操作系统中的CPU调度算法和策略
3处理器管理和调度
评价调度算法的性能指标
面向系统的： 1、资源利用率 2、吞吐率 3、公平性 面向用户的 ： 4、响应时间 5、周转时间
1、资源利用率
CPU利用率=CPU有效工作时间/CPU总的 运行时间 CPU总的运行时间=CPU有效工作时间 +CPU空闲等待时间
2、吞吐率
单位时间内处理的作业数 处理的长作业多，吞吐率低 处理的短作业多，吞吐率高
处理器调度的层次
按照层次分为三级： （1）高级调度 （作业调度、长程调度） （2）中级调度 （平衡负载调度、中程调度） （3）低级调度 （进程/线程调度、短程调度）
高级调度
高级调度（作业调度、长程调度、宏观 调度）—— 按一定原则对外存输入井上 的大量后备作业进行选择调入内存，并 为它们创建进程、分配必要的资源，再 将新创建的进程排在就绪队列上，准备 执行。
进程：已提交完毕并选中运行的作业 （程序）的执行实体，也是为完成作业 任务向系统申请和分配资源的基本单位。 作业得到调度后必须为其生成相应的用 户进程才能真正执行完成计算任务 一个作业往往由多个父子关系的进程并 发完成
作业和进程的关系
因此：
作业是任务实体，进程是完成任务的执 行实体;没有作业任务，进程无事可干， 没有进程，作业任务没法完成。 作业概念更多地用在批处理操作系统， 而进程则可以用在各种多道程序设计系 统。
调度机制的功能模块
（1）队列管理程序 根据要求在各等待队列和就绪队列中移动 PCB/TCB指针 （2）上下文切换程序 保存当前运行进程的上下文信息到PCB，恢复 选中进程，使其运行 （3）分派程序 当前进程上下文－分派进程上下文－选中的进 程上下文
操作系统原理-进程调度
6.3.1 进程调度的功能
6.3.1 进程调度的功能
进程调度的功能 根据一定的调度策略或指标遍历所有的就绪进程， 从中选择一个最合适的进程。 选择该进程的过程实际是用户按特定指标对所有进 程进行排队的过程。
6.3.2 进程调度的时机
6.3.2 进程调度的时机
1．时钟中断 时钟中断是最频繁且周期性地引发进程调度的事件之一。
作业
大小 进入时刻 开始时刻 结束时刻
周转 时间
带权周 转时间
平均周 转时间
平均带权周 转时间
A 20
0
0
20
20 1.00
B 40
10
50
90
80 2.00
C 30
15
20
50
35 1.17 43.75
2.04
D 10
60
90
100
40 4.00
6.4.3 响应比高者优先调度算法
6.4.3 响应比高者优先调度算法
6.3.3 进程调度的方式
进程调度的方式
非抢占方式又称非剥夺式调度
它是指进程调度程序一旦把CPU分配给某进程后，该进程 可以一直运行下去，在它的时间片用完之前，或任务完成 之前，或因为I/O请求被阻塞之前，决不允许其他进程抢走 它的CPU。
抢占方式又称剥夺式调度
抢占方式允许进程调度程序根据某种策略终止当前正在运 行的进程，将其移入就绪队列，再根据某种调度算法选择 另一个进程投入运行。
6.4.1 先来先服务调度算法
先来先服务（First Come First Service，FCFS）
例子：假设系统中有4个作业先后投入，它们的作业 大小和进入时间如表（作业大小和时间单位分钟）
第四章 操作系统处理机调试(张尧学)
等待事件
4.1.2 作业与进程
作业是用户向计算机提交任务的任务实体 进程是计算机为了完成用户任务实体而设置
的执行实体，是系统分配资源的基本单位
第四章 处第理9机页调度
4.2 作业调度
作业调度主要是完成作业从后备状态到执行状态的转 变，以及从执行状态到完成状态的转变
第四章 处第理1机0页调度
第四章 处第理1机9页调度
4.3.2 进程调度的时机
(1) 正在执行的进程执行完毕。 (2) 执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等待状态。 (3) 执行中进程调用了P原语操作，从而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队列。 (4) 执行中进程提出I／O请求后被阻塞。 (5) 在分时系统中时间片已经用完。 (6) 在执行完系统调用
第四章 处第理1机2页调度
图4.3 作业调度中状态的转换过程 第四章 处第理1机3页调度
4.2.2 作业调度目标与性能衡量
作业调度的功能最主要的是从后备作业队列中选取一批作 业进入执行状态。
调度目标主要是以下4点: (1) 对所有作业应该是公平合理的； (2) 应使设备有高的利用率； (3) 每天执行尽可能多的作业； (4) 有较快的响应时间。
主要功能是按照一定的策略选择一个处于就绪状态的进程， 使其获得处理机执行。根据不同的系统设计目的，有各种各样 的选择策略，例如系统开销较少的静态优先数调度法，适合于 分时系统的轮转法和多级反馈轮转法等。这些选择策略决定了 调度算法的性能 (3) 进行进程上下文切换
