实时系统的进程调度策略
实时系统的进程调度策略
摘要：本文说明实时系统的定义及分类。对各种实时系统进程调度策略进行了讨论，他们是基于优先级，基于比例共享，基于时间的进程调度算法，其中第一种是大多数实时系统采用的。再就四种实时操作系统采用的调度策略进行了分析比较，他们采用的策略是各种因素的折中。
1实时系统概述
1.1实时系统定义
POSIX标准对实时系统作了这样的定义：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。而一个更为大家接受的定义是：一个实时系统是指计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，也取决于结果产生的时间，如果系统的时间约束条件得不到满足，将会发生系统出错。
1.2实时系统分类
实时系统根据其对于实时性要求的不同，可以分为软实时和硬实时两种类型。硬实时系统就是系统必须及时地对事件做出反应，绝对不能发生错过事件处理或超出截止期的情况。例如控制火箭发射的系统；而在软实时系统中，当系统负载较高时允许发生少数事件处理错过截止期的情况，像实时多媒体系统就是一种软实时系统。
目前世界上比较有影响力的实时操作系统主要有Lynx实时系统公司的LynxOS、QNX软件系统有限公司的QNX以及两种具有代表性的实时Linux--新墨西哥工学院的RT－Linux和堪萨斯大学的KURT－Linux。
2实时系统调度策略
一个计算机系统为了提供对于实时性的支持，它的操作系统必须对于CPU 和其他资源进行有效的调度和管理。调度算法实际上就是系统所采取的调度策略。下面将先从分类的角度对各种实时任务调度算法进行讨论，再就以上提及的四种实时操作系统采用的调度策略分析比较。
各种实时操作系统的实时调度算法可以分为如下三种类别：基于优先级的调度算法
（Priority-driven scheduling-PD）、基于CPU使用比例的共享式的调度算法（Share-driven scheduling-SD）、以及基于时间的进程调度算法（Time-driven scheduling-TD），其中第一种算法是大多数实时系统所采用的。下面对这三种调度算法逐一进行介绍。
2.1. 基于优先级的调度算法
基于优先级的调度算法给每个进程分配一个优先级，在每次进程调度时，调度器总是调度那个具有最高优先级的任务来执行。根据不同的优先级分配方法，基于优先级的调度算法可以分为如下两种类型：
●静态优先级调度算法：
这种调度算法给那些系统中得到运行的所有进程都静态地分配一个优先级。它是在系统开始运行前进行调度的,严格的静态调度在系统运行时无法对任务进行重新调度.静态优先级的分配可以根据应用的属性来进行，比如任务的周期，用户优先级，或者其它的预先确定的策略。静态调度算法实现简单,调度的额外开销小,在系统超载时可预测性好. 但也具有很大的局限性,例如资源利用率低、受系统支持的优先级个数限制以及灵活性和自适应性差等. 下面介绍两种常见的静态调度算法.
?速率单调调度( Rate Monotonic Scheduling)
RMS算法将最高优先级赋予最高执行频率的任务,以单调的顺序对剩余的任务分配优先级. 由于采用抢占式的调度方式,高优先级的任务就绪后立即抢占正在运行的任务.
RMS 算法的优点是开销小,灵活性好,可调度性测试简单. 在任务的截至时间等于其周期的条件下,速率单调算法已被证明是静态最优的调度算法.
?截止时间单调调度( Deadline Monotonic Scheduling)
DMS算法是在速率单调调度的基础上发展起来的.不同的是任务的优先级按截止时间来分配. 截止时间短的任务优先级高,截止时间长的任务优先级低.截止时间调度具有与速率单调算法相同的优点. 但DMS 算法放松了对任务的周期必须等于其截止时间的限制. 在任务的截止时间小于或等于其周期的情况下,DMS 已被证明是静态最优的调度算法.
●动态优先级调度算法：
这种调度算法根据任务的资源需求来动态地分配任务的优先级，其目的就是在资源分配和调度时有更大的灵活性。非实时系统中就有很多这种调度算法，比如短作业优先的调度算法。下面介绍两种常见的动态调度算法
?最早截止时间优先算法( Earliest Deadline First)
抢占式EDF 调度算法是一个动态优先级驱动的调度算法,其中分配给每个任务的优先级根据它们当前对最终期限的要求而定. 当前请求的最终期限最近的任务具有最高的优先级,而请求最终期限最远的任务被分配最低优先级. 这个算法能够保证在出现某个任务的最终期限不能满足之前,不存在处理器的空闲时间.
抢占式EDF 调度算法最大的优势在于,对于任何给定的任务集,只要处理器的利用率不超过100 % ,就能够保证它的可调度性. EDF 算法在系统的负载相对较低时非常有效. 但在系统负载较重时,系统性能急剧下降,引起大量任务错过截止期,甚至可能导致CPU 时间大量花费在调度上, 在这时系统的性能还不如FIFO方法.
最小松弛时间算法(Least Slack Time First)
LSF 算法计算任务的松弛时间,其中松弛时间为任务截止时间与剩余执行时间之差.
该算法在任意时刻把最高优先级分配给具有最小松弛时间的任务,以此来保证紧急任务的优先执行. 然而,由于等待任务的松弛时间是严格递减的,其等待执行的缓急程度也随时间越来越紧迫,因此在系统执行过程中,等待任务随时可能会抢占当前执行的任务.LSF 算法造成抖动现象较为严重. 抖动现象增大了系统开销,并限制了LSF 算法的应用.
