计算机操作系统原理

1、Operating SystemOperating SystemPage 12022-3-17Operating SystemOperating SystemPage 22022-3-17q知识点知识点v处理机调度及调度算法处理机调度及调度算法v多处理机环境下的进程（线程）调度方式多处理机环境下的进程（线程）调度方式v产生死锁的原因和必要条件产生死锁的原因和必要条件v预防死锁的方法，死锁的检测与解除预防死锁的方法，死锁的检测与解除 v银行家算法银行家算法Operating SystemOperating SystemPage 32022-3-17q重点重点v掌握掌握进程调度进程调度算法，各适用

2、于何种情况算法，各适用于何种情况 v理解常用的几种理解常用的几种实时调度实时调度算法算法 v理解产生理解产生死锁死锁的原因的原因 v掌握掌握银行家算法银行家算法避免避免死锁死锁q难点难点v多道程序设计中的各种调度算法多道程序设计中的各种调度算法 v响应比高者优先调度算法的计算过程响应比高者优先调度算法的计算过程 v银行家算法银行家算法 Operating SystemOperating SystemPage 42022-3-17q处理机是计算机系统中的处理机是计算机系统中的重要资源重要资源q在多道程序环境下，进程数目通常在多道程序环境下，进程数目通常多于处多于处理机的数目理机的数目q系统必须按

3、一定方法系统必须按一定方法动态地动态地把处理机把处理机分配分配给给就绪队列中的一个进程就绪队列中的一个进程q处理机处理机利用率和系统性能利用率和系统性能（吞吐量、响应（吞吐量、响应时间）在很大程度上时间）在很大程度上取决于取决于处理机处理机调度调度分配处理机的任务是由进程调度程序完成分配处理机的任务是由进程调度程序完成的。它是操作系统设计的中心问题之一。的。它是操作系统设计的中心问题之一。WHAT：按什么原则分配：按什么原则分配CPU进程调度算法进程调度算法WHEN：何时分配：何时分配CPU 进程调度的时机进程调度的时机 HOW：如何分配：如何分配CPU CPU调度过程（进程调度过程（进程的上

4、下文切换）的上下文切换）Operating SystemOperating SystemPage 52022-3-17q高级调度高级调度q低级调度低级调度q中级调度中级调度Operating SystemOperating SystemPage 62022-3-17q作业：作业：是用户在一次解题或一个事务处理是用户在一次解题或一个事务处理过程中过程中要求计算机系统所做工作的集合要求计算机系统所做工作的集合，包括用户程序、所需的数据及命令等；包括用户程序、所需的数据及命令等；q作业的状态：作业的状态：一个作业进入系统到运行结一个作业进入系统到运行结束，一般需要经历收容、运行、完成三个束，一般需要

5、经历收容、运行、完成三个阶段，与之相对应的是作业的三种状态：阶段，与之相对应的是作业的三种状态：v后备状态后备状态v运行状态运行状态v完成状态完成状态Operating SystemOperating SystemPage 72022-3-17q作业步：作业步：在作业运行期间，每个作业都必修经在作业运行期间，每个作业都必修经过若干个相互独立，又相互关联的顺序加工步骤过若干个相互独立，又相互关联的顺序加工步骤才能得到结果，把其中的每一个加工步骤称为作才能得到结果，把其中的每一个加工步骤称为作业步。业步。q作业控制块：作业控制块：为了管理和调度作业，系统为每为了管理和调度作业，系统为每个作业设置了

6、一个作业控制块（个作业设置了一个作业控制块（JCBJCB），它记录），它记录该作业的有关信息。不同系统的该作业的有关信息。不同系统的JCBJCB的组成内容的组成内容有所区别，主要包括：作业名、资源要求、资源有所区别，主要包括：作业名、资源要求、资源使用情况、类型级别、状态等。使用情况、类型级别、状态等。Operating SystemOperating SystemPage 82022-3-17运行状态运行状态后备状态后备状态完成状态完成状态就绪就绪阻塞阻塞执行执行I/O完成完成I/O请求请求时间片完时间片完作业作业注册注册作业作业调度调度进程进程调度调度终止终止作业作业q作业作业状态间转换状

7、态间转换Operating SystemOperating SystemPage 92022-3-17q高级调度高级调度(High Scheduling) 作业调度作业调度或或长程调度长程调度（Long-Term Scheduling）v主要任务是按一定的原则对外存上处于后备主要任务是按一定的原则对外存上处于后备状态的作业进行选择，给选中的作业状态的作业进行选择，给选中的作业分配分配内内存、输入存、输入/ /输出设备等输出设备等必要的资源必要的资源，并，并建立建立相相应的应的进程进程，放入放入就绪就绪队列队列，以使该作业的进，以使该作业的进程获得竞争处理机的权利程获得竞争处理机的权利v也称为也

