[高等教育]自考操作系统概论第2章课件.ppt

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1、第二章第二章 处理器管理处理器管理2.1 多道程序设计多道程序设计首先描述程序的顺序和并发执行方式首先描述程序的顺序和并发执行方式首先描述程序的顺序和并发执行方式首先描述程序的顺序和并发执行方式2.1.1 程序的顺序执行程序的顺序执行 一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称

2、为程序的顺序执行。执行。执行。执行。2.1.1 程序的顺序执行程序的顺序执行例：讨论单道系统的工作情况例：讨论单道系统的工作情况例：讨论单道系统的工作情况例：讨论单道系统的工作情况 对用户作业的处理对用户作业的处理对用户作业的处理对用户作业的处理 首先输入用户的程序和数据首先输入用户的程序和数据首先输入用户的程序和数据首先输入用户的程序和数据 然后进行计算然后进行计算然后进行计算然后进行计算 最后打印计算结果最后打印计算结果最后打印计算结果最后打印计算结果 即有三个顺序执行的操作即有三个顺序执行的操作即有三个顺序执行的操作即有三个顺序执行的操作 I I I I：输入操作输入操作输入操作输入操作

3、 C C C C：计算操作计算操作计算操作计算操作 P P P P：输出操作输出操作输出操作输出操作P2C2 I2P1C1 I1输入机输入机CPU打印机打印机2.1 多道程序设计多道程序设计2.1.2 程序的并发执行程序的并发执行程序的并发执行程序的并发执行程序的并发执行程序的并发执行例：例：例：例：在在在在系系系系统统统统中中中中有有有有n n n n个个个个作作作作业业业业，每每每每个个个个作作作作业业业业都都都都有有有有三三三三个个个个处处处处理理理理步步步步骤骤骤骤，输输输输入入入入数据、处理、输出，即数据、处理、输出，即数据、处理、输出，即数据、处理、输出，即I I I Ii i i

4、 i,C,C,C,Ci i i i,P,P,P,Pi i i i(i=1,2,3,.,n)(i=1,2,3,.,n)(i=1,2,3,.,n)(i=1,2,3,.,n)。这这这这些些些些作作作作业业业业系系系系统统统统中中中中执执执执行行行行时时时时是是是是对对对对时时时时间间间间的的的的偏偏偏偏序序序序，有有有有些些些些操操操操作作作作必必必必须须须须在在在在其其其其它它它它操操操操作作作作之之之之前前前前执执执执行行行行，这这这这是是是是有有有有序序序序的的的的，但但但但有有有有些些些些操操操操作作作作是是是是可可可可以以以以同同同同时时时时执行的。执行的。执行的。执行的。2.1.2 程序

5、的并发执行程序的并发执行 I1 I2 I3 I4C1C3C2P1P2例如例如:I1I1、C1C1、P1P1的的 执执行行必必须须严严格格按按照照I1I1，C1C1，P1P1的的顺顺序序，而而P1P1与与I2I2，C1C1与与I2I2，I3I3与与P1P1是是可可以以同同时时执执行行的的。.2.1.3 多道程序设计n nP152.2 进程的概念 操作系统的特性之一是并发与共享，操作系统的特性之一是并发与共享，操作系统的特性之一是并发与共享，操作系统的特性之一是并发与共享，即在系统中（内存）同时存在几个相互独即在系统中（内存）同时存在几个相互独即在系统中（内存）同时存在几个相互独即在系统中（内存）

6、同时存在几个相互独立的程序，这些程序在系统中既交叉地运立的程序，这些程序在系统中既交叉地运立的程序，这些程序在系统中既交叉地运立的程序，这些程序在系统中既交叉地运行，又要共享系统中的资源，这就会引起行，又要共享系统中的资源，这就会引起行，又要共享系统中的资源，这就会引起行，又要共享系统中的资源，这就会引起一系列的问题，包括：对资源的竞争、运一系列的问题，包括：对资源的竞争、运一系列的问题，包括：对资源的竞争、运一系列的问题，包括：对资源的竞争、运行程序之间的通信、程序之间的合作与协行程序之间的通信、程序之间的合作与协行程序之间的通信、程序之间的合作与协行程序之间的通信、程序之间的合作与协同等符

7、。同等符。同等符。同等符。要解决这些问题，用程序的要解决这些问题，用程序的要解决这些问题，用程序的要解决这些问题，用程序的概念已经不能描述程序在内概念已经不能描述程序在内概念已经不能描述程序在内概念已经不能描述程序在内存中运行的状态，必须引入存中运行的状态，必须引入存中运行的状态，必须引入存中运行的状态，必须引入新的概念新的概念新的概念新的概念进程进程2.2.1 进程的定义OO行行行行为为为为的的的的一一一一个个个个规规规规则则则则叫叫叫叫做做做做程程程程序序序序，程程程程序序序序在在在在处处处处理理理理机机机机上上上上执执执执行行行行时时时时所所所所发发发发生生生生的活动称为进程（的活动称为

