第3章+处理机调度与死锁教学提纲

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1、第三章 处理机调度与死锁,3.1 处理机调度的基本概念 3.2 调度算法 3.3 实时调度 3.4 多处理机系统中的调度* 3.5 产生死锁的原因和必要条件 3.6 预防死锁的方法 3.7 死锁的检测与解除,3.1 处理机调度的基本概念,3.1.1 高级、中级和低级调度,高级调度(High Scheduling) 作业调度,在每次执行作业调度时，都须做出以下两个决定。 1) 接纳多少个作业 2) 接纳哪些作业,2. 低级调度(Low Level Scheduling) 进程调度,1) 非抢占方式(Non-preemptive Mode) 在采用非抢占调度方式时，可能引起进程调度的因素可归结为这

2、样几个： 正在执行的进程执行完毕， 或因发生某事件而不能再继续执行； 执行中的进程因提出I/O请求而暂停执行； 在进程通信或同步过程中执行了某种原语操作，如P操作(wait操作)、Block原语等。这种调度方式的优点是实现简单、系统开销小，适用于大多数的批处理系统环境。但它难以满足紧急任务的要求立即执行，因而可能造成难以预料的后果。显然，在要求比较严格的实时系统中，不宜采用这种调度方式。,3. 中级调度(Intermediate-Level Scheduling) 选择挂起进程调入内存,中级调度又称中程调度(Medium-Term Scheduling)。 引入中级调度的主要目的，是为了提高内

3、存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资源，而将它们调至外存上去等待，把此时的进程状态称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，由中级调度来决定把外存上的哪些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。,3.1.2 调度队列模型,1. 仅有进程调度的调度队列模型,图 3 - 1 仅具有进程调度的调度队列模型,2. 具有高级和低级调度的调度队列模型,图 3-2 具有高、低两级调度的调度队列模型,就绪队列的形式。 (2) 设置多个阻塞队列。,图 3-2 示出了具有高、低两级调度的

4、调度队列模型。该模型与上一模型的主要区别在于如下两个方面。,3. 同时具有三级调度的调度队列模型,图 3-3 具有三级调度时的调度队列模型,3.1.3 调度算法评价调度实质上是一个策略问题,目标：对用户 单位时间内运行尽可能多的作业 对所有的作业都是公平合理的 对系统 使处理机尽可能保持“忙碌”， 使各种I/O设备得以充分利用， 系统吞吐率高。 设定的目标往往是相互冲突的,在实际系统中，调度算 法往往折衷考虑。,假定某一作业进入“输入井”的时间为Si， 它被选中执行，得到计算结果的时间为Ei 作业的周转时间为Ti Ei Si （其JCB存在的时间） 则作业平均周转时间为： T（ ） 其中，n为

5、被测定作业流中的作业数,作业平均周转时间,平均带权周转时间,W（ ） 其中，ri 为某作业i的实际执行时间,T：衡量不同调度算法对同一个作业流的性能 W：同一调度算法对不同作业流的性能衡量,系统进行作业调度的决策因素,作业到达时间 预先为作业确定的优先级 系统可测定的其他因素： 作业所需的CPU时间C 存储要求M 打印输出的行数L 其他的资源要求,3.1.4 常见的批处理作业调度算法,（1）先来先服务算法 （FCFS：First Come First Serve） （2）最短作业优先算法 （SJF：Shortest Job First） （3）最高响应比优先算法 （HRN：Highest Re

6、sponse Ratio Next） 响应比R = 作业周转时间 / 作业处理时间 =（作业处理时间 + 作业等待时间）/ 作业处理时间 = 1 +（作业等待时间 / 作业处理时间） （4）基于优先数调度算法 （HPF：Highest Priority First）,1. 先来先服务调度算法,2. 短作业(进程)优先调度算法,短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F，是指对短作业或短进程优先调度的算法。它们可以分别用于作业调度和进程调度。短作业优先(SJF)的调度算法，是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行。而短进程优先(SPF)调度算法，则是从就绪队列中选出一

7、估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它，使它立即执行并一直执行到完成，或发生某事件而被阻塞放弃处理机时，再重新调度。,SJ(P)F调度算法也存在不容忽视的缺点： (1) 该算法对长作业不利，如作业C的周转时间由10增至16，其带权周转时间由2增至3.1。更严重的是，如果有一长作业(进程)进入系统的后备队列(就绪队列)，由于调度程序总是优先调度那些(即使是后进来的)短作业(进程)，将导致长作业(进程)长期不被调度。 (2) 该算法完全未考虑作业的紧迫程度，因而不能保证紧迫性作业(进程)会被及时处理。 (3) 由于作业(进程)的长短只是根据用户所提供的估计执行时间而定的，而用户又可能会有意或无意

8、地缩短其作业的估计运行时间，致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。,图 3-4 FCFS和SJF调度算法的性能,例1、 假设在单道批处理环境下有四个作业，已知它们进入系统的时间、估计运行时间如表中所示。 应用先来先服务、最短作业优先和最高响应比优先作业调度算法，分别计算出作业的平均周转时间和带权的平均周转时间。,先来先服务调度算法计算结果,最短作业优先作业算法计算结果,3. 高响应比优先调度算法,优先权的变化规律可描述为：,由于等待时间与服务时间之和，就是系统对该作业的响应时间，故该优先权又相当于响应比RP。据此，又可表示为：,(1) 如果作业的等待时间相同，则要求服务的时间愈短，其优先权

