《处理机调度》PPT课件.ppt
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1、操作系统操作系统Operating System北方工业大学计算机系北方工业大学计算机系North China University of TechnologyDepartment of Computer 授课教师:宋丽华授课教师:宋丽华Email: Tel:88803939 五教五教1102为什么要管理处理机为什么要管理处理机?处理机是计算机中最宝贵的资源,处理机调度策略是处理机是计算机中最宝贵的资源,处理机调度策略是否合适直接否合适直接影响影响着计算机的着计算机的性能性能。在批处理系统用户一旦将作业提交就失去了对作业的在批处理系统用户一旦将作业提交就失去了对作业的控制,用户希望系统的控制,
2、用户希望系统的周转时间尽量短周转时间尽量短。交互式系统。交互式系统中用户以交互方式工作,好象整个计算机都为一个用中用户以交互方式工作,好象整个计算机都为一个用户工作,这时希望系统的户工作,这时希望系统的响应时间快响应时间快。由此可以看出,不同的操作系统类型和用户要求,处由此可以看出,不同的操作系统类型和用户要求,处理机的理机的管理策略应该有所不同管理策略应该有所不同。衡量调度策略的指标衡量调度策略的指标周转时间周转时间一个作业从投入计算机到结束所使用一个作业从投入计算机到结束所使用的的时间时间。吞吐量吞吐量在给定的时间内,一个计算机系统所完在给定的时间内,一个计算机系统所完成的总的成的总的工作
3、量工作量。响应时间响应时间从用户向计算机发出指令到计算机将从用户向计算机发出指令到计算机将结果返回给用户需要的时间。结果返回给用户需要的时间。设备利用率设备利用率主要指输入输出设备的使用情况。主要指输入输出设备的使用情况。-小小-大大-短短-高高 第四章第四章 处理机调度处理机调度 4.1 分级调度分级调度4.2 作业调度作业调度 4.3 进程调度进程调度4.4 调度算法调度算法4.1 分级调度分级调度操作系统中一个程序运行相关的概念:操作系统中一个程序运行相关的概念:作作业、进程、线程业、进程、线程。它们是程序在计算机中。它们是程序在计算机中不同运行阶段的不同体现,为此应该有不不同运行阶段的
4、不同体现,为此应该有不同的调度程序。同的调度程序。程序的各种状态及相应的调度方式程序的各种状态及相应的调度方式 提交状态提交状态:一个作业从:一个作业从输入设备输入设备进入进入外存外存的过程叫做的过程叫做提交状态,这时的作业提交状态,这时的作业不能被调度不能被调度。后备状态后备状态:当一个作业的全部都已经进入了:当一个作业的全部都已经进入了输入井输入井,未运行之前未运行之前叫做后备状态(叫做后备状态(收容状态收容状态)。)。运行状态运行状态:作业调度程序从后备作业中选择一个作业:作业调度程序从后备作业中选择一个作业到到内存运行内存运行,并为它,并为它创建进程创建进程和和分配资源分配资源。这些被
5、选。这些被选中的作业处于执行状态,执行状态的作业并不一定占中的作业处于执行状态,执行状态的作业并不一定占用处理机,哪个进程占用处理机由进程调度程序决定。用处理机,哪个进程占用处理机由进程调度程序决定。这个状态中还包括:这个状态中还包括:就绪状态、执行状态就绪状态、执行状态和和等待状态等待状态。完成状态:完成状态:当作业运行完毕后,它所占用的资源并未当作业运行完毕后,它所占用的资源并未全部释放。全部释放。4.1 分级调度分级调度处理机调度分四个级别处理机调度分四个级别作业调度作业调度(高级高级):按一定的原则从作业输入):按一定的原则从作业输入井中选择作业,为其创建进程、分配资源,当井中选择作业
6、,为其创建进程、分配资源,当作业运行完毕后回收作业占用的资源。作业运行完毕后回收作业占用的资源。交换调度交换调度(中级中级):按某种策略将处于):按某种策略将处于外存外存交交换区的就绪进程调入换区的就绪进程调入内存内存、把内存中就绪状态、把内存中就绪状态或等待状态的进程调出内存。或等待状态的进程调出内存。4.1 分级调度分级调度处理机调度分四个级别处理机调度分四个级别进程调度进程调度(低级低级):按某种策略选择一个就绪):按某种策略选择一个就绪进程占用处理机,在确定了占用处理机的进程进程占用处理机,在确定了占用处理机的进程后,必须进行进程上下文切换,以便为运行进后,必须进行进程上下文切换,以便