8、称为接纳调度（接纳调度（Admission SchedulingAdmission Scheduling）v高级调度的时间尺度通常是分钟、小时或天高级调度的时间尺度通常是分钟、小时或天Operating SystemOperating SystemPage 102022-3-17在每次作业调度时，须决定：在每次作业调度时，须决定：v接纳多少个作业接纳多少个作业 即允许多少个作业同时在内存中运行，取决于即允许多少个作业同时在内存中运行，取决于多多 道程序度道程序度（Degree of Multiprogramming）作业太多作业太多 服务质量下降服务质量下降作业太少作业太少 资源利用率低资源利

9、用率低v接纳哪些作业接纳哪些作业 取决于作业调度算法取决于作业调度算法先来先服务；短作业优先；先来先服务；短作业优先；作业优先权调度；响应比调度作业优先权调度；响应比调度系统吞吐量太低 适当的折衷适当的折衷q高级调度高级调度(High Scheduling)周转时间太长Operating SystemOperating SystemPage 112022-3-17q 低级调度低级调度 进程调度进程调度或或短程调度短程调度（Short-Term Scheduling）v主要任务是按照某种主要任务是按照某种策略和方法策略和方法选取选取一个处一个处于于就绪就绪状态的进程，将处理机状态的进程，将处理机

10、分配分配给它给它v常见的低级调度有常见的低级调度有非抢占式非抢占式和和抢占式抢占式两种两种v低级调度的时间尺度通常是低级调度的时间尺度通常是毫秒级毫秒级的。由于的。由于低级调度算法的低级调度算法的频繁使用频繁使用，要求在实现时做，要求在实现时做到到高效高效Operating SystemOperating SystemPage 122022-3-17q 中级调度中级调度(Intermediate-Level Scheduling) 中程调度中程调度(Medium-Term Scheduling)v引入目的引入目的是为了提高是为了提高内存利用率内存利用率和和系统吞系统吞吐量。吐量。使那些暂时不能

11、运行的进程不再占使那些暂时不能运行的进程不再占用宝贵的内存资源，而将它们调至外存上用宝贵的内存资源，而将它们调至外存上去等待去等待v主要任务主要任务是按照给定的是按照给定的原则和策略原则和策略，将处，将处于外存于外存对换区对换区中的重又具备运行条件的就中的重又具备运行条件的就绪进程绪进程调入内存调入内存，或将处于内存就绪状态，或将处于内存就绪状态或内存阻塞状态的进程或内存阻塞状态的进程交换到外存交换到外存对换区对换区Operating SystemOperating SystemPage 132022-3-17q 调度队列模型调度队列模型q 选择调度方式和调度算法的若干准则选择调度方式和调度算

12、法的若干准则Operating SystemOperating SystemPage 142022-3-17q 仅有进程调度的调度队列模型仅有进程调度的调度队列模型q 具有高级和低级调度的调度队列模型具有高级和低级调度的调度队列模型q 同时具有三级调度的调度队列模型同时具有三级调度的调度队列模型Operating SystemOperating SystemPage 152022-3-17q 仅有进程调度的调度队列模型仅有进程调度的调度队列模型v在分时系统中，通常仅设有进程调度在分时系统中，通常仅设有进程调度v系统把这些进程组织成一个系统把这些进程组织成一个就绪队列就绪队列v每个进程在执行时，

13、可能有以下几种情况每个进程在执行时，可能有以下几种情况: :进程获得进程获得CPUCPU正在执行正在执行任务在给定时间片内任务在给定时间片内已完成已完成，释放处理，释放处理机后为完成状态机后为完成状态任务在时间片内任务在时间片内未完成未完成，进入就绪队列，进入就绪队列末尾末尾在执行期间因某事件而阻塞在执行期间因某事件而阻塞Operating SystemOperating SystemPage 162022-3-17q仅有进程调度的调度队列模型仅有进程调度的调度队列模型就就 绪绪队队 列列阻阻 塞塞队队列列进程调度进程调度CPU进程完成进程完成等待事件等待事件交互用户交互用户事事件件出出现现时

14、间片完时间片完Operating SystemOperating SystemPage 172022-3-17q 具有高级和低级调度的调度队列模型具有高级和低级调度的调度队列模型v在批处理系统中，不仅需要在批处理系统中，不仅需要进程调度进程调度，而，而且还要有且还要有作业调度作业调度v就绪队列的形式就绪队列的形式在批处理系统中，常用在批处理系统中，常用高优先权队列高优先权队列。进程进入就绪队列时，按优先权高低插进程进入就绪队列时，按优先权高低插入相应位置，调度程序总是把处理机分入相应位置，调度程序总是把处理机分配给就绪队首进程配给就绪队首进程v设置多个阻塞队列设置多个阻塞队列根据事件的不同设置

15、多个队列提高效率根据事件的不同设置多个队列提高效率Operating SystemOperating SystemPage 182022-3-17进程调度进程调度CPU进程完成进程完成时间片完时间片完就就 绪绪队队列列12等待事件等待事件等待事件等待事件等待事件等待事件n12n事件事件 出现出现事件事件 出现出现事件事件 出现出现后后备备 队队列列作业作业调度调度与上一模型的主要区别：就绪队列的形式；与上一模型的主要区别：就绪队列的形式； 设置多个阻塞队列设置多个阻塞队列阻阻队队列列塞塞2 2阻阻队队列列塞塞n n阻阻队队列列塞塞1 1Operating SystemOperating Sys

