0第4章处理机调度n

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1、第4章处理机调度4.1分级调度4.2作业调度4.3进程调度4.4调度算法4.5算法评价4.6实时系统调度方法本章小结习题CPU是计算机系统中一个十分重要的资源。在早期的计算机系统中，对它的管理是十分简单的。随着多道程序设计技术和各种不同类型的操作系统的出现，各种不同的CPU管理方法得到启用。不同的CPU管理方法将为用户提供不同性能的操作系统。例如：在多道批处理系统中，为了提高处理机的效率和增加作业吞吐率，当调度一批作业组织多道运行时，要尽可能使作业搭配合理。这样，就能使系统中的各种资源可充分利用。在用户看来，这是一台没有

2、交互、速度较慢的处理机。在分时系统中，在调度作业执行时要首先考虑每个用户作业得到处理机的均等性。这样，系统资源的利用率就不如批处理系统。由此可以看到，根据操作系统的要求不同，处理机管理的策略是不同的。衡量调度策略的最常用的几个指标是：(1)周转时间是指将一个作业提交给计算机系统后到该作业的结果返回给用户所需要的时间。(2)吞吐率是指在单位时间内，一个计算机系统所完成的总工作量。(3)响应时间则是指从用户向计算机发出一个命令到计算机把相应的执行结果返回给用户所需要的时间。本章主要讨论：(1)作业与进程的关系；(2)作业调度

3、策略算法；(3)进程调度策略与算法；(4)调度策略的评价。4.1分级调度4.1.1作业的状态及其转换以批处理系统为例一个作业处理的大致过程。如图4.1所示，一个作业从提交给计算机系统到执行结束退出系统，一般都要经历提交、收容、执行和完成等4个状态。图4.1作业的状态及其转换读卡机打印机I/O请求磁盘通道P1P2P3P4P5提交状态后备状态执行状态完成状态提交后备执行完成退出SPOOLing输入作业调度1作业调度2SPOOLing输出(1)提交状态:一个作业在其处于从输入设备进入外部存储设备的过程称为提交状态。(2)收容状

4、态(后备状态):若一个作业的全部信息已全部被输入进输入井，那么，在它还未被调度去执行之前，该作业处于收容状态。(3)执行状态:作业调度程序从后备作业中选取若干个作业到内存投入运行。这些被选中的作业处于执行状态。(4)完成状态:当作业运行完毕，但它所占用的资源尚未全部被系统回收时，该作业处于完成状态。4.1.2调度的层次处理机调度问题实际上是处理机的分配问题。显然，只有那些参与竞争处理机所必需的资源都已得到满足的进程才能享有竞争处理机的资格。这时，它们处于内存就绪状态。这些必需的资源包括内存、外设及有关数据结构等。从而，在

5、进程有资格竞争处理机之前，作业调度程序必须先调用存储管理、外设管理程序，并按一定的选择顺序和策略从输入井中选择出几个处于后备状态的作业，为它们分配内存等资源和创建进程，使它们获得竞争处理机的资格。另外，由于处于执行状态下的作业一般包含有多个进程，而在单机系统中，每一时刻只能有一个进程占有处理机。那么，其他进程就只能处于准备抢占处理机的就绪状态或等待得到某种新资源的等待状态。为了提高资源的利用率，在有些操作系统中把一部分在内存中处于就绪状态或等待状态而在短时期内又得不到执行的进程、作业换出内存，以让其他作业的进程竞争处理机

6、。这样，在外存中，除了处于后备状态的作业外，还存在有处于就绪状态而等待得到内存的作业。这就需要有一定的方法和策略为这部分作业分配空间。一般来说，处理机调度可以分为4级：(1)作业调度：又称宏观调度，或高级调度。其主要任务是按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择，给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源，并建立相应的进程。另外，当该作业执行完毕时，还负责回收系统资源。(2)交换调度：又称中级调度。其主要任务是按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中的就绪状态或等待状态的进程调入内存，或把处于内存就绪状态或内

7、存等待状态的进程交换到外存交换区。(3)进程调度：又称微观调度或低级调度。其主要任务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的进程占用处理机。在确定了占用处理机的进程后，系统必须进行进程上下文切换以建立与占用处理机进程相适应的执行环境。(4)线程调度。上述4级调度的关系如图4.1在多道批处理系统中，存在着作业调度和进程调度。但是，在分时系统和实时系统中，一般不存在作业调度，而只有进程调度、交换调度和线程调度。这是因为在分时系统和实时系统中，为了缩短响应时间或为了满足用户需求的截止时间，作业不是建立在外存，而是直接建立在内

8、存中。在这些系统中，一旦用户和系统的交互开始，用户马上要进行控制。因而，这些系统中没有作业提交状态和后备状态。它们的输入信息经过终端缓冲区为系统所接收，或者立即处理，或者经交换调度暂存外存中。4.1.3作业与进程的关系作业可被看作是用户向计算机提交任务的任务实体，例如一次计算、一个控制过程等。反过来，进程则是计算机为