2.2. 基于比例共享调度算法
前面所述算法是硬实时操作系统的调度，对于软实时应用，使用的是比例共享式的资源调度算法（SD 算法）。
比例共享调度算法指基于CPU 使用比例的共享式的调度算法，其基本思想就是按照一定的权重（比例）对一组需要调度的任务进行调度，让它们的执行时间与它们的权重完全成正比。
比例共享调度算法可以分为以下几个类别：轮转法、公平共享、公平队列、彩票调度法（Lottery）等。
比例共享调度算法的一个问题就是它没有定义任何优先级的概念；所有的任务都根据它们申请的比例共享CPU 资源，当系统处于过载状态时，所有的任务的执行都会按比例地变慢。所以为了保证系统中实时进程能够获得一定的CPU 处理时间，一般采用一种动态调节进程权重的方法。
2.3. 基于时间的进程调度算法
对于那些具有稳定、已知输入的简单系统，可以使用时间驱动（Time-driven:TD）的调度算法，它能够为数据处理提供很好的预测性。这种调度算法本质上是一种设计时就确定下来的离线的静态调度方法。在系统的设计阶段，在明确系统中所有的处理情况下，对于各个任务的开始、切换、以及结束时间等就事先做出明确的安排和设计。这种调度算法适合于那些很小的嵌入式系统、自控系统、传感器等应用环境。
这种调度算法的优点是任务的执行有很好的可预测性，但最大的缺点是缺乏灵活性，并且会出现有任务需要被执行而CPU 却保持空闲的情况。
应用举例
以上算法都有各自适应的场合，也存在一定的局限性，在商业产品中采用的实际策略常常是各种因素的折中。以下列举上文提及的四种操作系统的调度策略
●QNX 提供POSIX.1b标准进程调度：
32个进程优先级；
抢占式的、基于优先级的正文切换；
可选调度策略：FIFO、轮转策略、适应性策略。
●LynxOS 其调度策略为：
LynxOS支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级；
硬实时优先级调度：在每个优先级上实现了轮转调度、定量调度和FIFO调度策略；
快速正文切换和阻塞时间短；
抢占式的RTOS核心。
●RT－Linux
在操作系统之下实现了一个简单的实时核心，Linux本身作为一个可抢占的任务在核内运行，优先级最低，随时会被高优先级任务抢占。
用户可自行编写调度程序，它们可实现为可加载的核心模块；
已实现的调度程序有：基于优先级的抢占式调度和EDF调度；
基于优先级的调度使用"单调率算法"，它直接支持周期任务。
●KURT－Linux
可运行在两种状态之下：通常状态和实时状态。在通常状态下，所有进程都可以运行，但某些核心服务将带来中断屏蔽的不可预期性。实时模式只允许实时进程运行。
支持FIFO调度策略、轮转调度策略和UNIX分时调度策略；
增加了SCHED－KURT调度策略，这是一种静态调度策略，使用一个特殊的调度文件记录预先定义好的待调度进程的参数。
结语
本文先说明实时系统的定义，列举目前有影响力的实施操作系统。再从分类的角度对各种实时系统进程调度策略进行了讨论，他们是基于优先级，基于比例共享，基于时间的进程调度算法，第一种是大多数实时系统采用的。再就四种实时操作系统采用的调度策略进行了分析比较，他们采用的策略是各种因素的折中。
随机进程调度算法
《操作系统原理》实验报告 实验名称：Linux随机进程调度算法实现 班级： 学号： 姓名： 日期： 2012/12/31
一、实验名称 Linux随机进程调度算法实现 二、所属课程名称 《操作系统原理》 三、实验原理 linux 0.11内核目录linux/kernel中的sched.c函数是内核中进程调度管理的程序，其中schedule()函数负责选择系统中下一个要运行的进程。 schedule()函数首先对所有任务（进程）进行检测，唤醒任何一个已经得到信号的进程。具体方法是任务数组中的每个进程，检查其报警定时值alarm。如果进程的alarm时间已经过期（alarm NR_TASKS：系统能容纳的最大进程数(64个)； task[]：任务（进程）数组； 更改代码如下：（linux 0.11内核目录下linux/kernel/sched.c 源文件的scheduling（）函数while（1）循环）while (1) { //定义c用来判断系统中是否可运行的任务（进程）存在; c=-1; //c初值设为-1，默认不存在可运行进程; next = 0;//next记录下一个即将运行的进程; i=jiffies % NR_TASKS+1; //i的值是随机产生的; p=&task[i];//p指向在task表中下标为i的进程； while (--i) { //遍历task[]； if(!*--p)continue; //如果task[i]不包含进程，跳过； //如果task[i]包含进程且该进程处于就绪状态，记录 //该任务（进程）序号，跳出无限循环while(1),转向 //switch_to()函数执行该任务（进程）； if ((*p)->state == TASK_RUNNING) { next = i; c=i; break; } } if (c) break;//如果没有任何任务(进程)要执行，则跳出， //转向switch_to()，执行0号进程(idle)。 } 实验2、1 进程调度 一、 实验目的 多道程序设计中,经常就是若干个进程同时处于就绪状态,必须依照某种策略来决定那个进程优先占有处理机。因而引起进程调度。本实验模拟在单处理机情况下的处理机调度问题,加深对进程调度的理解。 二、 实验要求 1． 设计进程调度算法,进程数不定 2． 包含几种调度算法,并加以实现 3． 输出进程的调度过程——进程的状态、链表等。 三、 参考例 1．题目——优先权法、轮转法 简化假设 1） 进程为计算型的(无I/O) 2） 进程状态:ready 、running 、finish 3） 进程需要的CPU 时间以时间片为单位确定 2．算法描述 1） 优先权法——动态优先权 当前运行进程用完时间片后,其优先权减去一个常数。 2） 轮转法 四、 实验流程图 开始 键盘输入进程数n,与调度方法的选择 优先权法？ 轮转法 产生n 个进程,对每个进程产生一个PCB,并用随机数产生进程的优先权及进程所需的CPU 时间 按优先权大小,把n 个进程拉成一个就绪队列 撤销进程就绪队列为空？ 结束 N Y Y 注意: 1．产生的各种随机数的取值范围加以限制,如所需的CPU 时间限制在1~20之间。 2．进程数n 不要太大通常取4~8个 3．使用动态数据结构 4．独立编程 5．至少三种调度算法 6．若有可能请在图形方式下,将PCB 的调度用图形成动画显示。 五.