16、temPage 192022-3-17q同时具有三级调度的调度队列模型同时具有三级调度的调度队列模型就绪队列就绪队列进程调度进程调度就绪，挂起队列就绪，挂起队列中级调度中级调度阻塞，挂起队列阻塞，挂起队列阻塞队列阻塞队列等待事件等待事件进程完成进程完成时间片完时间片完作业调度作业调度交互型作业交互型作业后备队列后备队列批量作业批量作业挂起挂起挂起挂起事事件件出出现现事件出现事件出现CPUOperating SystemOperating SystemPage 202022-3-17 q 面向用户的准则面向用户的准则q 面向系统的准则面向系统的准则（1）如果你是用户，你希望系统如何为你服务，）如

17、果你是用户，你希望系统如何为你服务，如何考虑？如何考虑？（2）如果你是调度者，从系统整体角度出发，）如果你是调度者，从系统整体角度出发，如何考虑？如何考虑？Operating SystemOperating SystemPage 212022-3-17q 面向用户的准则面向用户的准则v周转时间短周转时间短平均周转时间平均周转时间niiTnT11niSiiTTnW11 带权周转时间：带权周转时间：进程（或作业）的进程（或作业）的周转时周转时间间T T与系统为它与系统为它提供服务的时间提供服务的时间T TS S之比，即之比，即W=T/TW=T/TS S 。而。而平均带权周转时间平均带权周转时间则可

18、表示为则可表示为: : Operating SystemOperating SystemPage 222022-3-17q面向用户的准则面向用户的准则v响应时间快响应时间快响应时间响应时间是指从用户通过键盘提交一个请求是指从用户通过键盘提交一个请求开始，直至系统中开始，直至系统中首次首次产生产生响应响应为止的时间为止的时间交互式系统用周转时间衡量不是最佳交互式系统用周转时间衡量不是最佳v截止时间保证截止时间保证截止时间截止时间是指某任务必须开始执行的最迟时是指某任务必须开始执行的最迟时间或必须完成的最迟时间间或必须完成的最迟时间截止时间是截止时间是实时系统实时系统中的重要指标中的重要指标Ope

19、rating SystemOperating SystemPage 232022-3-17q面向用户的准则面向用户的准则v 周转时间短周转时间短v 响应时间快响应时间快v 截止时间保证截止时间保证批处理系统批处理系统分时系统分时系统实时系统实时系统等待时间短等待时间短优先权优先权Operating SystemOperating SystemPage 242022-3-17q面向用户的准则面向用户的准则v等待时间短等待时间短等待时间等待时间是在就绪队列中等待所花的时间是在就绪队列中等待所花的时间调度算法并不影响进程运行和执行调度算法并不影响进程运行和执行I/O的时的时间量；只影响进程在就绪队列

20、中等待所花费间量；只影响进程在就绪队列中等待所花费的时间的时间v优先权准则优先权准则在在批处理批处理、实时实时和和分时系统分时系统中都可以选择优中都可以选择优先权准则，以便让紧急任务先处理先权准则，以便让紧急任务先处理有时还选择抢占式调度方式有时还选择抢占式调度方式Operating SystemOperating SystemPage 252022-3-17q面向系统的准则面向系统的准则v系统吞吐量高系统吞吐量高吞吐量吞吐量指单位时间内系统所完成的作业数指单位时间内系统所完成的作业数作业调度的方式和算法对吞吐量的大小有较作业调度的方式和算法对吞吐量的大小有较大影响大影响v处理机利用率高处理机

21、利用率高v各类资源的平衡利用各类资源的平衡利用使内存、外存和使内存、外存和I/OI/O设备的利用率高设备的利用率高基于这样的准则，你设计操作系统的调度策略应如何？基于这样的准则，你设计操作系统的调度策略应如何？Operating SystemOperating SystemPage 262022-3-17q在在OS中中调度的实质是一种资源分配调度的实质是一种资源分配，因而，因而调度算法是指：根据系统的资源分配策略调度算法是指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法所规定的资源分配算法q问题提出问题提出q如何制定分配策略：对不同的系统和系统如何制定分配策略：对不同的系统和系统目标，通常采用不

22、同的算法，如短作业优目标，通常采用不同的算法，如短作业优先，时间片轮转等先，时间片轮转等q有些算法适用于作业调度，有些适用于进有些算法适用于作业调度，有些适用于进程调度，有些两者皆可程调度，有些两者皆可Operating SystemOperating SystemPage 272022-3-17q 先来先服务和短作业优先算法先来先服务和短作业优先算法q 高优先权优先调度算法高优先权优先调度算法q 基于时间片的轮转调度算法基于时间片的轮转调度算法Operating SystemOperating SystemPage 282022-3-17q 先来先服务先来先服务(FCFS)/先进先出先进先出