7、为运行进程准备好执行环境。程准备好执行环境。线程调度线程调度(微级微级):负责各个线程的调度。):负责各个线程的调度。第四章第四章 处理机调度处理机调度 4.1 分级调度分级调度4.2 作业调度作业调度 4.3 进程调度进程调度4.4 调度算法调度算法 4.2 作业调度作业调度作业调度程序的功能作业调度程序的功能作业调度程序的目标和性能衡量作业调度程序的目标和性能衡量4.2.1 作业调度程序的功能作业调度程序的功能 记录已经进入系统的各个作业的情况记录已经进入系统的各个作业的情况。作业调度要。作业调度要记录作业进入系统时的一些记录作业进入系统时的一些信息信息,并跟踪作业在运,并跟踪作业在运行中
8、的状态行中的状态变化情况变化情况。这些信息记录在作业控制块。这些信息记录在作业控制块JCB,它,它建立和撤消建立和撤消都是由作业调度程序完成的。都是由作业调度程序完成的。选择作业。选择作业。从从输入井输入井中中选择选择符合符合“条件条件”的作业送的作业送到到内存内存的作业缓冲区中,使这些作业的状态由的作业缓冲区中,使这些作业的状态由“后后备备”状态变为状态变为“运行运行”状态。状态。4.2.1 作业调度程序的功能作业调度程序的功能 为被选中的作业做执行前的准备。为被选中的作业做执行前的准备。建立进程,建立进程,分配分配作业运行需要的资源作业运行需要的资源,如内存和外部设备。作业调,如内存和外部
9、设备。作业调度程序只能保证该作业具有使用处理机的资格度程序只能保证该作业具有使用处理机的资格,而,而不能分配处理机资源。不能分配处理机资源。作业运行结束后的善后处理和资源回收。作业运行结束后的善后处理和资源回收。统计作业统计作业的运行时间,作业执行状态等信息的输出。的运行时间,作业执行状态等信息的输出。撤消该撤消该作业的所有进程和该作业的作业的所有进程和该作业的JCB。作业调度程序的处理流程作业调度程序的处理流程例例 题题当作业进入完成状态,操作系统(当作业进入完成状态,操作系统()A 将删除该作业并收回其所占资源,同时输出将删除该作业并收回其所占资源,同时输出结果;结果;B收回其所占资源,输
10、出结果,并将该作业的收回其所占资源,输出结果,并将该作业的控制块从当前作业队列中删除;控制块从当前作业队列中删除;C 将收回该作业所占资源并输出结果;将收回该作业所占资源并输出结果;D 将输出结果并删除内存中的作业。将输出结果并删除内存中的作业。B4.2.2 作业调度算法的目标和性能衡量作业调度算法的目标和性能衡量调度目标:调度目标:1)对所有的作业应该是公平合理的。)对所有的作业应该是公平合理的。2)应使设备有较高的利用率。)应使设备有较高的利用率。3)单位时间内执行尽可能多的作业。)单位时间内执行尽可能多的作业。4)有快的响应时间。)有快的响应时间。由于这些目标的相互冲突,任一调度算法要想
11、同时由于这些目标的相互冲突,任一调度算法要想同时满足上述目标是不可能的。满足上述目标是不可能的。周转时间周转时间=作业完成时间作业完成时间 作业提交时间作业提交时间。Ti=Tei Tsi平均周转时间平均周转时间:注意:注意:一个作业的周转时间说明了它在系统内部停留的时间,应该包一个作业的周转时间说明了它在系统内部停留的时间,应该包括两部分:括两部分:等待时间等待时间和和执行时间。执行时间。Ti=Twi +Tri Twi:是作业由:是作业由后备状态后备状态到到执行状态执行状态的的等待时间等待时间,不包括作业,不包括作业进入执行状态后的等待时间。进入执行状态后的等待时间。Tri:是作业在:是作业在