一个进程的上下文（context）包括进程的状态、有关变量 和数据结构的值、硬件寄存器的值和PCB以及有关程序等
高级调度"。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。时间上通常是分钟、小时或天 (2) 交换调度：中级调度，从存储器资源的角度。将进程的部分 或全部换出到外存上，将当前所需部分换入到内存。指令和数据 必须在内存里才能被CPU直接访问。 (3)进程或线程调度：低级调度（微观调度），又称为"微观调度 "、"低级调度"。从CPU资源的角度，执行的单位。时间上通常 是毫秒。因为执行频繁，要求在实现时达到高效率
linux系统中调度的基本单位
linux系统中调度的基本单位一、进程调度进程调度是操作系统中的一个重要组成部分，用于决定在多个进程同时竞争CPU资源时，应该选择哪个进程来执行。
Linux系统中的进程调度采用了时间片轮转调度算法。
时间片轮转调度是一种公平的调度算法，它将CPU的执行时间划分为一个个固定长度的时间片，每个进程在一个时间片内执行一段时间，然后切换到下一个进程。
这样可以保证每个进程都有机会执行，并且避免了长时间占用CPU 的情况。
二、线程调度线程调度是指在多线程应用程序中，操作系统决定哪个线程应该被执行的过程。
Linux系统中的线程调度和进程调度类似，同样采用时间片轮转调度算法。
不同的是，线程是共享同一个进程的资源，因此线程的切换相对于进程的切换来说更加轻量级。
线程调度的目标是尽可能地提高CPU利用率和系统响应速度。
三、任务调度任务调度是指在Linux系统中，操作系统决定何时执行某个任务的过程。
任务可以是周期性的，也可以是非周期性的。
周期性任务是指按照一定的时间间隔重复执行的任务，而非周期性任务则是指只执行一次的任务。
Linux系统中的任务调度使用了多种算法，如最早截止时间优先算法和最短作业优先算法等。
这些算法的目标是根据任务的优先级和执行时间来决定任务的执行顺序，以提高系统的性能和响应速度。
四、总结在Linux系统中，进程调度、线程调度和任务调度是操作系统中的重要组成部分。
进程调度决定在多个进程竞争CPU资源时的执行顺序，线程调度决定在多线程应用程序中哪个线程应该被执行，任务调度决定何时执行某个任务。
这些调度的基本单位都采用了时间片轮转调度算法，并根据不同的调度目标采用不同的调度策略。
通过合理的调度算法，可以提高系统的性能和响应速度，保证各个任务的执行顺序和时间片的分配合理。
处理机调度算法的比较
处理机调度算法的比较计算机科学学院计算机科学与技术2009摘要：处理机调度基本概念、调度算法优劣的评价准则、多种处理机调度算法的介绍引言操作系统是处理计算机硬件的一层软件和作为计算机用户与计算机硬件的中间的协调者。
操作系统的CPU调度器负责给各个任务分发CPU带宽资源。
调度算法负责管理当前执行任务等额顺序和性能3 内容：3.1 处理机调度的基本概念高/中/低级调度1. 高级调度（作业调度）决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源，准备执行。
2. 低级调度（进程调度）决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后再由分派程序执行把处理机分配给该进程的具体操作。
非抢占方式和抢占方式3. 中级调度决定把又具备运行条件的挂起进程重新调入内存，挂到就绪队列上，准备执行。
3.2 调度算法优劣的评价准则衡量和比较调度算法性能优劣主要有一下几个因素：（1）CPU利用率。
CPU是计算机系统中最重要的资源，所以应尽可能使CPU保持忙，使这一资源利用率最高。
（2）吞吐量。
CPU运行时表示系统正处于工作状态，工作量的大小是以每单位时间所完成的作业数目来描述的，这就叫吞吐量。
（3）周转时间。
指从作业提交到作业完成所经过的时间，包括作业等待，在就绪队列中排队，在处理机上运行以及进行输入/输出操作所花时间的总和。
（4）等待时间。
处理机调度算法实际上并不影响作业执行或输入/输出操作的时间，只影响作业在就绪队列中等待所花的时间。
因此，衡量一个调度算法优劣常常简单的考察等待时间。
（5）响应时间。
指从作业提交到系统作出相应所经过的时间。
在交互式系统中，作业的周转时间并不一定是最好的衡量准则，因此，常常使用另一种度量准则，即相应时间。
从用户观点看，响应时间应该快一点好，但这常常要牺牲系统资源利用率为代价。
（6）公平性——确保每个用户每个进程获得合理的 CPU 份额或其他资源份额，不会出现饿死情况。
当然，这些目标本身就存在着矛盾之处，操作系统在设计时必须根据其类型的不同进行权衡，以达到较好的效果。