8、进程（的活动称为进程（的活动称为进程（DijkstraDijkstraDijkstraDijkstra)。OO进进进进程程程程是是是是这这这这样样样样的的的的计计计计算算算算部部部部分分分分，它它它它是是是是可可可可以以以以和和和和其其其其它它它它计计计计算算算算并并并并行行行行的的的的一一一一个个个个计算。计算。计算。计算。(Donovan)(Donovan)(Donovan)(Donovan)OO进进进进程程程程（有有有有时时时时称称称称为为为为任任任任务务务务）是是是是一一一一个个个个程程程程序序序序与与与与其其其其数数数数据据据据一一一一道道道道通通通通过过过过处处处处理理理理机的执行

9、所发生的活动。（机的执行所发生的活动。（机的执行所发生的活动。（机的执行所发生的活动。（Alan.C.Shaw)Alan.C.Shaw)Alan.C.Shaw)Alan.C.Shaw)OO进进进进程程程程是是是是执执执执行行行行中中中中的的的的程程程程序序序序。（Ken Ken Ken Ken Thompson Thompson Thompson Thompson and and and and Dennis Dennis Dennis Dennis Ritchie)Ritchie)Ritchie)Ritchie)OO进进进进程程程程是是是是进进进进程程程程实实实实体体体体的的的的运运运运行行

10、行行过过过过程程程程，是是是是系系系系统统统统进进进进行行行行资资资资源源源源分分分分配配配配和和和和调调调调度度度度的一个独立单位。的一个独立单位。的一个独立单位。的一个独立单位。进程的定义：把一个程序在一个数据集上的进程的定义：把一个程序在一个数据集上的一次执行一次执行 称为一个进程（称为一个进程（process)。2.2.2 为什么要引入进程n n提高资源利用率n n正确描述程序的执行情况2.2.3 进程的属性n n1.进程是动态的，它包含了数据和运行在数据集上的程序n n2.多个进程可以含有相同的程序n n3.多个进程可以并发执行n n4.进程有三种基本状态2.2.3 进程的属性4.进

11、程的三种基本状态进程的三种基本状态(1)(1)(1)(1)就绪状态就绪状态就绪状态就绪状态(Ready)(Ready)(Ready)(Ready)进程已获得除进程已获得除进程已获得除进程已获得除CPUCPUCPUCPU之外的所有必需的资源，之外的所有必需的资源，之外的所有必需的资源，之外的所有必需的资源，一旦得到一旦得到一旦得到一旦得到CPUCPUCPUCPU控制权，立即可以运行。控制权，立即可以运行。控制权，立即可以运行。控制权，立即可以运行。(2)(2)(2)(2)运行状态运行状态运行状态运行状态(Running)(Running)(Running)(Running)该进程已获得运行所必需

12、的资源，它的程该进程已获得运行所必需的资源，它的程该进程已获得运行所必需的资源，它的程该进程已获得运行所必需的资源，它的程序正在处理机上执行。序正在处理机上执行。序正在处理机上执行。序正在处理机上执行。(3)(3)(3)(3)等待（阻塞）状态等待（阻塞）状态等待（阻塞）状态等待（阻塞）状态(Waiting,BlockedWaiting,BlockedWaiting,BlockedWaiting,Blocked)正在执行的进程由于发生某事件而暂时无正在执行的进程由于发生某事件而暂时无正在执行的进程由于发生某事件而暂时无正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，则法

13、执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，则法执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，则法执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，则称该进程处于阻塞状态或等待状态。称该进程处于阻塞状态或等待状态。称该进程处于阻塞状态或等待状态。称该进程处于阻塞状态或等待状态。就绪队列与阻塞队列就绪队列与阻塞队列就绪队列与阻塞队列就绪队列与阻塞队列2.2.3 进程的属性执执 行行阻阻 塞塞就就 绪绪时间片完时间片完I/OI/O请求请求进程调度进程调度I/OI/O完成完成进程的三种基本状态以及各状态之间的转换关系进程的三种基本状态以及各状态之间的转换关系2.2.3 进程的属性进程的特征进程的特征进程的特征进程的特征进进进进程程