实验过程: (1)输入:进程流文件(1、txt),其中存储的就是一系列要执行的进程, 每个作业包括四个数据项: 进程名 进程状态(1就绪 2等待 3运行) 所需时间 优先数(0级最高) 进程0 1 50 2 进程1 2 10 4 进程2 1 15 0 进程3 3 28 5 进程4 2 19 1 进程5 3 8 7 输出: 进程执行流等待时间,平均等待时间 本程序包括:FIFO 算法,优先数调度算法,时间片轮转调度算法 产生n 个进程, 的时间片数,已占用CPU 的时间片数置为0 按进程产生的先后次序拉成就绪队列链 =0？ 撤销该进程 就绪队列为空不？ =轮转时间片数？ N Y Y Y 结束 N 计算机操作系统进程调度实验研究报告 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 操作系统实验题：设计一若干并发进程的进程调度程序 一、实验目的 无论是批处理系统、分时系统还是实时系统，用户进程数一般都大于处理机数，这将导致用户进程互相争夺处理机。这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理及分配给处于就绪队列中的某一进程，以使之执行。进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法编写和调试一个简单的进程调度程序。通过本实验可以加深理解有关进程控制块、进程队列的概念。并体会了优先数和先来先服务调度算法的具体实施办法。 二、实验要求 用高级语言编写和调试一个进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解． 三、实验内容 进程调度算法：采用最高优先数优先的调度算法（即把处理机分配给优先数最高的进程）和先来先服务算法（将用户作业和就绪进程按提交顺序或变为就绪状态的先后排成队列，并按照先来先服务的方式进行调度处理）。 每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块可以包含如下信息：进程名、优先数、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。 进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定（也可以由随机数产生）。进程的到达时间为进程输入的时间。 进程的运行时间以时间片为单位进行计算。 每个进程的状态可以是就绪W（Wait）、运行R（Run）、或完成F（Finish）三种状态之一。 就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1来表示。 如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待CPU。 每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的PCB，以便进行检查。重复以上过程，直到所要进程都完成为止。 四、实验算法流程 四种实时操作系统特性进行分析和比较 https://www.360docs.net/doc/d818011898.html,2006年11月18日21:55ChinaByte 本文对四种实时操作系统(RTOS)特性进行分析和比较。它们是:Lynx实时系统公司的LynxOS、QNX软件系统有限公司的QNX以及两种具有代表性的实时Linux——新墨西哥工学院的RT-Linux和堪萨斯大学的KURT-Linux。 近年来，实时操作系统在多媒体通信、在线事务处理、生产过程控制、交通控制等各个领域得到广泛的应用，因而越来越引起人们的重视。 基本特征概述 *QNX是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。它遵循POSIX.1 (程序接口)和POSIX.2(Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(实时扩展)。它最早开发于1980年，到现在已相当成熟。 *LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时 操作系统，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c标准。它最早开发于1988年。 *RT-Linux是一个嵌入式硬实时操作系统，它部分支持POSIX.1b标准。 *KURT-Linux不是为嵌入式应用设计的，不同于硬(hard)实时/软(soft)实时应用，他们提出“严格(firm)”实时应用的概念，如一些多媒体应用和ATM网络应用，KURT是为这样一些应用设计的“严格的”实时系统。 体系结构异同 实时系统的实现多为微内核体系结构，这使得核心小巧而可靠，易于ROM固化，并可模块化扩展。微内核结构系统中，OS服务模块在独立的地址空间运行，所以，不同模块的内存错误便被隔离开来。但它也有弱点，进程间通信和上下文切换的开销大大增加。相对于大型集成化内核系统来说，它必须靠更多地进行系统调用来完成相同的任务。 *QNX是一个微内核实时操作系统，其核心仅提供4种服务:进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大约为12Kb)而且运行速度极快。 *LynxOS目前还不是一个微内核结构的操作系统，但它计划使用所谓的“Galaxy”技术将其从大型集成化内核改造成微内核，这一技术将在LynxOS 3.0中引入。新的28Kb微内核提供以下服务:核心启动和停止、底层内存管理、出错处理、中断处理、多任务、底层同步和互斥支持。 一．名词解释 抢占式进程调度进程状态系统调用中断响应线程联想存储器死锁通道地址重定位高速缓存可再入程序 抖动索引文件作业控制块目录项设备驱动程序虚存逻辑空间物理空间 二．填空题 1．现代操作系统的两个最基本的特征是（），（），（）和（） 2．操作系统是计算机系统中的一个（），它管理和控制计算机系统中的（）3．允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为（），允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为（），计算机系统能及时处理过程控制数据并做出响应的操作系统称为（）。 4．用户与操作系统之间的接口主要分为（）和（）两类。 5．进程控制块的初始化工作包括（），（）和（）。 6．在操作系统中引入线程概念的主要目的是（）。 7．程序并发执行与顺序执行时相比产生了一些新特性，分别是：（），（）和（）。 8．进程是一个程序对某个数据集的（）。 9．如果系统有N个进程，则在等待队列中进程的个数最多可为（）个。 10．在操作系统中，不可中断执行的操作称为（）。 11．如果信号量的当前值为-4，则表示（）。 12．在有M个进程的系统中出现死锁时，死锁进程的个数K应该满足的条 件是（）。 13．