12、执行状态执行状态的时间。的时间。4.2.2 作业调度算法的目标和性能衡量作业调度算法的目标和性能衡量 带权周转时间带权周转时间=作业的周转时间作业的周转时间 作业执行时间作业执行时间如果有多个作业同时进入系统,则如果有多个作业同时进入系统,则平均带权周转时间平均带权周转时间:4.2.2 作业调度算法的目标和性能衡量作业调度算法的目标和性能衡量一般来说,作业的平均周转时间短,说明作业在一般来说,作业的平均周转时间短,说明作业在系统系统的时间短的时间短,用户,用户等待的时间短等待的时间短,系统的,系统的利用率高利用率高,所以,所以,应该选择平均周转时间短的作业调度算法。应该选择平均周转时间短的作业
13、调度算法。Wi=Ti/Tri第四章第四章 处理机调度处理机调度 4.1 分级调度分级调度4.2 作业调度作业调度 4.3 进程调度进程调度4.4 调度算法调度算法 4.3 进程调度进程调度进程调度程序的功能进程调度程序的功能进程调度的时机进程调度的时机进程调度性能评价进程调度性能评价4.3.1 进程调度程序的功能进程调度程序的功能1)记录和保持系统中所有进程的有关情况和状态特记录和保持系统中所有进程的有关情况和状态特征征:由进程调度模块管理:由进程调度模块管理PCB表的内容,记录进表的内容,记录进程状态。程状态。2)选择占用处理机的进程选择占用处理机的进程:在处理机空闲时,根据:在处理机空闲时
14、,根据一定的原则选择一个进程来运行。一定的原则选择一个进程来运行。3)进行进程上下文切换:进行进程上下文切换:上下文切换时首先检查是上下文切换时首先检查是否可以做切换,然后否可以做切换,然后保存保存被切换进程的上下文,被切换进程的上下文,由由调度调度程序选择一个进程,装载该进程的上下文,程序选择一个进程,装载该进程的上下文,控制转向该进程,从刚控制转向该进程,从刚恢复恢复的程序计数器所指示的程序计数器所指示的指令地址开始执行。的指令地址开始执行。4.3.2 进程调度的时机进程调度的时机引起进程调度的原因有以下引起进程调度的原因有以下7类:类:一个进程一个进程完成其任务完成其任务时。时。执行中的
15、进程执行中的进程自己调用阻塞原语自己调用阻塞原语,进入等待状态。,进入等待状态。执行了一次执行了一次P操作操作,资源不满足;执行,资源不满足;执行V操作操作激活了等激活了等待队列的进程。待队列的进程。执行的进程执行的进程提出提出I/O请求请求后后被阻塞被阻塞。在分时系统中在分时系统中时间片已经用完时间片已经用完。执行完执行完系统调用系统调用,系统返回用户态之前,由于系统进,系统返回用户态之前,由于系统进程结束,需求调度新的进程。程结束,需求调度新的进程。在采用在采用可剥夺调度可剥夺调度方式的系统中,当具有更高优先级方式的系统中,当具有更高优先级的进程要求处理机时。的进程要求处理机时。【13年考
16、研年考研28题】题】下列选项中,会导致用户进程从用户态切换到内核态下列选项中,会导致用户进程从用户态切换到内核态的操作是的操作是()I.整数除以零整数除以零 II.sin()函数调用函数调用 III.read 系统调用系统调用 A.仅仅I、II B.仅仅I、III C.仅仅II、III D.I、II和和III B4.3.2 进程调度的时机进程调度的时机可剥夺方式:可剥夺方式:在就绪队列中一旦有优先级高于当前执行进程在就绪队列中一旦有优先级高于当前执行进程的进程存在便立即发生进程调度,转让处理机。的进程存在便立即发生进程调度,转让处理机。而而不可剥夺方式不可剥夺方式即使在就绪队列存在有优先级高于
17、当前执即使在就绪队列存在有优先级高于当前执行进程时,当前进程仍将继续占有处理机,直到该进程自己行进程时,当前进程仍将继续占有处理机,直到该进程自己因调用原语操作或等待因调用原语操作或等待I/O而进入阻塞状态,或时间片用完而进入阻塞状态,或时间片用完时才重新发生调度让出处理机。时才重新发生调度让出处理机。4.3.3 进程调度性能评价进程调度性能评价进程调度策略的好坏直接影响作业调度的性能。进程调度策略的好坏直接影响作业调度的性能。作业调度性能评价作业调度性能评价周转时间周转时间平均周转时间平均周转时间带权周转时间带权周转时间平均带权周转时间平均带权周转时间4.3.3进程调度性能评价进程调度性能评
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