[自然科学]第四章 调度与死锁.ppt

在多道程环境下，进程数目往往多于处理机数目，致使它们争用处理机。这就要求系统能按某种算法，动态地把处理机分配给就绪队列中的一个进程，使之执行。分配处理机的任务是由进程调度程序完成的。它是操作系统设计的中心问题之一。 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） 1. 高级、中级和低级调度 处理机是计算机系统中的重要资源 处理机调度算法对整个计算机系统的综合性能指标有重要影响 可把处理机调度分成三个层次： 高级调度 中级调度 低级调度 高级调度也称为作业调度,长程调度或宏观调度,从用户工作流程的角度，一次提交的若干个流程，其中每个程序按照进程调度。高级调度的时间尺度通常是分钟、小时或天 中级调度也称为中程调度,涉及进程在内外存间的交换，从存储器资源管理的角度来看，把进程的部分或全部换出到外存上，可为当前运行进程的执行提供所需内存空间，将当前进程所需部分换入到内存。指令和数据必须在内存里才能被处理机直接访问 低级调度也称进程调度,短程调度或微观调度，从处理机资源分配的角度来看，处理机需要经常选择就绪进程或线程进入运行状态，低级调度的时间尺度通常是毫秒级的。由于低级调度算法的频繁使用，要求在实现时做到高效 处理机调度的层次 按照调度的时间周期 长期(long-term)：将进程投入允许执行进程缓冲池中，或送到退出进程缓冲池中。进程状态：New－Ready suspend, Running －Exit 中期(medium-term)：将进程的部分或全部加载到内存中。进程状态：Ready －Ready suspend, Blocked －Blocked suspend 短期(short-term)：选择哪个进程在处理机上执行。进程状态：Ready －Running I/O调度：选择哪个I/O等待进程，使其请求可以被空闲的I/O设备进行处理 2.进程调度的任务 进程调度的任务是控制协调进程对CPU的竞争,即按一定的调度算法从就绪队列中选中一个进程，把CPU的使用权交给被选中的进程 3.确定算法的原则 具有公平性 资源利用率高（特别是CPU利用率） 在交互式系统情况下要追求响应时间（越短越好） 在批处理系统情况下要追求系统吞吐量 1)只有进程调度的调度队列模型 2)具有高低级调度的调度队列模型 3)具有三级调度的调度队列模型 处理器的调度模型 面向系统的准则 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 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，而每个周转时间是1小时，则吞吐量是2个作业/小时 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 4.2 进程调度算法 4.2.2 短作业优先 (SJF, Shortest Job First) 又称为“短进程优先”SPN (Shortest Process Next)；这是对FCFS算法的改进，其目标是减少平均周转时间。对预计执行时间短的作业（进程）优先分派处理机。通常后来的短作业不抢先正在执行的作业。 优点： 比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业的等待时间； 提高系统的吞吐量； 缺点： 对长作业非常不利，可能长时间得不到执行； 未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级； 难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调度性能。 SJF的变型 最短剩余时间优先SRT (Shortest Time Remaining) 允许比当前进程剩余时间更短的进程来抢占 最高响应比优先HRRN (Highest Response Ratio Next) 响应比: R = (等待时间+要求执行时间) / 要求执行时间 由于等待时间与服务时间之和，就是系统对该作业的响应时间，故该优先权又相当于响应比RP。据此，又可表示为： 可理解为是FCFS和SJF的折衷 4.2.3 时间片轮转(Round Robin)算法 FCFS和SJF算法主要用于宏观调度，说明怎样选择一个进程或作业开始运行，开始运行后的作法都相同，即运行到结束或阻塞，阻塞结束时等待当前进程放弃CPU?。 时间片轮转算法主要用于微观调度，说明怎样并发运行，即切换的方式；设计目标是提高资源利用率。其基本思路是通过时间片轮转，提高进程并发性和响应时间特性，从而提高资源利用率. 1. 时间片轮转算法 将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则，排成一个