第4章 处理机调度

在定性衡量方面，调度的可靠性、算法的 简洁性是衡量进程调度的重要指标。 定量评价包括CPU的利用率、进程在就绪队 列中的等待时间与执行时间之比等。


4.4 调度算法
本节讨论常用的6种进程（作业）调度算法
1、先来先服务（FCFS）调度算法

按作业的提交顺序和进程进入就绪队列的 先后次序进行调度。这种算法优先考虑在 系统中等待时间最长的作业或进程，而不 考虑执行时间的长短。
平均周转时间: T=1.625 (>1.55=SJF), 平均带权周转时间: W=5.675 (>5.15=SJF)。
4.5 算法评价（P97-103）
本节从数学上分析了FCFS算法、轮转法、线性优 先级算法的性能。第k轮调度的平均响应时间分别 如下： FCFS算法：Rfc(k)=1/(μ-λ)
轮转法：Rrr(k)=kqμ/(μ-λ)
(5)在分时系统中时间片已经用完。
(6)在执行完系统调用，系统进程执行完毕， 从而可调度一个新的用户进程执行。 (7)如果CPU执行方式是可剥夺的，当就绪队列 中的某个进程的优先级高于当前执行进程 的优先级时，也将引起进程调度。
4.3 进程调度
4.3.3 进程调度性能评价

进程调度性能的衡量方法可分为定性和定 量两种。
(1)正在执行的进程执行完毕。这时，如果不选择 新的就绪进程执行，将浪费处理机资源。
(2)正在执行的进程自己调用阻塞原语进入睡眠等 待状态。
(3)正在执行的进程调用了P原语操作，因资源不 足而被阻塞；或调用了V原语操作激活了等待 资源的进程。
4.3 进程调度
(4)执行中进程提出I／O请求后被阻塞。
第4章 处理机调度
主要内容： 1、分级调度、作业调度、进程调度 2、调度算法、算法评价
3、实时系统调度方法
基本概念

处理机调度是操作系统选择一个作业或进程 分配处理机执行的过程。
衡量调度策略的几个指标是：周转时间、吞 吐率、响应时间以及设备利用率等。 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。


4.4 调度算法

在轮转法中，时间片长度的选取非常重要。 如果时间片过短，那么进程上下文切换次 数就大大增加，从而加重了系统开销。反 过来，如果时间片过长，轮转法就变成了 先来先服务算法。 时间片长度的选择是根据系统对响应时间 的要求R和就绪队列中所允许的最大进程数 Nmax确定的。表示为：q=R/Nmax。
(1)对所有作业应该是公平合理的；
(2)应使设备有较高的利用率；
(3)每天执行尽可能多的作业； (4)有较快的响应时间。
4.2 作业调度
作业调度算法的性能衡量
1.周转时间

作业i的周转时间Ti为： Ti=Tei-Tsi
其中Tei为作业i执行完成时的时间，Tsi为作业 i提交完成时的时间。

n（n>=1）个作业的平均周转时间为：



多级反馈队列方式是在系统中设置多个就绪队 列，并赋予各队列不同的优先级。第一个队列 的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列 的优先级依次降低。 较高优先级的队列分配的时间片较短。 调度算法先从高一级就绪队列中选取进程，同 一队列中的进程按FCFS原则排列。 时间片用完而未完成的进程加入低一级就绪队 列中。
线性优先级算法： Rsr(k)=1/(μ-λ)-(1-kqμ)/(μ-λ) 其中：μ是服务率、λ是进程（作业）到达率、q 是时间片。
4.5 算法评价

对于服务时间短的进程，其响应时间：
Rrr<Rsr<Rfc

对于服务时间长的进程，其响应时间：
Rfc<Rsr<Rrr
4.6 实时系统调度方法
4.6.1 实时系统的特点

4.4 调度算法
0 (a)q=1 A B C D 1 2 3 4 5 A B C D 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 A B C C A t
E
E
E
E
(a)q=4
进程名
到达时间 服务时间 RR q=1 完成时间 周转时间 带权周转 时间 RR q=4 完成时间 周转时间 带权周转 时间
究竟哪个作业的哪个进程能获得处理机而真正在执 行，要依靠进程调度来决定。


4.1 分级调度

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。
在这种状态下，系统需要做打印结果、回收 资源等处理工作。