23、(FIFO)调度算法调度算法v按照作业按照作业/进程进入系统的进程进入系统的先后次序先后次序进行调度，进行调度，先进入系统者先调度；即启动等待时间最长先进入系统者先调度；即启动等待时间最长的作业的作业/进程进程v是一种最简单的调度算法，即可用于是一种最简单的调度算法，即可用于作业调作业调度度，也可用于，也可用于进程调度进程调度q 几个术语几个术语v到达时间、服务时间、开始时间到达时间、服务时间、开始时间v完成时间、等待时间完成时间、等待时间v周转时间：完成时间周转时间：完成时间-到达时间到达时间v带权周转时间：周转时间带权周转时间：周转时间/服务时间服务时间Operating SystemOp

24、erating SystemPage 292022-3-17进程名进程名到达时间到达时间 服务时间服务时间 开始时间开始时间 完成时间完成时间 周转时间周转时间带权周带权周转时间转时间平均平均04A13B25C32D44E044476先来先服务（先进先出）：先来先服务（先进先出）：712101214111418141225.53.592.8A A A A B B B C C C C C D D E E E E05101518tOperating SystemOperating SystemPage 302022-3-17q 先来先服务先来先服务（先进先出）（先进先出）优缺点：优缺点：v 比较有

25、利于比较有利于长作业（进程）长作业（进程），而不利于，而不利于短作短作业（进程）业（进程）v 有利于有利于CPU繁忙型作业（进程）繁忙型作业（进程） ，而不利于，而不利于I/O繁忙型作业（进程）繁忙型作业（进程）v 用于批处理系统，不适于分时系统用于批处理系统，不适于分时系统Operating SystemOperating SystemPage 312022-3-17q短作业短作业( (进程进程) )优先调度算法优先调度算法SJ(P)FSJ(P)Fv短作业短作业( (进程进程) )优先调度算法优先调度算法SJ(P)FSJ(P)F，以要求，以要求运运行时间长短行时间长短进行调度，即启动要求运行

26、时间最进行调度，即启动要求运行时间最短的作业短的作业v可以分别用于可以分别用于作业调度作业调度和和进程调度进程调度v短作业优先短作业优先(SJF)(SJF)的调度算法，是从后备队列的调度算法，是从后备队列中选择一个或若干个中选择一个或若干个估计运行时间估计运行时间最短的作业，最短的作业，将它们调入内存运行；而短进程优先将它们调入内存运行；而短进程优先(SPF)(SPF)调调度算法，则是从就绪队列中选出一度算法，则是从就绪队列中选出一估计运行时估计运行时间间最短的进程，将处理机分配给它，使它立即最短的进程，将处理机分配给它，使它立即执行并一直执行到完成执行并一直执行到完成，或，或发生某事件发生某

27、事件而被阻而被阻塞放弃处理机时，再重新调度塞放弃处理机时，再重新调度Operating SystemOperating SystemPage 322022-3-17进程名进程名到达时间到达时间 服务时间服务时间 开始时间开始时间 完成时间完成时间 周转时间周转时间带权周带权周转时间转时间平均平均04A13B25C32D44E0441短作业短作业/短进程优先（短进程优先（SJF/SPF）：）：4633/26988/391399/413181616/582.1A A A AB B BC C C C CD DE E E E05101518tOperating SystemOperating Syst

28、emPage 332022-3-17qFCFS/SJF调度算法的性能调度算法的性能SJFSJF能有效地降低作业的平均等待时间，提高系统吞吐量能有效地降低作业的平均等待时间，提高系统吞吐量 作业作业调度调度 情况情况 算法算法进程名进程名ABCDE平均平均到达时间到达时间01234服务时间服务时间43524FCFS完成时间完成时间47121418周转时间周转时间461011149带权周转时间带权周转时间1225.53.52.8SJF完成时间完成时间4918613周转时间周转时间4816398带权周转时间带权周转时间12.673.11.52.252.1SJFSJF平均周转平均周转时间和平均带时间和

29、平均带权周转时间明权周转时间明显改善显改善Operating SystemOperating SystemPage 342022-3-17qSJ(P)F调度算法也存在不容忽视的缺点调度算法也存在不容忽视的缺点v对对长作业不利长作业不利。严重的是，若一长作业。严重的是，若一长作业(进程进程)进进入系统的后备队列入系统的后备队列(就绪队列就绪队列)，由于调度程序总，由于调度程序总是优先调度那些是优先调度那些(即使是后进来的即使是后进来的)短作业短作业(进程进程)，将导致长作业将导致长作业(进程进程)长期不被调度长期不被调度饥饿饥饿v完全未考虑作业完全未考虑作业(进程进程)的的紧迫程度紧迫程度，因而

30、不能保，因而不能保证证紧迫性紧迫性作业作业(进程进程)会被会被及时处理及时处理v根据根据用户用户所提供的所提供的估计执行时间确定作业（进程）估计执行时间确定作业（进程）长短长短，致使该算法不一定能真正做到短作业优先，致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。调度。Operating SystemOperating SystemPage 352022-3-17q先来先服务和短作业优先算法先来先服务和短作业优先算法q高优先权优先调度算法高优先权优先调度算法q基于时间片的轮转调度算法基于时间片的轮转调度算法Operating SystemOperating SystemPage 362022-3-1