U034计算机操作系统教程_第四版_(张尧学著)_清华大学出版社_第4章
(1) 作业调度：又称宏观调度，或高级调度。其主要 任务是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。另外，当该作业执 行完毕时，还负责回收系统资源。 (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：又称微观调度或低级调度。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。在确定了占用处理机的进程后，
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 作为进程调度的准备，进程管理模块必须将系统中 各进程的执行情况和状态特征记录在各进程的PCB 表中。并且，进程管理模式根据各进程的状态特征 和资源需求，将各进程的PCB表排成相应的队列并 进行动态队列转接。进程调度模块通过PCB变化来 掌握系统中所有进程的执行情况和状态特征，并在 适当的时机从就绪队列中选择出一个进程占据处理 机。
4.1.2 调度的层次 处理机调度问题实际上也是处理机的分配问题。显 然，只有那些参与竞争处理机所必需的资源都已得 到满足的进程才能享有竞争处理机的资格。这时， 它们处于内存就绪状态。这些必需的资源包括内存、 外设及有关数据结构等。从而，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。
4.1.3 作业与进程的关系 作业可被看作是用户向计算机提交任务的任务实体， 例如一次计算、一个控制过程等。反过来，进程则 是计算机为了完成用户任务实体而设置的执行实体， 是系统分配资源的基本单位。显然，计算机要完成 一个任务实体，必须要有一个以上的执行实体。也 就是说，一个作业总是由一个以上的多个进程组成 的。那么，作业怎样分解为进程呢？首先，系统必 须为一个作业创建一个根进程。然后，在执行作业 控制语句时，根据任务要求，系统或根进程为其创 建相应的子进程，然后，为各子进程分配资源和调 度各子进程执行以完成作业要求的任务。
嵌入式操作系统_第3章 处理机调度
短作业优先调度算法的特点
算法调度性能较好，
例如上例中，
先来先服务
短作业优先
平均周转时间
2.8
2.45
平均带权周转时间
5.25
3.85
但对长作业不利，未考虑作业的紧迫程度， 运行时间为估计。
调度算法
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 优先权调度算法 最高响应比优先调度算法 多级队列调度算法
抢占方式
抢占方式：又称剥夺方式、可剥夺方式。这 种调度方式是指允许调度程序根据某种原则 去停止正在执行的进程，将已分配给该进程 的处理机重新分配给其他进程。
高级调度主要用于多道批处理系统中，在分 时和实时系统中不设高级调度。
2.中级调度
中级调度又称内存调度，其功能是将内存中 暂时不用的信息移到外存，以腾出空间给内 存中的进程使用，或将需要的信息从外存读 入内存。
引入中程调度的目的是提高内存利用率和系 统吞吐量。
中级调度的运行频率介于两者之间。
事 件 出 现
时间片完 就绪 队列 阻塞队列
进程调度
进程完成 CP U
等待事件
3.2.2 选择调度算法的准则
由于操作系统的类型及目标不同，因此选择 的调度算法也不同。
选择调度算法有以下准则：
面向系统的准则 面向用户的准则
面向用户的准则
周转时间短：指从作业提交到作业完成的时 间间隔。
微机不太重要。
周转时间
作业的周转时间是指从作业提交到作业完 成之间的时间间隔。
平均周转时间是指多个作业的周转时间的 平均值。ｎ个作业的平均周转时间：
T =（T1＋T2＋ … ＋Tn）／n（Ti为作业ｉ 的周转时间）
操作系统的调度名词解释
操作系统的调度名词解释作为计算机科学中的重要概念，操作系统的调度在计算机系统的运行中起到了至关重要的作用。
通过合理的调度算法，操作系统能够合理分配和管理计算机资源，提高系统的性能和效率。
本文将对操作系统调度中的一些重要名词进行解释，以帮助读者更好地理解和掌握这一领域。
1. 进程调度进程调度是操作系统中的一个重要概念，它指的是操作系统通过预设的调度算法，合理选择优先级最高的进程，并分配CPU时间片给该进程执行。
进程调度的目标是提高系统的性能和响应速度，以确保各个进程都能得到公平的执行机会。
常见的进程调度算法包括先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
2. 线程调度线程调度是对操作系统中线程的分配和执行进行管理和调度的过程。
线程调度的目标是合理分配CPU时间片，使得多个线程能够并发执行，以提高程序的效率和响应速度。