不让死锁发生的策略可以分为静态和动态的两种，死锁避免属于（）。 14．若使当前运行进程总是优先级最高的，应选择（）进程调度算法。 15．在进程中，访问（）的代码称为临界区。为保证进程（）使用临界区，应在进程的临界区前设置（），在临界区后设置（）。 16．在采用请求分页式存储管理的系统中，地址变换可能会因为（），（），和（） 等原因而产生中断。 17．在可变分区存储管理中，分区的保护通常采用（）和（）两种方式。 18．在分区分配算法中，首次适应算法倾向于优先利用存中（）部分的空闲分区，从而保留了（）部分的大空闲区。 19．不让死锁发生的策略可以分为静态和动态的两种，死锁避免属于（）。 20．若使当前运行进程总是优先级最高的，应选择（）进程调度算法。 21．缓冲区由（）和（）组成？ 22．进行设备分配时所需的数据表格主要由（），（），（）和（）等。 23．设备管理中引入缓冲机制的主要原因由（），（）和（） 24．使用位示图（２０行，３０列）表示空闲盘块状态。当分配一个盘块号为１３２号时，其在位示图中的行，列数为（），（）。当释放一个盘块号为３１８时，其所在位示图中的行，列数位（），（）。（注：行为０－――１９，列为０－――２９，首盘块号为１）。 武汉理工大学华夏学院课程设计报告书 课程名称：操作系统原理 题目：时间片轮转进程调度模拟算法的实现系名：信息工程系 专业班级：计算机1132班 姓名：李杰 学号： 10210413209 指导教师: 司晓梅 2015年 6 月 26日 武汉理工大学华夏学院信息工程系 课程设计任务书 课程名称：操作系统原理课程设计指导教师：司晓梅 班级名称：计算机1131-2 开课系、教研室：自动化与计算机 一、课程设计目的与任务 操作系统课程设计是《操作系统原理》课程的后续实践课程，旨在通过一周的实践训练， 加深学生对理论课程中操作系统概念，原理和方法的理解，加强学生综合运用操作系统原理、 Linux系统、C语言程序设计技术进行实际问题处理的能力，进一步提高学生进行分析问题 和解决问题的能力，包含系统分析、系统设计、系统实现和系统测试的能力。 学生将在指导老师的指导下，完成从需求分析，系统设计，编码到测试的全过程。 二、课程设计的内容与基本要求 1、课程设计题目 时间片轮转进程调度模拟算法的实现 2、课程设计内容 用c/c++语言实现时间片轮转的进程调度模拟算法。要求： 1．至少要有5个以上进程 2．进程被调度占有CPU后，打印出该进程正在运行的相关信息 提示: 时间片轮转调度算法中，进程调度程序总是选择就绪队列中的第一个进程，也就是说按照先来先服务原则调度，但一旦进程占用处理机则仅使用一个时间片。在使用完一个时间片后，进程还没有完成其运行，它必须释放出处理机给下一个就绪的进程，而被抢占的进程返回到就绪队列的末尾重新排队等待再次运行。 1）进程运行时，只打印出相关提示信息，同时将它已经运行的时间片加1就可以了。 2）为进程设计出PCB结构。PCB结构所包含的内容，有进程名、进程所需运行时间、已运行时间和进程的状态以及指针的信息等。 3、设计报告撰写格式要求： 1设计题目与要求 2 设计思想 3系统结构 4 数据结构的说明和模块的算法流程图 5 使用说明书（即用户手册）：内容包含如何登录、退出、读、写等操作说明 6 运行结果和结果分析（其中包括实验的检查结果、程序的运行情况） 操作系统实验报告（二） 实验题目：进程调度算法 实验环境：C++ 实验目的：编程模拟实现几种常见的进程调度算法，通过对几组进程分别使用不同的调度算法，计算进程的平均周转时间和平均带权周转时间，比较 各种算法的性能优劣。 实验内容：编程实现如下算法： 1.先来先服务算法； 2.短进程优先算法； 3.时间片轮转调度算法。 设计分析： 程序流程图： 1.先来先服务算法 开始 初始化PCB，输入进程信息 各进程按先来先到的顺序进入就绪队列 结束 就绪队列？ 运行 运行进程所需CPU时间 取消该进程 2.短进程优先算法 3.时间片轮转调度算法 实验代码： 1.先来先服务算法 #include int atime; //进程到达时间 int runtime; //进程运行时间 }fcs; void main() { int amount,i,j,diao,huan; fcs f[n]; cout<<"请输入进程个数:"< 前言 操作系统（Operating System，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。 操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为其它应用软件提供支持，让计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，提供各种形式的用户界面，使用户有一个好的工作环境，为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口等。实际上，用户是不用接触操作系统的，操作系统管理着计算机硬件资源，同时按照应用程序的资源请求，分配资源，如：划分CPU时间，内存空间的开辟，调用打印机等。 操作系统的主要功能是资源管理，程序控制和人机交互等。计算机系统的资源可分为设备资源和信息资源两大类。设备资源指的是组成计算机的硬件设备，如中央处理器，主存储器，磁盘存储器，打印机，磁带存储器，显示器，键盘输入设备和鼠标等。信息资源指的是存放于计算机内的各种数据，如系统软件和应用软件等。 操作系统位于底层硬件与用户之间，是两者沟通的桥梁。用户可以通过操作系统的用户界面，输入命令。操作系统则对命令进行解释，驱动硬件设备，实现用户要求。 本次课程设计我们将对上学期所学的知识进行系统的应用，而达到巩固知识的作用 目录 1问题概述 (2) 2需求分析 (2) 3 概要设计 (2) 3.1主要功能 (2) 3.2 模块功能结构 (3) 3.3 软硬件环境 (3) 3.4数据结构设计 (3) 4 详细设计 (4) 4.1“先来先服务（FCFS）调度算法” (4) 4.2“短进程调度算法（SPF）” (7) 4.3“高响应比优先调度算法” (10) 4.4“优先级调度（非抢占式）算法” (14) 5 系统测试及调试 (16) 5.1测试 (16) 5.2调试过程中遇到的问题 (17) 6 心得体会 (18) 7 参考文献 (19) 8 附录 (20) 课程名称：实验项目：实验地点： 专业班级：学生姓名：指导教师： 本科实验报告 操作系统B 进程调度程序设计 学号：2011 年11 月 目录 进程调度程序设计 一、实验目的和要求 (1) 二、实验内容及原理 (1) 三、实验仪器设备 (3) 四、操作方法与实验步骤 (3) 五、实验数据记录和处理 (3) 六、实验结果与分析 (10) 七、实验感想 (11) 实验二 一、实验目的和要求 （一） 目的 进程调度程序设计 进程是操作系统最重要的概念之一，进程调度是操作系统的主要内容，本实验要求 学生独立地用高级语言编写一个进程调度程序，调度算法可任意选择或自行设计，本实验 可使学生加深对进程调度和各种调度算法的理解。 （二） 要求 1． 设计一个有几个进程并发执行的进程调度程序，每个进程由一个进程控制块(PCB) 表示，进程控制块通常应包括下述信息：进程名，进程优先数，进程需要运行的时间，占 用 CPU 的时间以及进程的状态等，且可按照调度算法的不同而增删。 2． 调度程序应包含 2—3 种不同的调度算法，运行时可以任选一种，以利于各种方法 的分析和比较。 3． 系统应能显示或打印各进程状态和参数的变化情况，便于观察。 二、实验内容及原理 1． 本程序可选用优先数法或简单轮转法对五个进程进行调度。每个进程处于运行 R(run)、就绪 W(wait)和完成 F(finish)三种状态之一，并假定起始状态都是就绪状态 W 。 为了便于处理，程序中进程的运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮 转时间片数、以及进程需要运行的时间片数，均由伪随机数发生器产生。 进程控制块结构如表 2-1 所示： 表 2-1 PCB 进程控制块链结构如图 2-1 所示： 图 2-1 进程控制块链结构 其中：RUN —当前运行进程指针； 进程标识符 链指针 优先数/轮转时间片数 占用 CPU 时间片数 进程所需时间片数 进程状态 一．课程概述 1.1.设计构想 程序能够完成以下操作：创建进程：先输入进程的数目，再一次输入每个进程的进程名、运行总时间和优先级，先到达的先输入；进程调度：进程创建完成后就选择进程调度算法，并单步执行，每次执行的结果都从屏幕上输出来。 1.2.需求分析 在多道程序环境下，主存中有着多个进程，其数目往往多于处理机数目，要使这多个进程能够并发地执行，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处理机调度程序完成的。由于处理机是最重要的计算机资源，提高处理机的利用率及改善系统必（吞吐量、响应时间），在很大程度上取决于处理机调度性能的好坏，因而，处理机调度便成为操作系统设计的中心问题之一。本次实验在VC++6.0环境下实现先来先服务调度算法，短作业优先调度算法，高优先权调度算法，时间片轮转调度算法和多级反馈队列调度算法。 1.3.理论依据 为了描述和管制进程的运行，系统为每个进程定义了一个数据结构——进程控制块PCB(Process Control Block),PCB中记录了操作系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全部信息，系统总是通过PCB对进程进行控制，亦即，系统是根据进程的PCB 而不是任何别的什么而感知进程的存在的，PCB是进程存在的惟一标志。本次课程设计用结构体Process代替PCB的功能。 1.4.课程任务 一、用C语言（或C++）编程实现操作模拟操作系统进程调度子系统的基本功能；运用多 种算法实现对进程的模拟调度。 二、通过编写程序实现进程或作业先来先服务、高优先权、按时间片轮转、短作业优先、多 级反馈队列调度算法，使学生进一步掌握进程调度的概念和算法，加深对处理机分配的理解。 三、实现用户界面的开发 实验三进程调度模拟程序 1. 目的和要求 1.1. 实验目的 用高级语言完成一个进程调度程序，以加深对进程的概念及进程调度算法的理解。 1.2. 实验要求 1.2.1例题：设计一个有N个进程并发执行的进程调度模拟程序。 进程调度算法：采用最高优先级优先的调度算法（即把处理机分配给优先级最高的进程）和先来先服务（若优先级相同）算法。 (1). 每个进程有一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块包含如下信息：进程名、优先级、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。 (2). 进程的优先级及需要的运行时间可以事先人为地指定，进程的运行时间以时间片为单位进行计算。 (3). 每个进程的状态可以是就绪r（ready）、运行R（Running）、或完成F（Finished）三种状态之一。 (4). 就绪进程获得CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1来表示。 (5). 如果运行一个时间片后，进程的已占用CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时应将进程的优先数减1（即降低一级），然后把它插入就绪队列等待调度。 (6). 每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列中各个进程的PCB，以便进行检查。 (7). 重复以上过程，直到所要进程都完成为止。 思考：作业调度与进程调度的不同？ 1.2.2实验题A：编写并调试一个模拟的进程调度程序，采用“最高优先数优先”调度算法对N（N不小于5）个进程进行调度。 “最高优先级优先”调度算法的基本思想是把CPU分配给就绪队列中优先数最高的进程。 (1). 静态优先数是在创建进程时确定的，并在整个进程运行期间不再改变。 (2). 动态优先数是指进程的优先数在创建进程时可以给定一个初始值，并且可以按一定规则修改优先数。例如：在进程获得一次CPU后就将其优先数减少1，并且进程等待的时间超过某一时限（2个时间片时间）时增加其优先数等。 (3). （**）进程的优先数及需要的运行时间可以事先人为地指定，（也可以由随机数产生）。 (4). （**）在进行模拟调度过程可以创建（增加）进程，其到达时间为进程输入的时间。 0． 《计算机操作系统2》实验报告 实验一题目：操作系统的进程调度 姓名：学号：12125807 实验日期：2014.12 实验要求： 1.设计一个有n个进程工行的进程调度程序。每个进程由一个进程控制块（PCB）表示。 进程控制块通常应包含下述信息：进程名、进程优先数、进程需要运行的时间、占用CPU的时间以及进程的状态等，且可按调度算法的不同而增删。 2.调度程序应包含2～3种不同的调度算法，运行时可任意选一种，以利于各种算法的分 析比较。 3.系统应能显示或打印各进程状态和参数的变化情况，便于观察诸进程的调度过程 实验目的： 1.进程是操作系统最重要的概念之一，进程调度又是操作系统核心的主要内容。本实习要 求学生独立地用高级语言编写和调试一个简单的进程调度程序。调度算法可任意选择或自行设计。例如，简单轮转法和优先数法等。本实习可加深对于进程调度和各种调度算法的理解。 实验内容： 1.编制和调试示例给出的进程调度程序，并使其投入运行。 2.自行设计或改写一个进程调度程序，在相应机器上调试和运行该程序，其功能应该不亚 于示例。 