第5章2-处理机管理

操作系统的资源管理操作系统的资源管理(1) 资源管理的机制与策略死锁及其解决方法(2) 处理机管理(3) 主存管理(4) 设备管理(5) 文件系统1操作系统的资源管理 主要内容处理机管理操作系统的资源管理 (2) 处理机管理 2l 处理机的多级调度l 作业调度l 进程调度3操作系统的资源管理 (2) 主要内容 41. 处理机调度的功能l 确定数据结构 l 确定调度策略 (调度原则 ) l 给出调度算法 l 实施处理机分派 不同类型的操作系统往往采用不同的处理机分配方法 操作系统的资源管理 (2) 处理机的多级调度 52. 批处理系统中的处理机调度处理机调度分为两级：作业调度和进程调度l 作业调度 宏观调度任务 对存放在辅存设备上的大量作业，以一定的策略进行挑选，分配主存等必要的资源，建立作业对应的进程，使其投入运行。l 进程调度 微观调度任务 对进入主存的所有进程，确定哪个进程在什么时候获得处理机，使用多长时间。操作系统的资源管理 (2) 处理机的多级调度 63. 多任务操作系统中的处理机调度l 多进程的产生在分时系统或支持多任务并发执行个人计算机操作系统中，系统将用户提交的任务处理为进程，一个进程又可以创建多个子进程，形成可以并发执行的多进程。l 进程调度的任务当处理机空闲时，以某种策略选择一个就绪进程去运行，并分配处理机的时间。操作系统的资源管理 (2) 处理机的多级调度 74. 多线程操作系统中的处理机调度l 多线程的产生在支持多线程运行的系统中，一个进程可以创建一个线程，也可以创建多个线程。系统为进程分配它所需要的资源，而处理机的分配单位则为线程。l 线程调度的任务当处理机空闲时，以某种策略选择一个就绪线程去运行，并分配处理机时间。 操作系统的资源管理 (2) 处理机的多级调度 8作业在整个活动期间有如下状态。l 后备状态作业已存放在磁盘上，等待调度。l 执行状态作业进入主存开始运行。l 完成状态 作业计算完成开始，退出系统。 1. 作业的状态操作系统的资源管理 (2) 作业调度 9l 作业状态变迁图运行就绪完成等待后备作业调度作业调度执行操作系统的资源管理 (2) 作业调度 10l 确定数据结构建立作业控制块 jcb (job control block)。作业控制块记录了每个作业类型、状态、资源请求及分配情况。l 确定调度策略与调度算法l 分配资源为选中的作业分配所需要的系统资源。l 善后处理收回该作业所占用的全部资源，撤消作业控制块以及与该作业有关的全部进程资源。 2. 作业调度的功能操作系统的资源管理 (2) 作业调度 11l 主要内容 作业名 资源要求估计执行时间、最迟完成时间、要求的主存量、要求外设的类型及台数、要求文件量和输出量 资源使用情况进入系统时间、开始执行时间、已执行时间、主存地址、外设台号 类型 优先级 作业状态 3. 作业控制块 操作系统的资源管理 (2) 作业调度 12l 周转时间一个作业提交给计算机系统到该作业的结果返回给用户所需要的时间。 定义 ti = tci - tsiti 作业 i的周转时间 tsi 作业 i的提交时间tci 作业 i的完成时间 意义 说明作业 i 在系统中停留时间的长短 平均周转时间 t = 4. 作业调度算法性能的衡量的功能采用平均周转时间和平均带权周转时间衡量作业调度算法性能的好坏。操作系统的资源管理 (2) 作业调度 13l 带权周转时间 定义： 一个作业的周转时间与其运行时间的比值 wi = 意义 说明作业 i 在系统中相对等待时间 平均带权周转时间 w = 操作系统的资源管理 (2) 作业调度 14l 先来先服务调度算法 (FCFS) 策略： 按作业来到的先后次序进行调度。 特点： 简单，易实现。 讨论： 先来先服务调度算法下的周转时间、带权周转时间 5. 常用的 作业调度算法 先来先服务调度算法 (FCFS)作业 提交时间 执行时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间1 8.00 2.