9、愈高，因而该算法有利于短作业。 (2) 当要求服务的时间相同时，作业的优先权决定于其等待时间，等待时间愈长，其优先权愈高，因而它实现的是先来先服务。 (3) 对于长作业，作业的优先级可以随等待时间的增加而提高，当其等待时间足够长时，其优先级便可升到很高， 从而也可获得处理机。,最高响应比优先作业算法计算结果,响应比R = 作业周转时间 / 作业处理时间 = 1 +（作业等待时间 / 作业处理时间）,在两道批处理环境下，有四个作业，已知它们进入系统的时间、估计运行时间。 系统采用短作业优先作业调度算法，作业被调度运行后不再退出；当一新作业投入运行后，可按照作业运行时间长短调整作业执行的次序基于优

10、先数可抢占式调度策略进行进程调度。优先数是根据作业估计运行时间大小来决定的（即短作业优先）。 请给出这四个作业的执行时间序列，并计算出平均周转时间及带权平均周转时间,作业调度算法应用例2,两道批处理系统中,最短作业优先作业算法计算结果,10：00，JOB1进入，只有一作业，JOB1被调入执行 10：05，JOB2到达，最多允许两作业同时进入,所以JOB2也被调入, 内存中有两作业，哪一个执行？题目规定当一新作业运行后，可按作业运行时间长短调整执行次序即基于优先数可抢占式调度策略 优先数是根据作业估计运行时间大小来决定的，由于JOB2运行时间（20分）比JOB1少（到10：05，JOB1还需25

11、分钟），所以JOB2运行，而JOB1等待。 10：10，JOB3到达输入井，内存已有两作业，JOB3不能马上进入内存； 10：20，JOB4也不能进入内存； 10：25，JOB2运行结束，退出，内存中剩下JOB1，输入井中有两作业JOB3和JOB4，如何调度？作业调度算法：最短作业优先。因此JOB3进入内存。 比较JOB1和JOB3运行时间，OB3运行时间短，故JOB3运行。 同样，JOB3退出后，下一个是JOB4。 JOB4结束后，JOB1才能继续运行。,分析过程:,4 、高优先权优先调度算法,1. 优先权调度算法的类型,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

12、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。这种调度算法主要用于批处理系统中；也可用于某些对实时性要求不严的实时系统中。,2) 抢占式优先权调度算法 在这种方式下，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。因此，在采用这种调度算法时，是每当系统中出现一个新的就绪进程i时，就将其优先权Pi与正在执行的进程j的优先权Pj进行比较。如果PiPj，

13、原进程Pj便继续执行；但如果是PiPj, 则立即停止Pj的执行，做进程切换，使i进程投入执行。显然，这种抢占式的优先权调度算法，能更好地满足紧迫作业的要求，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。,2. 优先权的类型,1) 静态优先权 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。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，07或0255中的某一整数， 又把该整数称为优先数。只是具体用法各异：有的系统用“0”表示最高优先权，当数值愈大时，其优先权愈低；而有的系统恰恰相反。,确定进程优先权的依据有如下三个方面： 进程类型。 (2

14、) 进程对资源的需求。 (3) 用户要求。,2) 动态优先权 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。例如，我们可以规定，在就绪队列中的进程，随其等待时间的增长，其优先权以速率a提高。若所有的进程都具有相同的优先权初值，则显然是最先进入就绪队列的进程，将因其动态优先权变得最高而优先获得处理机，此即FCFS算法。若所有的就绪进程具有各不相同的优先权初值，那么，对于优先权初值低的进程，在等待了足够的时间后，其优先权便可能升为最高，从而可以获得处理机。当采用抢占式优先权调度算法时，如果再规定当前进程的优先权以速率b下降，则可

15、防止一个长作业长期地垄断处理机。,5、均衡调度算法(分类排队算法),基本思想： 根据系统运行情况和作业属性将作业分类 轮流从不同的作业类中挑选作业 目标： 力求均衡地利用各种系统资源，发挥资源使用效率 力求使用户满意,例1：将待处理作业分成如下队列： 队列1：计算量大的作业 队列2：I/O量大的作业 队列3：计算量与I/O量均衡的作业 调度时，在三个队列中各取一些作业 在内存中的作业有的使用处理机 有的使用外部设备 使得系统的各种资源能得到充分利用,例2：将待处理作业分成如下三个队列： 队列1：长作业 队列2：中等长度作业 队列3：短作业 调度时 取队列1一作业，队列2一作业，队列3一作业 长

16、作业用户和短作业用户均比较满意,3.2.3 基于时间片的轮转调度算法,1. 时间片轮转法 在早期的时间片轮转法中，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CPU分配给队首进程，并令其执行一个时间片。时间片的大小从几ms到几百ms。当执行的时间片用完时，由一个计时器发出时钟中断请求，调度程序便据此信号来停止该进程的执行，并将它送往就绪队列的末尾；然后，再把处理机分配给就绪队列中新的队首进程，同时也让它执行一个时间片。这样就可以保证就绪队列中的所有进程，在一给定的时间内，均能获得一时间片的处理机执行时间。,2. 多级反馈队列调度算法,(1) 应设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。 第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先权愈高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就愈小。例如，第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍，第i+1个队列的时间片要比第i个