14、程程的的的的特特特特征征征征CPB据据数数段段程程程程序序序序段段段段进程进程实体实体动态性动态性动态性动态性-最基本特最基本特最基本特最基本特征征征征进程：进程实体的一次执行过程，进程：进程实体的一次执行过程，进程：进程实体的一次执行过程，进程：进程实体的一次执行过程，有生命周期。有生命周期。有生命周期。有生命周期。程序：程序是一组有序指令的集程序：程序是一组有序指令的集程序：程序是一组有序指令的集程序：程序是一组有序指令的集合，是静态的概念。合，是静态的概念。合，是静态的概念。合，是静态的概念。并发性并发性并发性并发性异步性异步性异步性异步性多个进程实体同存于内存中，多个进程实体同存于内存

15、中，多个进程实体同存于内存中，多个进程实体同存于内存中，在一段时间内同时运行在一段时间内同时运行在一段时间内同时运行在一段时间内同时运行 程序不能并发执行程序不能并发执行程序不能并发执行程序不能并发执行进进进进程程程程按按按按各各各各自自自自独独独独立立立立的的的的、不不不不可可可可预预预预知知知知的的的的速度向前推进速度向前推进速度向前推进速度向前推进2.3 2.3 进程控制块进程控制块1.进程控制块的作用进程控制块的作用 存存放放进进程程的的管管理理和和控控制制信信息息的的数数据据结结构构称称为为进进程程控控制制块块。它它是是进进程程管管理理和和控控制制的的最最重重要要的的数数据据结结构构

16、，在在创创建建时时，建建立立PCBPCB，并并伴伴随随进进程程运运行行的的全全过过程程，直直到到进进程程撤撤消而撤消。消而撤消。PCBPCB就象我们的户口。就象我们的户口。进程控制块是进程存在的唯一标志。进程控制块是进程存在的唯一标志。系系统统的的所所有有PCB组组织织成成链链表表或或队队列列，常驻内存的常驻内存的PCB区。区。2.3 2.3 进程控制块进程控制块2.2.进程控制块中的信息进程控制块中的信息进程控制块中的信息进程控制块中的信息1)1)进程标示符进程标示符进程标示符进程标示符 每个进程都必须有一个唯一的标识符每个进程都必须有一个唯一的标识符每个进程都必须有一个唯一的标识符每个进程

17、都必须有一个唯一的标识符*内部标示符内部标示符内部标示符内部标示符*外部标示符外部标示符外部标示符外部标示符2)2)处理机状态处理机状态处理机状态处理机状态 处理机状态信息主要由处理机的各种寄存器中处理机状态信息主要由处理机的各种寄存器中处理机状态信息主要由处理机的各种寄存器中处理机状态信息主要由处理机的各种寄存器中的内容组成。处理机运行时的信息存放在的内容组成。处理机运行时的信息存放在的内容组成。处理机运行时的信息存放在的内容组成。处理机运行时的信息存放在寄存器寄存器寄存器寄存器中，当被中断时这些信息要存放在中，当被中断时这些信息要存放在中，当被中断时这些信息要存放在中，当被中断时这些信息要

18、存放在PCBPCBPCBPCB中。中。中。中。唯一的数字标识符唯一的数字标识符用户（进程）访问该进程使用用户（进程）访问该进程使用通用寄存器通用寄存器通用寄存器通用寄存器 指令计数器指令计数器指令计数器指令计数器程序状态字程序状态字程序状态字程序状态字PSW PSW 用户栈指针用户栈指针用户栈指针用户栈指针2.3 2.3 进程控制块进程控制块3)3)进程调度信息进程调度信息进程调度信息进程调度信息进程状态进程状态进程状态进程状态进程优先级进程优先级进程优先级进程优先级进程调度所需的其他信息进程调度所需的其他信息进程调度所需的其他信息进程调度所需的其他信息事件事件事件事件4)4)进程控制信息进程

19、控制信息进程控制信息进程控制信息&程序和数据的地址程序和数据的地址程序和数据的地址程序和数据的地址&进程通信和同步机制进程通信和同步机制进程通信和同步机制进程通信和同步机制&资源清单资源清单资源清单资源清单&链接指针链接指针链接指针链接指针进程控制（进程控制（P21P21）对系统中的全部进程实施有效的管理，负责进程状态的改变对系统中的全部进程实施有效的管理，负责进程状态的改变对系统中的全部进程实施有效的管理，负责进程状态的改变对系统中的全部进程实施有效的管理，负责进程状态的改变。进程的创建进程的创建1.1.进程图进程图进程图进程图 描述进程的家族关系的有向树描述进程的家族关系的有向树描述进程的

