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  • 在多道批处理系统中,一个作业从提交到获得CPU执行,直到作业运行完毕,可能需要经历多级处理机调度。 一、处理机调度的层次 1. 高级调度(作业调度 / 长程调度调度对象: 作业 功能: 根据某种算法,将后备队列...

    在多道批处理系统中,一个作业从提交到获得CPU执行,直到作业运行完毕,可能需要经历多级处理机调度。

    一、处理机调度的层次

    1. 高级调度(作业调度 / 长程调度)

    调度对象: 作业

    功能: 根据某种算法,将后备队列中的某些作业调入内存,为它们创建进程、分配必要资源,并放入就绪队列。

    调度间隔为几秒或几分钟,不如进程调度频繁,因此也称为长程(long-term)调度。

    决定了多道批处理系统中的道数。

    2. 低级调度(进程调度 / 短程调度)

    调度对象: 进程(或内核级线程)

    功能: 根据某种算法,决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机,并将处理机分配给该进程。

    调度间隔为几毫秒甚至更短,因此也称为短程(short-term)调度。


    3. 中级调度(内存调度 / 中程调度)(换入换出)

    调度对象: 进程(虽说名字是内存调度,但是实际操作的对象还是进程我觉得)

    功能:
    换出: 将那些暂时不能运行的进程,调至外存等待(挂起);
    换入: 当条件具备时,再将它们重新调入内存,修改为就绪状态。

    目的: 提高内存利用率和系统吞吐量。



    二、三种调度运行频率的比较

    低级调度 > 中级调度 > 高级调度
    (短程) (中程) (长程)

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  • 处理机的高级、中级和低级调度

    万次阅读 2016-03-03 20:54:54
    处理机调度是为了解决多个进程或线程争夺CPU的问题。在多道程序系统中,通常会有...处理机的调度分为高级调度、中级调度和低级调度。1、高级调度高级调度发生在作业对应的新进程创建中,它决定一个进程是否被创建,或者

    处理机调度是为了解决多个进程或线程争夺CPU的问题。在多道程序系统中,通常会有多个进程或线程同时竞争CPU,只要有两个及以上的进程或线程处于就绪状态就有可能出现这样的情况。当可用的CPU个数少于进程和线程数时,就必须选择下一个进入CPU的进程或线程,而这部分工作由处理机执行。处理机的调度分为高级调度、中级调度和低级调度。

    1、高级调度

    高级调度发生在作业对应的新进程创建中,它决定一个进程是否被创建,或者创建后知否能被置为就绪状态,以参与竞争处理机资源从而获得运行。作业是用户要求计算机系统完成的工作,新提交的作业被输入到外存,并保存到批处理后备作业队列中。高级调度根据一定的算法从后备的作业队列中选出若干作业,并分配给必要的资源,为它建立相应的用户作业进程和为其服务的系统进程,最后把它们的程序和数据调入内存,等待进程调度程序对其进行调度。

    高级调度控制多道程序的道数,调度选择进入主存的作业越多,每个作业获得的CPU时间就越少,所以有时候要限制多道程序的道数。

    2、中级调度

    中级调度是为了使内存中同时存放的进程数目不至于太多,有时需要把某些进程从内存中移到外存中,以减少多道程序的数目。特别是在采用虚拟存储技术的系统中或分时系统中。引入中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量。它实际上就是存储器中的对换功能。

    3、低级调度

    低级调度的主要功能是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的某个进程(或内核级线程)。执行低级调度功能的程序称作进程调度程序,由它实现CPU在进程间的切换。低级调度的运行频率很高。在一般的操作系统中必须要有低级调度(进程调度),而且其调度策略的优劣直接影响整个系统的功能。

    4、调度准则

    不同的CPU调度算法具有不同的属性,并可能对某些进程更有利,我们用用很多准则来比较特征对确定最佳算法是产生的影响。

    (1)CPU利用率 当CPU的价格非常昂贵时,我们希望尽可能使它得到充分利用。通常,在一定的I/O等待时间百分比之下,运行程序道数越多,CPU空闲时间百分比越低。

    (2)吞吐量 吞吐量是用来评估CPU工作量的,它表示单位时间内CPU完成的进程数量。

    (3)周转时间 批处理系统中,从作业提交给系统到作业完成的时间间隔称为周转时间,批处理系统的调度性能主要用周转时间和带权周转时间衡量,时间越短,系统效率越高,作业吞吐量越大