常见的线程调度算法有优先级调度、时间片轮转、多级反馈队列等。
3. 中断调度中断调度是操作系统对中断事件的处理和分配过程。
在计算机运行中，发生中断事件时，操作系统需要及时响应并进行相应的处理操作。
中断调度的目标是尽快响应中断事件，将控制权转移到相应的中断处理程序，并在处理完之后返回原来的进程继续执行。
4. IO调度IO调度是操作系统在处理IO请求时的调度过程。
由于独立于CPU的IO设备存在速度差异，操作系统需要合理调度IO请求的顺序和时间，以提高系统的整体性能和效率。
常用的IO调度算法有先来先服务、最短寻道时间优先、电梯算法等。
5. 内存调度内存调度是指操作系统对内存中进程的分配和管理过程。
在多道程序设计环境下，操作系统需要合理选择和分配内存资源，以提高系统的利用率和性能。
内存调度的目标是实现内存的最佳利用和动态分配。
常见的内存调度算法有分页调度、分段调度、段页式调度等。
6. 磁盘调度磁盘调度是指操作系统中对磁盘访问请求的调度过程。
由于磁盘访问需要相当的时间，操作系统需要选择合适的算法来优化磁盘访问顺序，以提高磁盘的读写效率和响应时间。
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操作系统中的CPU调度算法和策略CPU调度是指在多道程序环境下，对于多个进程的CPU时间进行合理的分配和调度，使得每个进程都能够得到一定的CPU时间片，以保证系统的公平性和高效性。
为了实现这个目标，操作系统中有多种CPU调度算法和策略，本文将会对这些算法和策略做一些简单的介绍和解释。
一、先来点背景知识
在介绍CPU调度算法和策略之前，我们需要了解一些背景知识。
首先，要了解什么是进程。
在操作系统中，进程是一个正在执行或等待执行的程序的实例。
每个进程有自己的进程控制块，包含与该进程有关的信息，如进程标识符、优先级、状态、CPU 时间等。
另外，要了解什么是CPU时间片。
CPU时间片是指操作系统将CPU时间划分成若干个时间片段，每个时间片都是一段固定的时间，当一个进程获得CPU的时间片用完后，操作系统会重新对可执行进程进行调度，进程切换后，新进来的进程获得CPU 时间片开始运行。
最后，我们要了解什么是CPU调度。
CPU调度就是操作系统对CPU资源进行合理分配，对进程分配CPU时间片段，以达到优化系统性能的目的。
二、CPU调度的分类
CPU调度一般可以分为两种类型：非抢占式调度和抢占式调度。
非抢占式调度是指当一个进程在进行CPU操作时，不能被其他进
程抢占，直到该进程释放CPU才能进行下一次进程调度；抢占式
调度则相反，当一个高优先级的进程出现时，操作系统会立即停
止当前进程，转而执行更高优先级的进程。
实际上，大部分操作
系统都采用了抢占式调度算法。
三、CPU调度算法和策略
1. 先来了解三种可常见的调度算法：
（1）先来先服务(FCFS) 调度算法
先来先服务是指按照进程，按照它们请求CPU资源的先后顺
序进行调度，也就是一旦进程开始执行，CPU就一直执行到该进
程的时间片用完为止，而不会进行进程的切换。
在这种方案下，
短进程可能会被长进程所阻塞，导致系统效率低下。
（2）短作业优先(SJF) 调度算法
短作业优先是指处理时限最短的任务先被处理，也就是先调度
对处理器要求最低的进程去获得CPU时间片，以期望能够提高运
行效率。
（3）时间片轮转(RR) 调度算法
时间片轮转算法是指所有进程在进入就绪状态后，按照进程到
达的顺序排成一条队列，在没有占有CPU资源的进程里，选择第
一个进程，分配一段固定的时间片，执行完毕后让位给下一个进
程执行，切换后重新进入队列，继续等待CPU资源调度。
2. 再来了解三种可常见的调度策略：
（1）优先级调度
优先级调度是指操作系统为每个进程分配一个优先级数字，按
照这个优先级数字来根据优先级高低依次调度，优先级高的进程
会获得更多的CPU资源，同时也有可能会导致低优先级的进程被
饥饿。
（2）多级反馈队列调度
多级反馈队列调度是指为每个进程设置一个初始队列，根据进
程的优先级分配到不同的队列，同时每个队列都有自己的时间片，运行结束后，如果该进程仍需执行，则将该进程升级到下一个队
列进行进一步处理，直到执行完毕或达到最高优先级队列为止。
（3）最高响应比( HRN ) 调度
最高响应比调度(HRN，Highest Response Next)是一种可以避免
饥饿现象的调度算法，它通过统计进程等待CPU资源的时间和要
求CPU时间的长度，计算每个进程的响应比值，并在其它可执行
进程中选择响应比最高的进程执行。
总之，CPU调度算法和策略是操作系统中的重要部分，不同的调度算法和策略适用于不同的系统架构和运行环境，理解和应用这些算法和策略，对于优化系统性能和提高系统稳定性都有很大的帮助。