的逻 辑结果，而且取决于计算和处理结果产生的时间。因此，实时系统的调度， 即把给定的任务，按所要求的时限调配到相应的设备上处理完成。根据实 时系统对处理外部事件的时限要求，分为硬、软实时任务。 ◆硬实时任务要求系统必须完全满足任务的时限要求。 ◆软实时任务允许时限要求有一定的延迟，时限要求只是一个相对条件。
注意P90: 周转T、完成T、提交T、带权周转T等概念在公式中的含义。 ●分析结论:P3 执行的时间非常短，但等待时间过长，显然是不合理的。
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4.4 调度算法
二、短作业或短进程调度算法（SJF）
1. 适应范围：作业或进程 2. 原则：选取最短作业或进程进行执行 3. 优点：当短作业或短进程较多时，系统效率较高 4. 缺陷：对长作业不利，设有考虑优先级