    (4)就绪等待时间:各种CPU调度算法仅影响进程在就绪队列中所花费的时间,因此更倾向于慨率进程在就绪队列中所花费的时间。

    (5)响应时间:在交互系统中,提交第一个请求到产生第一个响应所用的时间,成为响应时间。

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  • 3.1.1、高级、中级和低级调度(这三个调度其实都是对处理机进行分配,也就是处理机调度) 一个批处理型作业,从进入系统并驻留在外存的后备队列上开始,直至作业运行完成,可能需要经历三级调度: 1

          分配处理机的任务是由处理机调度程序完成的。由于处理机是最重要的计算机资源,提高处理机的利用率及改善系统性能(吞吐量、响应时间),在很大程度上取决于处理机调度性能的好坏。

    3.1、处理机调度的基本概念

    3.1.1、高级、中级和低级调度(这三个调度其实都是对处理机进行分配,也就是处理机调度

    一个批处理型作业,从进入系统并驻留在外存的后备队列上开始,直至作业运行完成,可能需要经历三级调度:

    1、高级调度

          高级调度(High Level Scheduling)又称为作业调度或长程调度(Long Term Scheduling),其主要功能是根据某种算法,把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存(注意它是把处于外存的作业调入内存中),也就是说,它的调度对象是作业。那么,什么是作业呢?

          作业是用户在一次运算过程中,或一次事务处理中要求计算机所做的全部工作的总和。

          作业调度的主要任务是按一定的原则从外存上处于后备状态的作业中选择一个或多个,给它们分配内存、I/O设备等必要的资源,并建立相应的进程,以使该作业具有获得竞争处理的权利。因此,有时也把作业调度称为接纳调度(Admission Scheduling)。

    2、低级调度

          通常也把低级调度(Low Level Scheduling)称为进程调度或短程调度(Short Term Scheduling),它所调度的对象是进程(或内核级线程)。进程调度是最基本的一种调度,在多道批处理、分时和实时三种类型的OS中,都必须配置这级调度。

          低级调度的功能是用于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

    进程调度方式有两种调度方式:

    1) 非抢占方式(NonpreemptiveMode)

          在采用这种调度方式时,一旦把处理机分配给某进程后,不管它要运行多长时间,都一直让它运行下去,决不会因为时钟中断等原因而抢占正在运行进程的处理机,也不允许其它进程抢占已经分配给它的处理机。直至该进程完成,自愿释放处理机,或发生某事件而被阻塞时,才再把处理机分配给其他进程

    2) 抢占方式(PreemptiveMode)

           这种调度方式允许调度程序根据某种原则去暂停某个正在执行的进程,将已分配给该进程的处理机重新分配给另一进程。抢占方式的优点是,可以防止一个长进程长时间占用处理机,能为大多数进程提供更公平的服务,特别是能满足对响应时间有着较严格要求的实时任务的需求。

    3、中级调度

          中级调度(Intermediate Level Scheduling)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那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。中级调度实际上就是存储器管理中的对换功能

           各层调度的运行频率:高级调度﹤中级调度﹤低级调度。

           作业调度和进程调度的区别:

                (1)作业调度为进程活动做准备,进程调度使进程活动起来

                (2)作业调度次数少,进程调度次数多

                (3)有的系统不设作业调度,但进程调度必不可少

    3.2、调度算法

           在OS中调度的实质是一种资源分配因而调度算法是指:根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。对于不同的系统和系统目标,通常采用不同的调度算法,例如,在批处理系统中,为了照顾为数众多的短作业,应采用短作业优先的调度算法;又如在分时系统中,为了保证系统具有合理的响应时间,应采用轮转法进行调度。目前存在的多种调度算法中,有的算法适用于作业调度,有的算法适用于进程调度;但也有些调度算法既可用于作业调度,也可用于进程调度。

    3.2.1、先来先服务(FCFS)和短作业(进程)优先调度算法(SJ(P)F)