3.直观地评测各种调度算法的性能。 示例： 1．题目 本程序可选用优先数法或简单轮转法对五个进程进行调度。每个进程处于运行R(run)、就绪W(wait)和完成F(finish)三种状态之一，并假设起始状态都是就绪状态W。为了便于处理，程序进程的运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮转时间片数、以及进程需要运行的时间片数，均由伪随机数发生器产生。 进程控制块结构如下： PCB 进程标识数 链指针 优先数/轮转时间片数 占用CPU时间片数 进程所需时间片数 进程状态 进程控制块链结构如下： 其中：RUN—当前运行进程指针； HEAD—进程就绪链链首指针； TAID—进程就绪链链尾指针。 2．算法与框图 (1) 优先数法。 进程就绪链按优先数大小从高到低排列，链首进程首先投入运行。每过一个时间片，运行进程所需运行的时间片数减1，说明它已运行了一个时间片，优先数也减3，理由是该进程如果在一个时间片中完成不了，优先级应该降低一级。接着比较现行进程和就绪链链首进程的优先数，如果仍是现行进程高或者相同，就让现行进程继续进行，否则，调度就绪链链首进程投入运行。原运行进程再按其优先数大小插入就绪链，且改变它们对应的进程状态，直至所有进程都运行完各自的时间片数。 (2) 简单轮转法。 进程就绪链按各进程进入的先后次序排列，进程每次占用处理机的轮转时间按其重要程度登入进程控制块中的轮转时间片数记录项（相当于优先数法的优先数记录项位置）。每过一个时间片，运行进程占用处理机的时间片数加1，然后比较占用处理机的时间片数是否与该进程的轮转时间片数相等，若相等说明已到达轮转时间，应将现运行进程排到就绪链末尾，调度链首进程占用处理机，且改变它们的进程状态，直至所有进程完成各自的时间片。(3) 程序框图如下图所示。 #include t->next=q;//创建就绪进程队列 t=q; } i++; }//while循环 return p; }//输入模拟测试的进程名和执行所需时间，初始设置可模拟5个进程的调度 void display(pcb*p){ cout<<"name"<<" "<<"cputime"<<" "<<"needtime"<<" "<<"priority"<<" "<<"shate"< Linux系统进程调度 姓名: 班级: 学号： 摘要 Linux 自出现以来以惊人的速度在服务器和桌面系统中获得了成功。本文介绍了现代操作系统常见进程调度算法以及linux2.6.32中进程调度的策略并根据具体例子对Linux进程调度过程进行了具体分析。 一、最常用的操作系统调度算法有以下几种; 1.先来先服务调度算法 调度程序按照进程在就绪队列中的提交顺序或变为就绪状态的先后进行调度,是一种最普遍和最简单的方法,所需的系统开销最小。该算法对所有的进程一视同仁,不能反映对实时进程或特殊要求的进程的特殊处理,在实际操作系统中,很少单独使用该算法,而是和其它一些算法配合起来使用。 2.高优先权优先调度算法 1 优先权类型。 1)静态优先权，他是在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变。 2)动态优先权，他是在创建进程时所赋予的优先权，是可以随进程的推进或随其等待时间的增加而改变的，以便获得更好的调度性能。 2优先权调度算法的类型。 1)非抢占式优先权算法。在这种方式下，系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后，该进程便一直执行下去，直至完成；或因发生某事件使该进程放弃处理机时，系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。 2)抢占式优先权调度算法。这种方式下，系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但在其执行期间，只要又出现了另一个其优先权更高的进程，进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行，重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。 3.时间片的轮转调度算法 时间片轮转法一般用于进程调度，每次调度，把CPU分配队首进程，并令其执行一 第三章处理机调度与死锁 1，高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？ 【解】（1）高级调度主要任务是用于决定把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存，并为它们创建进程，分配必要的资源，然后再将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。（2）低级调度主要任务是决定就绪队列中的哪个进程将获得处理机，然后由分派程序执行把处理机分配给该进程的操作。（3）引入中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量。为此，应使那些暂时不能运行的进程不再占用宝贵的内存空间，而将它们调至外存上去等待，称此时的进程状态为就绪驻外存状态或挂起状态。当这些进程重又具备运行条件，且内存又稍有空闲时，由中级调度决定，将外存上的那些重又具备运行条件的就绪进程重新调入内存，并修改其状态为就绪状态，挂在就绪队列上，等待进程调度。 3、何谓作业、作业步和作业流？ 【解】作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。 作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流；在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。 4、在什么情冴下需要使用作业控制块JCB？其中包含了哪些内容？ 【解】每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个作业控制块JCB，根据作业类型将它插入到相应的后备队列中。 JCB 包含的内容通常有：1) 作业标识2)用户名称3)用户账户4)作业类型（CPU 繁忙型、I/O芳名型、批量型、终端型）5)作业状态6)调度信息（优先级、作业已运行）7)资源要求8)进入系统时间9) 开始处理时间10) 作业完成时间11) 作业退出时间12) 资源使用情况等 5．在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业？ 【解】作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。 