31、7q优先权调度算法的类型优先权调度算法的类型v非抢占式非抢占式优先权调度算法优先权调度算法v抢占式抢占式优先权调度算法优先权调度算法Operating SystemOperating SystemPage 372022-3-17q优先权调度算法的类型优先权调度算法的类型v非抢占式非抢占式优先权调度算法优先权调度算法特点：系统一旦把处理机分配给就绪队特点：系统一旦把处理机分配给就绪队列中列中优先权最高优先权最高的进程后，该进程便的进程后，该进程便一一直执行直执行下去，直至完成，或因发生某事下去，直至完成，或因发生某事件使该进程放弃处理机时，系统才将处件使该进程放弃处理机时，系统才将处理机重新分配

32、给另一优先权最高的进程理机重新分配给另一优先权最高的进程主要主要用于批处理系统用于批处理系统中，也可用于某些中，也可用于某些对实时性对实时性要求不严的实时系统要求不严的实时系统中中Operating SystemOperating SystemPage 382022-3-17q优先权调度算法的类型优先权调度算法的类型v抢占式抢占式优先权调度算法优先权调度算法把处理机分配给优先权最高的进程，但在执行把处理机分配给优先权最高的进程，但在执行期间，只要出现另一个优先权更高的进程，则期间，只要出现另一个优先权更高的进程，则进程调度程序就进程调度程序就立即停止立即停止当前进程的执行，并当前进程的执行，并

33、将处理机分配给新到的优先权最高的进程将处理机分配给新到的优先权最高的进程注意注意：只要只要系统中系统中出现出现一个新的就绪进程，一个新的就绪进程，就就进行进行优先权优先权比较比较该调度算法，能更好地该调度算法，能更好地满足紧迫作业满足紧迫作业的要求，的要求，故而常用于要求比较严格的实时系统中，以及故而常用于要求比较严格的实时系统中，以及对性能要求较高的批处理和分时系统中对性能要求较高的批处理和分时系统中Operating SystemOperating SystemPage 392022-3-17q优先权的类型优先权的类型v静态优先权静态优先权v动态优先权动态优先权Operating Syst

34、emOperating SystemPage 402022-3-17q优先权的类型优先权的类型v静态优先权静态优先权静态优先权在创建进程时确定，且在进程的整个静态优先权在创建进程时确定，且在进程的整个运行期间运行期间保持不变保持不变。一般地，优先权是利用某一。一般地，优先权是利用某一范围内的一个整数来表示的，例如，范围内的一个整数来表示的，例如，0 0 7 7或或0 0 255255， 又把该整数称为又把该整数称为优先数优先数v确定进程静态优先权的依据确定进程静态优先权的依据进程类型进程类型: :系统进程，用户进程系统进程，用户进程进程对资源的需求进程对资源的需求用户要求用户要求v静态优先权特

35、点静态优先权特点系统开销小、不够精确、一般用在要求不高的系系统开销小、不够精确、一般用在要求不高的系统中统中问题：用户将优先权设的较高，对其他进程不利！问题：用户将优先权设的较高，对其他进程不利！ 短进程优先对长进程不利！短进程优先对长进程不利！Operating SystemOperating SystemPage 412022-3-17v动态优先权动态优先权随随进程的推进进程的推进或随其或随其等待时间等待时间的增加而改变，以获的增加而改变，以获得更好的调度性能得更好的调度性能可规定，在可规定，在就绪队列中的进程就绪队列中的进程，随其，随其等待时间的增等待时间的增长长，其优先权，其优先权以速

36、率以速率a提高提高具有具有相同相同优先权优先权初值初值的进程，则的进程，则最先进入最先进入就绪就绪队列，其将因其动态优先权变得最高而队列，其将因其动态优先权变得最高而优先获优先获得得处理机，此即处理机，此即FCFS算法算法具有各不相同的优先权初值的就绪进程，则具有各不相同的优先权初值的就绪进程，则优优先权初值低先权初值低的进程，在的进程，在等待了足够的时间等待了足够的时间后，后，其其优先权便可能升为最高优先权便可能升为最高，从而可以获得处理，从而可以获得处理机机当采用抢占式优先权调度算法时，如果再当采用抢占式优先权调度算法时，如果再规定当前规定当前进程进程的优先权的优先权以速率以速率b下降下降

37、，则可防止一个长作业，则可防止一个长作业长期地长期地垄断垄断处理机处理机Operating SystemOperating SystemPage 422022-3-17q高响应比优先调度算法（高响应比优先调度算法（HRF）v是是FCFS和和SJF的结合，克服了两种算法的的结合，克服了两种算法的缺点缺点v调度策略调度策略：响应比：响应比最高的作业优先启动最高的作业优先启动v因因等待时间等待时间+服务时间服务时间=该作业的该作业的响应时间响应时间，故该优先权又相当于故该优先权又相当于响应比响应比RP。据此，又。据此，又可表示为可表示为时时间间务务时时间间权权务务时时间间等等待待+ + 要要求求服服

