[计算机软件及应用]第4章处理机调度.ppt

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。 单道系统中，对CPU的管理很简单。 随着多道程序设计技术和各种不同类型的OS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OS。 多道批处理系统中： 为了提高资源利用率和吞吐量高,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。 在分时系统中：交互式会话方式,系统必须有较快的响应速度,感觉自己在使用一台计算机,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。 在实时系统中:首先考虑的是处理机的响应时间. 操作系统的要求不同,处理机管理的策略不同!! 衡量调度策略的最常用的几个指标是： 周转时间: 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。 吞吐率: 指在给定的时间内，一个计算机系统所完成的总工作量。 响应时间: 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。 设备利用率: 主要指输入输出设备的使用情况。 本章以CPU 管理为核心，讨论管理和控制用户进程执行的方法。主要包括： 作业与进程的关系； 作业调度策略与算法； 进程调度策略与算法； 几种调度策略的评价; (5) 实时调度系统; 4.1 分 级 调 度 4.1.1 作业的状态及其转换 作业是用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算机系统所做工作的集合，包括用户程序、所需的数据及命令等 一个作业从用户提交开始到真正占有处理机而被执行，则要由系统经过多级调度才能实现; 在批处理系统中，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）。 提交状态:一个作业在其处于从输入设备进入外存的过程称为提交状态。 处于提交状态的作业，因其信息尚未全部进入系统，所以不能被调度程序选取。 图4.1 作业的状态及其转换 收容状态:(后备状态）:若一个作业的全部信息已全部被输入进输入井，在它还未被调度去执行之前，该作业处于收容状态。 输入管理系统：不断地将作业输入到外存输入井。 输入井：专门用来存放待处理作业信息的一组外存分区。 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。它为被选中作业建立进程并分配必要的资源，这时，这些被选中的作业处于执行状态。 从宏观上看，这些作业正处在执行过程中； 从微观上看，在某一时刻，处理机总数少于并发执行的进程数，故不是所有被选中作业都占有处理机，其中的大部分处于等待资源或就绪状态中。 哪个作业的哪个进程能获得处理机而真正在执行，要靠进程调度来决定。 完成状态：当作业运行完毕，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。 在这种状态下，系统需做诸如打印结果、回收资源等类的善后处理工作。 4.1.2 调度的层次 处理机调度的目的是分配处理机。 只有那些参与竞争处理机所必需的资源都已得到的进程(内存就绪状态)才能享有竞争处理机的资格。这些必需的资源包括内存、外设及有关数据结构等。 在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。 处于执行状态下的作业一般包含有多个进程； 在单机系统中，每一时刻只能有一个进程占有处理机，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。 有些OS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。 在外存中，存在后备状态的作业，还存在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： 作业调度：（宏观调度，高级调度） 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，以使该作业的进程获得竞争处理机的权利。 当该作业执行完毕时，还负责回收系统资源。 (2) 交换调度：（中级调度） 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就绪等待状态的进程调入内存，或把处于内存就绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。 交换调度主要涉及到内存管理与扩充。 (3) 进程调度：（微观调度或低级调度） 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