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.104 9.50 0.208.00 10.00 2.00 1 10.00 10.50 2.00 4 10.50 10.60 1.60 16 10.60 10.80 1.30 6.5 平均周转时间 t = 平均带权周转时间 w =1.7256.875操作系统的资源管理 (2) 作业调度 15l 短作业优先调度算法 策略： 按作业请求运行的时间长短进行调度。 特点： 易实现，系统吞吐量高。 讨论： 短作业优先调度算法下的周转时间与带权周转时间 先来先服务调度算法 (FCFS)作业 提交时间 执行时间 开始时间 完成时间 周转时间 带权周转时间1 8.00 2.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.104 9.50 0.20平均周转时间 t = 平均带权周转时间 w =8.00 10.00 2.00 1 10.30 10.80 2.30 4.6 10.00 10.10 1.10 11 10.10 10.30 0.80 4 1.555.15操作系统的资源管理 (2) 作业调度 16l 进程管理的数据结构 l 决定调度策略 优先调度 就绪队列按进程优先级高低排序 先来先服务 就绪队列按进程来到的先后次序排序l 实施处理机的分配和回收1. 进程 调度的功能操作系统的资源管理 (2) 进程调度 17l 什么是调度方式当一进程正在处理机上执行时，若有某个更为 “重要而紧迫 ”的进程需要运行，系统如何分配处理机。l 非剥夺方式让正在执行的进程继续执行，直到该进程完成或发生某事件而进入 “完成 ”或 “阻塞 ”状态时，才把处理机分配给 “重要而紧迫 ”的进程。l 剥夺方式当 “重要而紧迫 ”的进程一到，便暂停正在执行的进程，立即把处理机分配给优先级更高的进程。2. 进程 调度的方式操作系统的资源管理 (2) 进程调度 18l 进程优先数调度算法 什么是进程优先数调度算法预先确定各进程的优先数，系统把处理机的使用权赋予就绪队列中具备最高优先权 (优先数和一定的优先级相对应 )的就绪进程。 优先数的分类及确定 静态优先数在进程被创建时确定，且一经确定后在整个进程运行期间不再改变。3. 进程 调度算法操作系统的资源管理 (2) 进程调度 19 静态优先数的确定 优先数根据进程所需使用的资源来计算 优先数基于程序运行时间的估计 优先数基于进程的类型 动态优先数进程优先数在进程运行期间可以改变。 动态优先数的确定 进程使用 CPU超过一定数值时，降低优先数 进程 I/O操作后，增加优先数 进程等待时间超过一定数值时，提高优先数操作系统的资源管理 (2) 进程调度 20l 循环轮转调度算法 什么是循环轮转调度算法当 CPU空闲时，选取就绪队列首元素，赋予一个时间片，当时间片用完时，该进程转为就绪态并进入就绪队列末端。该队列排序的原则是什么？pcb1 pcb2 pcbnCPU完成操作系统的资源管理 (2) 进程调度 21 简单循环轮转调度算法就绪队列中的所有进程以等速度向前进展。q = t/nt 为响应时间， n为进入系统的进程数目 。q 值的影响 ? 循环轮转调度算法的发展 可变时间片轮转调度 多重时间片循环调度操作系统的资源管理 (2) 进程调度 225. 调度用的进程状态变迁图运行首先选择100ms因 IO而等待高优先就绪低优先就绪进程调度进程调度时间片到请求 I/OI/O完成其次选择500msl 一个调度用的进程状态变迁图的实例操作系统的资源管理 (2) 进程调度 23 进程状态 运行状态 低优先就绪状态 高优先就绪状态 因 I/O而等待状态 队列结构 低优先就绪队列 高优先就绪队列 因 I/O而等待队列l 调度用进程状态变迁图实例的分析操作系统的资源管理 (2) 进程调度 24 进程调度算法优先调度与时间片调度相结合的调度算法 当 CPU空闲时，若高优先就绪队列非空，则从高优先就绪队列中选择一个进程运行，分配时间片为100ms。 当 CPU空闲时，若高优先就绪队列为空，则从低优先就绪队列中选择一个进程运行，分配时间片为500ms。l 调度效果优先照顾 IO量大的进程；适当照顾计算量大的进程。操作系统的资源管理 (2) 进程调度 25运行因 IO而等待高优先就绪低优先就绪 34512变迁 1 变