4.1 分级调度
4.1 分级调度
4.1.2 调度的层次
平均周转时间: T=1.55 (<1.725=FCFS), 平均带权周转时间: W=5.15 (<6.875=FCFS)。
4.4 调度算法
6、最高响应比优先法

响应比定义：R=(W+T)/T，其中W是等待时间， T是执行时间。
响应比＝周转时间/执行时间 选择响应比最高的作业执行。显然，短作业 容易得到较高响应比，但是长作业等待时间 足够长，也将获得足够高的响应比，不至于 长时间等待下去。 该算法适用于作业调度和进程调度。
A
0 4 15 15 3.75 4 4 1
B
1 3 12 11
C
2 4 16 14
D
3 2 9 6 3 13 10
E
4 4 17 13 3.33 17 13 3.33
平均
11.8 3.46
3.67 3.5 7 6 2 11 9
8.4 2.5
2.25 5
4.4 调度算法
3、多级反馈轮转法(只适用于进程调度)
4.4 调度算法
5、最短作业（进程）优先法

该算法是以作业所要求的CPU时间长短为标 准，选取计算时间最短的作业执行。
该算法适用于作业调度和进程调度。

4.4 调度算法
提交 作业 完成 时间 1 8 2 3 4 8.5 9 9.5 运行 运行 时间 开始 时间 2 8 0.5 0.1 0.2 10.3 10 10.1 运行 完成 时间 10 10.8 10.1 10.3 周转 带权周转时 时间 间 2 2.3 1.1 0.8 1 4.6 11 4



4.4 调度算法
提交 作业 完成 时间 1 8 2 3 4 8.5 9 9.5 运行 运行 时间 开始 时间 2 8 0.5 0.1 0.2 10.1 10 10.6 运行 完成 时间 10 10.6 10.1 10.8 周转 带权周转时 时间 间 2 2.1 1.1 1.3 1 4.2 11 6.5


基本概念

吞吐率是指在给定的时间内，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。


设备利用率主要指输入输出设备的使用情况。
4.1 分级调度
4.1.1 作业的状态及其转换

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。
(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，将外存交换区中处于就绪 状态或等待状态的进程调入内存，或把内存中处 于就绪状态或等待状态的进程交换到外存交换区。 交换调度主要用于内存管理与扩充。 (3)进程调度：又称微观调度（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执行。
Wi=Ti/Tri n个作业的平均带权周转时间为：
1 n W = Wi n i=1

4.3 进程调度
4.3.1 进程调度的功能
进程调度的具体功能可总结如下：
(1)记录系统中所有进程的执行情况 (2)选择占有处理机的进程 (3)进行进程上下文切换
4.3 进程调度
4.3.2 进程调度的时机
引起进程调度的原因有以下7类：
4.1 分级调度
(4) 线程调度：选取一个处于就绪状态的线程 占用处理机执行。 通常，我们所说的处理机调度一般是指进程调 度。
4.1 分级调度
4.1.3 作业与进程的关系

作业是用户向计算机提交任务的任务实体， 进程则是计算机为了完成用户任务而设置的 执行实体，是系统分配资源的基本单位。
一个作业由一个或多个进程组成。
4.4 调度算法
进程的静态优先级按以下原则确定：
① 按进程的类型给予不同的优先级。
② 将作业的静态优先级作为它所属进程的优 先级。
4.4 调度算法
（2）动态优先级
进程的动态优先级一般根据以下原则确定：
① 根据进程占有CPU时间的长短来决定。一个 进程占有CPU的时间越长，则被阻塞之后再 次获得调度的优先级就越低。 ② 根据就绪进程等待CPU的时间长短来决定。 一个进程在就绪队列中等待时间越长，它 获得的优先级就越高。
4.4 调度算法
4.4 调度算法
4、优先级法


优先级法适用于作业调度和进程调度。
首先，系统或用户按某种原则为作业或进 程指定一个优先级来表示其优先权。 该算法的核心是确定进程或作业的优先级。 确定优先级的方法可分为静态法和动态法。

4.4 调度算法
（1）静态优先级 作业的静态优先级按以下原则确定： ① 用户根据作业的紧急程度输入一个适当的 优先级。 ② 系统或操作员根据作业类型指定优先级。 ③ 系统根据作业要求资源情况确定优先级。
4 16 6.5
平均周转时间:T=(2+2+1.6+1.3)/4=1.725,
平均带权周转时间:W=(1+4+16+6,5)/4=6.875
4.4 调度算法