20、家族关系的有向树描述进程的家族关系的有向树 进程进程进程进程P P P Pi i i i创建了进程创建了进程创建了进程创建了进程P P P Pj j j j，则，则，则，则P P P Pi i i i是是是是P P P Pj j j j的父进程，的父进程，的父进程，的父进程，P P P Pj j j j是是是是P P P Pi i i i的子进的子进的子进的子进程，用一条由进程程，用一条由进程程，用一条由进程程，用一条由进程P P P Pi i i i指向进程指向进程指向进程指向进程P P P Pj j j j的有向边来描述。的有向边来描述。的有向边来描述。的有向边来描述。创建父进程的进程为祖

21、进程，由此形成进程树，树根为创建父进程的进程为祖进程，由此形成进程树，树根为创建父进程的进程为祖进程，由此形成进程树，树根为创建父进程的进程为祖进程，由此形成进程树，树根为进程家族的祖先。进程家族的祖先。进程家族的祖先。进程家族的祖先。ABDKEFLMJIHGC内核完成内核完成进程控制进程控制2.2.引起创建进程的事引起创建进程的事引起创建进程的事引起创建进程的事件件件件3.3.进程的创建进程的创建进程的创建进程的创建用户登录用户登录用户登录用户登录提供服务提供服务提供服务提供服务作业调度作业调度作业调度作业调度应用请求应用请求应用请求应用请求在多道程序环境中，只有进程在多道程序环境中，只有进

22、程在多道程序环境中，只有进程在多道程序环境中，只有进程才能在系统中运行。才能在系统中运行。才能在系统中运行。才能在系统中运行。操作系统发现要求创建新进程的事件后，调操作系统发现要求创建新进程的事件后，调操作系统发现要求创建新进程的事件后，调操作系统发现要求创建新进程的事件后，调用进程创建原语用进程创建原语用进程创建原语用进程创建原语CreatCreat()()创建新进程。创建新进程。创建新进程。创建新进程。创创创创建建建建过过过过程程程程(1)(1)申请空白申请空白申请空白申请空白PCBPCB(2)(2)为新进程分配资源为新进程分配资源为新进程分配资源为新进程分配资源(3)(3)初始化进程控制

23、块初始化进程控制块初始化进程控制块初始化进程控制块(4)(4)将新进程插入就绪队列将新进程插入就绪队列将新进程插入就绪队列将新进程插入就绪队列进程控制进程控制进程的撤销进程的撤销进程的撤销进程的撤销1.1.引引引引起起起起进进进进程程程程终终终终止止止止的的的的事事事事件件件件正常结束正常结束正常结束正常结束异常结束异常结束异常结束异常结束外界干预外界干预外界干预外界干预越界错误、保护错、越界错误、保护错、越界错误、保护错、越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、非法指令、特权指令错、非法指令、特权指令错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、运行超时、等待超时、运行超时、等待超时、运行超

24、时、等待超时、算术运算错、算术运算错、算术运算错、算术运算错、I/OI/O故障故障故障故障操作员或操作系统干预操作员或操作系统干预操作员或操作系统干预操作员或操作系统干预父进程请求父进程请求父进程请求父进程请求父进程中止父进程中止父进程中止父进程中止2.进进程程的的终终止止过过程程(1)(1)根据被终止进程的标示符，从根据被终止进程的标示符，从PCBPCB集合中检索出该集合中检索出该进程的进程的PCBPCB，从中读出该进程的状态。，从中读出该进程的状态。(2)(2)若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行，置调度标志为真，用于指示该进程被终

25、止后应的执行，置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度。重新进行调度。(3)(3)若该进程有子孙进程，应将其所有子孙进程予以终若该进程有子孙进程，应将其所有子孙进程予以终止，以防他们成为不可控的进程。止，以防他们成为不可控的进程。(4)(4)将被终止进程所拥有的全部资源，或归还其父进程，将被终止进程所拥有的全部资源，或归还其父进程，或归还系统。或归还系统。(5)(5)将被终止进程的将被终止进程的PCBPCB从所在队列或链表中移出，等从所在队列或链表中移出，等待其他程序搜索信息。待其他程序搜索信息。进程控制进程控制进程的阻塞与唤醒进程的阻塞与唤醒进程的阻塞与唤醒进程的阻塞与唤醒1.1