38、优优先先= =要要求求服服时间务时间响应时间权务时间务时间等等待待+ + 要要求求服服优优先先= = =要要求求服服要要求求服服Operating SystemOperating SystemPage 432022-3-17q 对对HRF的小结的小结v等待时间相同等待时间相同的作业，则的作业，则要求服务的时间愈要求服务的时间愈短短，其，其优先权愈高优先权愈高，v要求服务的时间相同要求服务的时间相同的作业，则的作业，则等待时间愈等待时间愈长长，其，其优先权愈高优先权愈高，v长作业，优先权长作业，优先权随等待时间的增加随等待时间的增加而提高，而提高，其等待时间足够长时，其优先权便可升到很其等待时间

39、足够长时，其优先权便可升到很高，高， 从而也可获得处理机从而也可获得处理机v是一种折衷，既照顾了短作业，又考虑了作是一种折衷，既照顾了短作业，又考虑了作业到达的先后次序，又不会使长作业长期得业到达的先后次序，又不会使长作业长期得不到服务。不到服务。缺点：要进行响应比计算，增加了系统开销缺点：要进行响应比计算，增加了系统开销时间务时间响应时间权务时间务时间等等待待+ + 要要求求服服优优先先= = =要要求求服服要要求求服服对短作业有利对短作业有利是先来先服务是先来先服务对长作业有利对长作业有利Operating SystemOperating SystemPage 442022-3-17q先来

40、先服务和短作业优先算法先来先服务和短作业优先算法q高优先权优先调度算法高优先权优先调度算法q基于时间片的轮转调度算法基于时间片的轮转调度算法Operating SystemOperating SystemPage 452022-3-17q 简单的时间片轮转法简单的时间片轮转法(RRRound Robin)v系统将所有的就绪进程按先来先服务的原则排系统将所有的就绪进程按先来先服务的原则排成一个队列，每次调度时，把成一个队列，每次调度时，把CPU分配给队首分配给队首进程，并令其执行一个时间片进程，并令其执行一个时间片v当执行的时间片用完时，由一个计时器发出当执行的时间片用完时，由一个计时器发出时时

41、钟中断钟中断请求，调度程序便停止该进程的执行，请求，调度程序便停止该进程的执行，并将其放就绪队列尾；然后，再把处理机分配并将其放就绪队列尾；然后，再把处理机分配给就绪队列中新的队首给就绪队列中新的队首v时间片的大小从几时间片的大小从几ms到几百到几百ms优点：公平。保证就绪队列中所有进程在一给定的优点：公平。保证就绪队列中所有进程在一给定的时间内，均能获得一时间片的处理机执行时间时间内，均能获得一时间片的处理机执行时间缺点：紧迫任务响应慢。缺点：紧迫任务响应慢。UNIX中采用：时间片中采用：时间片+优先权优先权Operating SystemOperating SystemPage 46202

42、2-3-17进程名进程名到达时间到达时间 服务时间服务时间 开始时间开始时间 完成时间完成时间 周转时间周转时间带权周带权周转时间转时间平均平均A B C D E A B C D E A B C E A C E C05101518t04A03B05C02D04E012349121517181515/41212/31818/599/21717/414.24.02若到达时间若到达时间为为0 0、1 1、2 2、3 3、4 4，又如，又如何？何？Operating SystemOperating SystemPage 472022-3-17q就绪队列的变化就绪队列的变化:AABCABC B D AB

43、 D A E CAB C D Eq=1q=4A BE C E C05101518tA C B D A E C B D AE COperating SystemOperating SystemPage 482022-3-17进程名进程名到达时到达时间间服务时间服务时间开始时间开始时间 完成时间完成时间 周转时间周转时间带权周带权周转时间转时间平均平均04A13B25C32D44E0135711101217181212/499/31616/588/21313/411.63.29Operating SystemOperating SystemPage 492022-3-17v分时系统中常用时间片轮转

44、法分时系统中常用时间片轮转法时间片选择时间片选择问题问题固定时间片固定时间片可变时间片可变时间片时间片大小时间片大小与与时间片大小时间片大小有关的因素有关的因素系统响应时间系统响应时间就绪进程个数就绪进程个数CPUCPU能力能力 Operating SystemOperating SystemPage 502022-3-17q多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法 v设置设置多个就绪队列多个就绪队列，并为各个队列赋予，并为各个队列赋予不同不同的优先级的优先级第一个队列的优先级最高，第二个队列次第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低之，其余各队列的优先权逐个降低该算

45、法赋予各个队列中进程执行该算法赋予各个队列中进程执行时间片的时间片的大小也各不相同大小也各不相同，在，在优先权愈高优先权愈高的队列中，的队列中，为每个进程所规定的执行为每个进程所规定的执行时间片就愈小时间片就愈小。Operating SystemOperating SystemPage 512022-3-17就绪队列就绪队列1 1就绪队列就绪队列2 2就绪队列就绪队列3 3就绪队列就绪队列n nS1S2S3至至CPU至至CPU至至CPU至至CPU( (时间片：时间片：S1 S2 S3) )v调度方式调度方式高高低低优先级优先级时间片时间片小小大大Sn按按FIFO原则原则排队等待调排队等待调度度