    1、先来先服务调度算法

          先来先服务(FCFS)调度算法是一种最简单的调度算法,该算法既可用于作业调度,也可用于进程调度。当在作业调度中采用该算法时,每次调度都是从后备作业队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业,将它们调入内存,为它们分配资源、创建进程,然后放入就绪队列。在进程调度中采用FCFS算法时,则每次调度是从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程,为之分配处理机,使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。

           FCFS 算法比较有利于长作业(进程),而不利于短作业(进程)

    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个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

          (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。

    3.2.2、高优先权优先调度算法

          为了照顾紧迫型作业,使之在进入系统后便获得优先处理,引入了最高优先权优先(FPF)调度算法。此算法常被用于批处理系统中,作为作业调度算法,也作为多种操作系统中的进程调度算法,还可用于实时系统中。当把该算法用于作业调度时,系统将从后备队列中选择若干个优先权最高的作业装入内存。当用于进程调度时,该算法是把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程。

    3.2.3、基于时间片的轮转调度算法

          在分时系统中,为保证能及时响应用户的请求,必须采用基于时间片的轮转式进程调度算法。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。换言之,系统能在给定的时间内响应所有用户的请求

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  • 操作系统---处理器调度

    千次阅读 2020-04-26 12:51:41
    文章目录一、作业与进程的区别二、处理器调度1、三个调度级别2、评价进程调度算法的优劣3、先来先服务调度算法4、短作业优先调度算法5、响应...作业调度中(2)在进程调度中6、综合实例三、交换技术和中级调度的区别...

    一、作业与进程的区别

    一个进程是一个程序对某个数据集的执行过程,是分配资源的基本单位。作业是用户需要计算机完成的某项任务,是要求计算机所做工作的集合。一个作业的完成要经过作业提交、作业收容、作业执行和作业完成4个阶段。而进程是对已提交完毕的程序所执行过程的描述,是资源分配的基本单位。其主要区别如下。

       (1)作业是用户向计算机提交任务的任务实体。在用户向计算机提交作业后,系统将它放入外存中的作业等待队列中等待执行。而进程则是完成用户任务的执行实体,是向系统申请分配资源的基本单位。任一进程,只要它被创建,总有相应的部分存在于内存中。
    
       (2)一个作业可由多个进程组成,且必须至少由一个进程组成,反过来则不成立。
    
       (3)作业的概念主要用在批处理系统中,像UNIX这样的分时系统中就没有作业的概念。而进程的概念则用在几乎所有的多道程序系统中。
    

    二、处理器调度

    1、三个调度级别

    高级调度又称作业调度,实现作业从外存调入内存运行,选择哪个作业所以需要调度算法。它和下面的中级调度互为逆过程。作业调度的过程:根据作业控制块中的信息,审查系统能否满足用户作业的资源需求,以及按照一定的算法,从外存的后备队列中选取某些作业调入内存,并为它们创建进程、分配必要的资源。然后再将新创建的进程插入就绪队列,准备执行,再后面就是对就绪队列中的进程进行进程调度了。
    
    中级调度又称交换调度,引入中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量,使得暂时不运行的进程从内存对换到外存上。
    
    低级调度又称进程调度,作业调入内存,资源分配单位为进程,调度单位为线程,如果没有线程,调度单位就是进程,选择哪个进程占用cpu执行,需要调度算法。进程调度是操作系统中最基本的一种调度,其调度策略的优劣直接影响整个系统的性能
    
    作业调度依靠作业控制块实现
    交换调度的实现是由操作系统自动完成,不需要算法。
    进程调度依靠进程控制块(PCB)实现
    

    其中无论是作业调度还是进程调度,都有三个相同和基础的调度算法,以进程调度为例来说明三个算法,如下。
    中级调度只需要把内存中的不需要运行的进程进行换入换出即可,不需要算法支持。

    2、评价进程调度算法的优劣

    评价进程调度算法的优劣,通常看平均周转时间和带权周转时间

    周转时间 = 作业完成时间 - 作业到达时间
    平均周转时间 = (作业完成时间 - 作业到达时间)/ 作业数量
    带权周转时间 = 作业周转时间 / 作业服务时间
    

    有人会说,这不全是作业吗,为什么是进程调度算法优劣评价?

    作业调度算法,是选择哪个作业从外存调入内存,进程调度算法实现的是,作业的进程创建并选择进程占有cpu运行,作业完成-作业到达,中间不就是运行吗!!
    

