《处理机调度》课件

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1、第三章处理机调度(CPU调度)无论在多道批处理系统还是分时系统中,系统中的用户进程数都远远超过处理机数,除用户进程要占用处理机外,操作系统还要建立若干个系统进程完成系统功能。这么多的进程竞争处理机,就要求系统提供进程调度功能,以便采用一些策略,将处理机动态地分配给系统中的各个就绪进程,使之执行。分配处理机的任务是由处理机调度程序完成的;处理机是计算机最重要的资源,如何提高处理机的利用率及改善系统性能,在很大程度上取决于处理机调度性能的好坏,处理机调度成为操作系统设计中心工作。要解决的问题WHAT：按什么原则分配C

2、PU—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）一批作业从进入系统到作业运行完毕可能经历三级调度——高级、低级和中级调度。一.高级调度(HighScheduling)又称为作业调度接纳调度或长程调度,用于批处理系统,确定将外存后备队列中哪些作业调入内存,并为它们创建进程。实时系统和分时系统的前台作业不需要作业调度。每次作业调度时,都必须做出两个决定:1)接纳多少个作业:取决于多道程序度。2)接纳哪些作业(用什么调度算法):先来先服务、短作业优先、

3、优先权、响应比优先。3.1处理机调度的基本概念3.1.1高级、低级和中级调度响应/运行二.低级调度(进程调度,短程调度)进程调度的任务是控制协调进程对CPU的竞争,即按照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。它是最基本的一种调度,批处理系统,实时系统和分时系统都必须有进程调度。它通过进程调度程序来完成。1.进程调度程序的主要功能可描述如下：(1)记录系统中各进程的状况为了很好地实现进程调度,进程调度程序首先必须管理系统中各进程的PCB，将进程的状态变化及资源需求情况及时地记录到

4、PCB中。通过PCB变化来准确地掌握系统中所有进程的状态特征和执行情况。(2)选择进程真正占有CPU这是进程调度的实质,即按照系统规定的调度策略从就绪队列中选择一个进程占有CPU执行。进程调度依据的算法与系统的设计目标相一致。对于不同的系统,通常采用不同的调度策略。对于批处理系统常采用短进程的进程优先,以减少各进程的周转时间。对于分时系统,更多地采用时间片轮转。(3)进行进程上下文的切换当进程调度选中一个进程占有CPU时,进程调度程序要做的主要工作则是进行进程上下文切换:将正在执行进程的运行现场保留在该进程的PC

5、B中,以便以后该进程恢复执行。将刚选中进程的运行现场恢复起来,并将CPU的控制权交给被选中进程,使其执行。2.进程调度方式(1)非抢占方式(Nonpreemptivemode)在非抢占方式下,调度程序一旦把CPU分配给某一进程后便让它一直运行下去,直到进程完成或发生某事件而不能运行时，才将CPU分给其它进程。这种调度方式通常用在批处理系统中。它的主要优点是简单、系统开销小。(2)抢占方式(Preemptivemode)当一个进程正在执行时，系统可以基于某种策略剥夺CPU给其它进程。剥夺的原则有：优先权原则、短进程

6、优先原则、时间片原则。显然这种调度方式多用在分时系统和实时系统中，以便及时响应各进程的请求。3.进程调度的时机所谓进程调度的时机，是指什么情况下引起进程调度程序工作。进程调度的时机是与进程调度的方式有关的。进程调度的时机如下：正在执行的进程正确完成,或由于某种错误而终止运行(陷阱或中断)；执行中的进程提出I/O请求,等待I/O完成时;在分时系统中,按照时间片轮转,分给进程的时间片用完时；按照优先级调度时,有更高优先级进程变为就绪时(抢占方式)；在进程通讯中,执行中的进程执行了某种原语操作,如wait操作、阻塞原语

7、和唤醒原语时,都可能引起进程调度。三.中级调度(中程调度)中级调度使暂时停止的进程不再占用宝贵的内存资源,将它们调到外存上去成为挂起状态。当处于挂起就绪的进程重新具备运行条件且内存稍有空闲时,中级调度将它重新调入内存,挂在活动就绪队列上等待进程调度。中级调度实质上就是存储管理中的对换功能。进程调度频率最高(10~100ms/次)调度算法简单快速;作业调度频率最低约几分钟一次,调度算法允许花费较多的时间;中级调度介于两者之间。3.1.2.调度队列模型1.仅有进程调度的调度队列模型在分时系统中,通常仅有进程调度,采用

8、FIFO算法。CPU就绪队列阻塞队列时间片完进程调度等待事件事件出现交互用户完成2.具有高级和低级调度的调度队列模型在批处理系统中,不仅需要进程调度而且需要作业调度。CPU就绪队列阻塞队列时间片完进程调度事件1出现后备队列完成阻塞队列事件2出现阻塞队列事件n出现…...等待事件1等待事件2等待事件n……作业调度3.具有三级调度的调度队列模型在具有三级调度系统中,增加了在外