46、尚未完成转入第二尚未完成转入第二队列的末尾，按队列的末尾，按FIFO原则等待调原则等待调度度采取按时间片轮采取按时间片轮转的方式运行转的方式运行因等待而放弃因等待而放弃CPU后，后，进入阻塞队列，一旦进入阻塞队列，一旦等待的事件发生，则等待的事件发生，则回到原来的就绪队列回到原来的就绪队列Operating SystemOperating SystemPage 522022-3-17v注意：注意：仅当第仅当第1(i-1) 队列均空时，才会调度第队列均空时，才会调度第i队列队列中的进程运行中的进程运行第第i队列队列中某进程正在运行时，又有中某进程正在运行时，又有新新进程进进程进入入优先权较高优先

47、权较高的队列的队列(第第1(i-1)中的任何一个中的任何一个队列队列)，则此时，则此时新进程将抢占新进程将抢占正在运行进程的正在运行进程的处理机，调度程序把正在运行的进程处理机，调度程序把正在运行的进程放回到放回到第第i队列队列的末尾的末尾第第i队列队列中某进程正在运行时，该进程因等待中某进程正在运行时，该进程因等待事件发生而进入阻塞队列，等待事件发生后，事件发生而进入阻塞队列，等待事件发生后，调度程序把进程调度程序把进程放回到第放回到第i队列队列的末尾的末尾Operating SystemOperating SystemPage 532022-3-17q1.为了使系统中各部分资源得到均衡使用

48、，就必须选择对资源需求不同的作业进行合理搭配。这项工作是由（ ）完成的。qA作业调度 B中级调度 C进程调度 D内存调度 答案：答案： A Operating SystemOperating SystemPage 542022-3-17q2.进程状态从就绪态到运行态的转化工作是由（ ）完成的。qA作业调度 B中级调度 C进程调度 D设备调度 答案：答案： C Operating SystemOperating SystemPage 552022-3-17q3.作业调度程序从处于（）状态的队列中选取适当的作业投入运行。qA运行 B提交 C完成 D后备 答案：答案： D Operating Sys

49、temOperating SystemPage 562022-3-17q4（）是作业存在的唯一标志。q作业名B进程控制块C作业控制块D程序名 答案：答案： COperating SystemOperating SystemPage 572022-3-17q5.若进程P1正在运行，操作系统强行撤下P1进程所占用的CPU，让具有更高优先级的进程P2运行，这种调度方式称为（1），此时P1进程处于（2）状态。q（1）A中断方式B抢占方式qC非抢占方式D查询方式q（2）A等待B结束C善后处理D就绪 答案：答案： （1）B（2）D Operating SystemOperating SystemPage

50、582022-3-17q6作业调度算法的选择常考虑因素之一是使系统有最高的吞吐率，为此应（）qA.不让处理机空闲B能够处理尽可能多的作业C使各类用户都满意D不使系统过于复杂 答案：答案： BOperating SystemOperating SystemPage 592022-3-17q7.填空：q对于FCFS，时间片轮转，多级反馈队列三个高级调度算法，他们对短作业的优先程度升高排序为： 。 答案：答案： FCFS，时间片轮转，多级反馈队列，时间片轮转，多级反馈队列Operating SystemOperating SystemPage 602022-3-17q 8.假设下列四个作业同时到达，

51、当使用最高优先数优先调度算法时，作业的平均周转时间为（ ）小时。q A4.5 B10.5 C4.75 D10.25 答案：答案： D Operating SystemOperating SystemPage 612022-3-17 9.作业J1，J2，J3，J4的提交时间和运行时间如下表所示。若采用短作业优先调度算法，则作业调度次序为（18），平均周转时间为（19）分钟（这里不考虑操作系统的开销） 答案：答案：C A Operating SystemOperating SystemPage 622022-3-17 答案：答案：BOperating SystemOperating SystemP

52、age 632022-3-1711.系统中的四个作业，它们的到达时间、运行时间、开始时间、完成时间和周转时间如下表所示，该系统采用的作业调度算法是（A）。A：（1）先来先服务 （2）短作业优先 （3）响应比高者优先 （4）不能确定 答案：答案：3Operating SystemOperating SystemPage 642022-3-17q12既考虑作业等待时间，又考虑作业执行时间的调度算法是（）qA.最高响应比优先B短作业优先C优先级调度D先来先服务 答案：答案： AOperating SystemOperating SystemPage 652022-3-17q13作业从进入后备队列到被

53、调度程序选中的时间间隔称为（）q周转时间B响应时间C等待时间D触发时间 答案：答案： COperating SystemOperating SystemPage 662022-3-17q14下述作业调度算法中，（）调度算法与作业的估计运行时间有关。qA.先来先服务B短作业优先C均衡D时间片轮转 答案：答案： BOperating SystemOperating SystemPage 672022-3-17q15在各种作业调度算法中，若有作业同时到达，则平均等待时间最短的算法是（）qA.先来先服务B优先数C最高响应比优先D短作业优先 答案：答案： DOperating SystemOperati