    另一种计算公式:

    响应比=1+T等待/T运行 	  T周转=T等待+T运行    	T带权周转=T周转/T运行
    #平均就是除以作业数量
    

    3、先来先服务调度算法

    先来先服务(FCFS)调度算法是一种最简单的调度算法,该算法既可用于作业调度,也可用于进程调度。当在作业调度中采用该算法时,每次调度都是从后备作业队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业,将它们调入内存,为它们分配资源、创建进程,然后放入就绪队列。在进程调度中采用FCFS算法时,则每次调度是从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程,为之分配处理机,使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。

    顾名思义,先来先服务算法就是先来的作业先调度运行,后来的后运行。和队列的先进先出
    的意思是一样的。不过先来先服务算法很少单独使用,都是和其他算法一起结合使用。
    

    4、短作业优先调度算法

    短作业(进程)优先调度算法SJ§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个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。

    这里有四个需要注意的地方:

    短作业调度算法的核心在于,运行时间越短的作业就先执行。
    	1. 首先,第一到达的作业一定先运行,因为经常题目中是给出所有的作业,很多初学者以为直接从中选取短作业。
    	2. 要注意,在后续比较作业长短的时候,要看作业是否到达,就是上图的到达时间,没有到达的作业是不能比较的。
    	3. 短进程优先(SPF)分为抢占和不抢占。如果抢占,那就是当一个短作业到达时,如果这个短作业比当前作业剩余作业量小,就停止当前作业的处理,处理这个更短的作业。
    	4. 短作业优先(SJF)无抢占这个概念,不可能这里把作业调入主存,看到短作业来了,就停止直接调入主存涩。
    

    5、响应比高者优先调度算法

    (1)在作业调度中

    在批处理系统中,短作业优先算法是一种比较好的算法,其主要的不足之处是长作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权,并使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a 提高,则长作业在等待一定的时间后,必然有机会分配到处理机。该优先权的变化规律可描述为:
    由于等待时间与运行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:

    响应比=1+T等待/T运行
    

    由上式可以看出:

    (1) 如果作业的等待时间相同,则要求运行的时间愈短,其优先权愈高,因而该算法实现的是短作业优先

    (2) 当要求的作业运行的时间相同时,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,从而也可被调进内存运行。简言之,该算法既照顾了短作业,又考虑了作业到达的先后次序,不会使长作业长期调不进内存运行。因此,该算法实现了一种较好的折衷。当然,在利用该算法时,每要进行调度之前,都须先做响应比的计算,这会增加系统开销。

    (2)在进程调度中
    响应比=1+T等待/T运行
    

    T等待:进程在就绪队列的等待时间
    T运行:进程预计的运行时间(服务时间、处理时间)

    6、综合实例

    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    答案:
    在这里插入图片描述注意:大家学了这么多,可能会有疑问,这又是作业的,又是进程的,这个题到底是在评价作业调度算法的优劣还是进程调度算法的优劣。

    答:评价的是进程,因为第二张表中是SPF不是SJF,那为什么又在说什么作业到达时间,服务时间呢?因为我们调入内存的是一个个作业,作业里面有多个进程,用不同的调度算法对这些进程进行调度,作业的完成时间也就有差别,就可以识别算法的优劣,所以我们需要这些作业相关的时间。
    

    三、交换技术和中级调度的区别

    我们刚才知道了,中级调度是实现进程在内存和外存之间的换入换出。
    首先明白一下,交换技术、虚存技术、页面置换算法的关系:

    交换技术和虚存技术都属于虚拟存储技术这个大类,只不过粒度不同,交换技术是以进程为单位进行换入换出,虚存技术是以页或段为单位换入换出,页面置换算法是虚存技术用来选择哪个页面换入换出的算法。
    

    交换技术和中级调度的作用一样的,它们之间有什么区别呢?
    处理器的中级调度就是采用的交换技术!所以它又称为交换调度

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    不过有一说一,对照着以前学习时做的思维导图,复习起来果然还是很快的,那时候也确实在 OS 这门课上下了不少功夫,本来在这苦 13 的生活下不准备再写文章了,但是无意间看到了以前做的关于处理机调度的 PPT 还有...
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    千次阅读 2020-01-23 22:49:24
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空空如也

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中级调度的主要目的是