7．试说明低级调度的主要功能。 【解】（1）保存处理机的现场信息（2）按某种算法选取进程（3）把处理机分配给进程。 8、在抢占调度方式中，抢占的原则是什么？ 【解】剥夺原则有：（1）时间片原则各进程按时间片运行，当一个时间片用完后，便停止该进程的执行而重新进行调度。这种原则适用于分时系统、大多数实时系统，以及要求较高的批处理系统。（2）优先权原则通常是对一些重要的和紧急的作业赋予较高的优先权。当这种作业到达时，如果其优先权比正在执行进程的优先权高，便停止正在执行的进程，将处理机分配给优先权高的进程，使之执行。（3）短作业（进程）优先原则当新到达的作业（进程）比正在执行的作业（进程）明显地短时，将剥夺长作业（进程）的执行，将处理机分配给短作业（进程），使之优先执行。 9、选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？ 【解】应遵循的准则有（1）面向用户的准则：周转时间短，响应时间快，截止时间的保证，优先权准则。（2）面向系统的准则：系统吞吐量高，处理机利用率好，各类资源的平衡利用。 10、在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程（作业）调度算法？ 【解】 批处理系统：FCFS算法、最小优先数优先算法、抢占式最小优先数优先算法 2 分时系统：可剥夺调度、轮转调度 实时系统：时间片轮转调度算法、非抢占优先权调度算法、基于时钟中断抢占的优先权调度算法、立即抢占的优先权调度。 11、何谓静态和动态优先权？确定静态优先权的依据是什么？ 【解】静态优先权是在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变。动态优先权是指，在创建进程时所赋予的优先权，是可以随进程的推进或随其等待时间的增加而改变的，以便获得更好的调度性能。确定静态优先权的依据是：（1）进程类型，通常系统进程的优先权高于一般用户进程的优先权。（2）进程对资源的需要。（3）用户要求，用户进程的紧迫程度及用户所付费用的多少来确定优先权的。 12、试比较FCFS和SPF两种进程调度算法。 【解】FCFS算法按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派CPU。当前作业或进程占有CPU，直到执行完或阻塞，才让出CPU。在作业或进程唤醒后，并不立即恢复执行，通常等到当前作业或进程让出CPU。FCFS比较有利于长作业，而不利于短作业；有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O繁忙的作业。SPF有利于短进程调度，是从就绪队列中选出一估计运行时间最短的进 设计性实验报告 一、实验目的 1.在Linux下用C语言编程模拟优先级进程调度算法和时间片轮转进程调度算法。 2.为了清楚地观察每个进程的调度过程，每次调度程序应将各个进程的情况显示出来。 二、总体设计（设计原理、设计方案及流程等） 1、优先级进程调度算法 采用动态优先级进程调度算法，其基本思想是每次调度总是把处理机分配给优先级最高的进程，同时在运行过程中进程的优先级随着执行或等待的时间而降低或增加。 在该实验中每个进程用一个进程控制块（ PCB）表示。进程控制块包含如下信息：进程号，进程名、优先数、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态。进程号，名字，优先数，运行的时间，事先人为地指定。每个进程的状态可以是就绪，执行，阻塞或完成4种状态之一。 就绪进程获得 CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1来表示。就绪队列中的进程在等待一个时间片后，优先级增1。如果运行一个时间片后，进程的已占用 CPU时间已达到所需要的运行时间，则撤消该进程，如果运行一个时间片后进程的已占用CPU时间还未达所需要的运行时间，也就是进程还需要继续运行，此时将进程的优先级减1，然后把它插入就绪队列等待CPU。 2、时间片轮转调度算法 采用简单时间片轮转调度算法，其基本思想是：所有就绪进程按 FCFS排成一个队列，总是把处理机分配给队首的进程，各进程占用CPU的时间片相同。如果运行进程用完它的时间片后还未完成，就把它送回到就绪队列的末尾，把处理机重新分配给队首的进程。直至所有的进程运行完毕。 三、实验步骤（包括主要步骤、代码分析等） 1.打开linux虚拟机，用vim编辑器打开代码进行修改和调整。用gcc编译器进行编译编译运行首先运行优先级算法，如图所示： 进程调度研究现状分析 （中南大学信息学院） 【摘要】：调度算法是指根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法．本文详细地讨论了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、优先级调度算法、最短剩余时间优先、高响应比优先调度算法、多级反馈队列调度算法、最晚时间限调度等八种常用作业调度算法的基本思想，并就其性能的进行了比较分析。 【关键字】：调度策略；FCFS；SPJ；RR；优先级 【Abstract】：Scheduling algorithm is defined as the resource allocation strategy for the allocation of resources required by algorithm. This article discussed in detail first-come first-serve scheduling algorithm, the short operations (the process) priority scheduling algorithm, time scheduling algorithm rotary tablet, priority scheduling algorithm, the shortest time remaining priority, high priority response ratio scheduling algorithm, multi-level feedback queue scheduling algorithm the latest scheduling time limit of eight common operations, such as the basic idea of scheduling algorithm and its performance on a comparative analysis. 