54、ng SystemPage 682022-3-17q证明： 若有三个作业J1，J2，J3同时在后备作业队列中等待运行，其运行时间分别为t1,t2,t3，且满足关系t1t20。命题得证。命题得证。Operating SystemOperating SystemPage 692022-3-17q证明： 给定一组作业J1，J2Jn,他们的运行时间分别为t1,t2tn，假定这些作业同时到达，并且将在一台CPU上按单道方式运行。试证明按最短的作业优先调度算法运行这些作业，则平均周转时间最小。 证明：不失一般性，假定按最短的作业优先调度算法，调度顺证明：不失一般性，假定按最短的作业优先调度算法，调度顺序分

55、别为序分别为J1，J2Jn，其运行时间分别为：，其运行时间分别为： t1,t2tn。则作业。则作业Ji的周的周转时间为：转时间为：Ti = t 1 + t 2 + + t i 。 所 以 ， 全 部 作 业 的 平 均 周 转 时 间 为 ：。 所 以 ， 全 部 作 业 的 平 均 周 转 时 间 为 ：T=T1+T2+Tn/n=t1+(t1+t2) +（t1+t2+t3） + (t1+t2 +tn) /n显然，当显然，当t1t2tn时，每个时，每个Ti达到最小值（达到最小值（i=1,2, n）。）。因此，因此，T最小，命题得证。最小，命题得证。Operating SystemOperati

56、ng SystemPage 702022-3-17q证明： 给定一组作业J1，J2Jn,他们的运行时间分别为t1,t2tn，假定这些作业同时到达，并且将在一台CPU上按单道方式运行。试证明短作业优先的调度算法使得作业的平均等待时间最短。 证明：不失一般性，假定按最短的作业优先调度算法证明：不失一般性，假定按最短的作业优先调度算法,调度顺序调度顺序为为 J 1 ， J 2 J n ， 其 运 行 时 间 分 别 为， 其 运 行 时 间 分 别 为 : t 1 , t 2 t n 。 显 然 有。 显 然 有t1t2tnt1t2tn 。根据题意得。根据题意得:作业作业Ji的等待时间为的等待时间为

57、: :Wi= t 1 + t 2 + ti - 1 。所 以 ， 全 部 作 业 的 平 均 等 待 时 间 为 ：所 以 ， 全 部 作 业 的 平 均 等 待 时 间 为 ：W=W1+W2+Wn/n=t1+(t1+t2) +（t1+t2+t3） + (t1+t2 +tn-1) /n 显然，当显然，当t1t2tn时，每一个时，每一个Wi达到最小值达到最小值（i=1,2, n）。因此，）。因此，W最小，这样结论得证。最小，这样结论得证。Operating SystemOperating SystemPage 712022-3-17q 实现实时调度的基本条件实现实时调度的基本条件q 实时调度算法

58、的分类实时调度算法的分类q 常用的几种实时调度算法常用的几种实时调度算法Operating SystemOperating SystemPage 722022-3-17q提供必要的信息：提供必要的信息：v开始截止时间开始截止时间v完成截止时间完成截止时间v就绪时间就绪时间v处理时间处理时间 v资源要求资源要求 v优先级优先级Operating SystemOperating SystemPage 732022-3-17q系统处理能力强系统处理能力强v在实时系统中，通常都有着多个实时任务。在实时系统中，通常都有着多个实时任务。若处理机的处理能力不够强，则有可能因若处理机的处理能力不够强，则有可能

59、因处理机忙不过来处理机忙不过来而使某些实时任务不能得而使某些实时任务不能得到及时处理，到及时处理， 从而导致发生难以预料的后从而导致发生难以预料的后果。假定系统中有果。假定系统中有m个个周期性的硬实时任务，周期性的硬实时任务，它们的它们的处理时间处理时间可表示为可表示为Ci，周期时间周期时间表示表示为为Pi，则在单处理机情况下，必须满足下面，则在单处理机情况下，必须满足下面的限制条件：的限制条件：miiiPC11例：一个周期为例：一个周期为10ms，执行，执行5ms, 一个周期为一个周期为15ms, 执行执行10ms, 则：则： (5/10)+(10/15)=35/30Operating Sy

60、stemOperating SystemPage 742022-3-17q系统处理能力强系统处理能力强v若上式不能满足，则系统是不可调度的若上式不能满足，则系统是不可调度的v解决的方法解决的方法是提高系统的处理能力是提高系统的处理能力采用单处理机系统采用单处理机系统 但须增强其处理能但须增强其处理能力，力， 以显著地减少对每一个任务的处理以显著地减少对每一个任务的处理时间时间采用多处理机系统采用多处理机系统 假定系统中的处理假定系统中的处理机数为机数为N N，则应将上述的限制条件改为，则应将上述的限制条件改为miiiNPC1Operating SystemOperating SystemPag