【Key Words】：Scheduling strategy; FCFS; SPJ; RR; Priority 【正文】: 1、引言 随着现代操作系统的日趋成熟，用户对计算机的需求越来越多，处理机在同一时刻能处理的资源是有限的，从而导致各种任务随时随地争夺使用处理机，因此对程序的并发能力提出了更高的要求。 引进并发技术后，为了更好地说明并发现象（尤其是动态过程），引入了进程的概念。进程是一个具有一定独立功能的可并发执行的程序关于某个数据集合的一次运行活动。一个程序的启动执行，便是一个进程的建立；一个程序执行结束（正常或非正常结束），便是一个进程的撤销。由于同时处于就绪态（争夺使用CPU资源）的进程经常比较多，因此需要CPU调度算法来决定由哪个进程获得CPU使用权进入运行态，即进程调度算法（策略）。 前言操作系统（OperatingSystem，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。 操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为其它应用软件提供支持，让计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，提供各种形式的用户界面，使用户有一个好的工作环境，为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口等。实际上，用户是不用接触操作系统的，操作系统管理着计算机硬件资源，同时按照应用程序的资源请求，分配资源，如：划分CPU时间，内存空间的开辟，调用打印机等。 操作系统的主要功能是资源管理，程序控制和人机交互等。计算机系统的资源可分为设备资源和信息资源两大类。设备资源指的是组成计算机的硬件设备，如中央处理器，主存储器，磁盘存储器，打印机，磁带存储器，显示器，键盘输入设备和鼠标等。信息资源指的是存放于计算机内的各种数据，如系统软件和应用软件等。 操作系统位于底层硬件与用户之间，是两者沟通的桥梁。用户可以通过操作系统的用户界面，输入命令。操作系统则对命令进行解释，驱动硬件设备，实现用户要求。 本次课程设计我们将对上学期所学的知识进行系统的应用，而达到巩固知识的作用 目录 1问题概述.................................................................................................... 2需求分析.................................................................................................... 3概要设计.................................................................................................... 3.1主要功能................................................................................................. 3.2模块功能结构 ........................................................................................ 3.3软硬件环境............................................................................................. 3.4数据结构设计 ........................................................................................ 4详细设计.................................................................................................... 4.1“先来先服务（FCFS）调度算法” ....................................................... 4.2“短进程调度算法（SPF）”.................................................................. 4.3“高响应比优先调度算法”................................................................. 4.4“优先级调度（非抢占式）算法”.......................................................... 5系统测试及调试 ....................................................................................... 5.1测试......................................................................................................... 5.2调试过程中遇到的问题 ........................................................................ 6心得体会.................................................................................................... 7参考文献.................................................................................................... 8附录............................................................................................................实验21 进程调度
计算机操作系统进程调度实验研究报告
四种实时操作系统特性进行分析和比较
操作系统复习题(2)及答案
时间片轮转进程调度模拟算法的实现
进程调度算法实验报告
操作系统课程设计报告进程调度
操作系统实验-进程调度程序设计
进程模拟调度算法课程设计
单处理器系统的进程调度
操作系统的进程调度 实验报告
操作系统实验2进程调度源程序
linux系统进程调度
计算机操作系统课后习题答案第三章(第四版)
操作系统：进程调度实验报告
进程调度研究现状分析
操作系统课程设计报告进程调度