26、.引起进程阻塞和唤醒的事件引起进程阻塞和唤醒的事件引起进程阻塞和唤醒的事件引起进程阻塞和唤醒的事件1)1)请求系统服务请求系统服务请求系统服务请求系统服务2)2)启动某种操作启动某种操作启动某种操作启动某种操作3)3)新数据尚未到达新数据尚未到达新数据尚未到达新数据尚未到达4)4)无新工作可做无新工作可做无新工作可做无新工作可做2.2.进程阻塞过程进程阻塞过程进程阻塞过程进程阻塞过程调用阻塞原语调用阻塞原语BLOCK()BLOCK()阻塞自己阻塞自己中止调用进程的执行，将中止调用进程的执行，将PCBPCB中中的状态改为阻塞，并加入到阻的状态改为阻塞，并加入到阻塞队列中；最后转进程调度。塞队列中

27、；最后转进程调度。3.3.进程唤醒过程进程唤醒过程进程唤醒过程进程唤醒过程阻塞进程等待的事件发生，有关进程调用唤醒原语阻塞进程等待的事件发生，有关进程调用唤醒原语阻塞进程等待的事件发生，有关进程调用唤醒原语阻塞进程等待的事件发生，有关进程调用唤醒原语WAKEUPWAKEUP()()把等待该事件的进程唤醒。把等待该事件的进程唤醒。把等待该事件的进程唤醒。把等待该事件的进程唤醒。唤醒原语的执行：把阻塞进程从等待该事件的唤醒原语的执行：把阻塞进程从等待该事件的唤醒原语的执行：把阻塞进程从等待该事件的唤醒原语的执行：把阻塞进程从等待该事件的阻塞队列中移出，将其阻塞队列中移出，将其阻塞队列中移出，将其阻

28、塞队列中移出，将其PCBPCB中的现行状态改为就绪，中的现行状态改为就绪，中的现行状态改为就绪，中的现行状态改为就绪，将将将将PCBPCB插入到就绪队列中插入到就绪队列中插入到就绪队列中插入到就绪队列中阻塞原语与唤醒原语作阻塞原语与唤醒原语作用相反，成对使用用相反，成对使用2.4 2.4 进程队列进程队列进程控制块的组织方式进程控制块的组织方式进程控制块的组织方式进程控制块的组织方式1)1)链链链链接接接接方方方方式式式式把具有统一状态的把具有统一状态的把具有统一状态的把具有统一状态的PCBPCB用其中的链接字链接成一个用其中的链接字链接成一个用其中的链接字链接成一个用其中的链接字链接成一个队

29、列。队列。队列。队列。就绪队列就绪队列就绪队列就绪队列 若干个阻塞队列若干个阻塞队列若干个阻塞队列若干个阻塞队列 空白队列空白队列空白队列空白队列 2)2)索索索索引引引引方方方方式式式式系统根据所有进程的状态建立几张索引表，把各表的系统根据所有进程的状态建立几张索引表，把各表的系统根据所有进程的状态建立几张索引表，把各表的系统根据所有进程的状态建立几张索引表，把各表的内存首地址记录在内存的专用单元中。索引表的表目内存首地址记录在内存的专用单元中。索引表的表目内存首地址记录在内存的专用单元中。索引表的表目内存首地址记录在内存的专用单元中。索引表的表目中记录了相应状态的某个中记录了相应状态的某个

30、中记录了相应状态的某个中记录了相应状态的某个PCBPCB在在在在PCBPCB表中的地址。表中的地址。表中的地址。表中的地址。1 1 PCB9PCB9 0 0 PCB8PCB8 9 9 PCB7PCB7 7 7 PCB6PCB6 PCB5PCB5 8 8 PCB4PCB4 0 0 PCB3PCB3 3 3 PCB2PCB2 4 4 PCB1PCB1就绪队列指针就绪队列指针阻塞队列指针阻塞队列指针空闲队列指针空闲队列指针执行指针执行指针链接方式：链接方式：PCB7PCB7PCB6PCB6PCB5PCB5PCB4PCB4PCB3PCB3PCB2PCB2PCB1PCB1执行指针执行指针就绪表指针就绪表

31、指针阻塞表指针阻塞表指针就绪索引表就绪索引表阻塞索引表阻塞索引表索引方式：索引方式：2.5 中断和中断处理n n2.5.1 中断n n2.5.2 中断类型n n2.5.3中断响应n n2.5.4中断处理2.5.1 中断n n由于某些事件的出现，中止现行进程的运由于某些事件的出现，中止现行进程的运行，而由操作系统去处理出现的事件，待行，而由操作系统去处理出现的事件，待适当的时候让被中止的进程继续运行，这适当的时候让被中止的进程继续运行，这个过程称为个过程称为中断。中断。n n引起中断的事件称为引起中断的事件称为中断源。中断源。n n对出现的事件进行处理的程序称为对出现的事件进行处理的程序称为中断

32、处中断处理程序。理程序。2.5.2 中断类型n n（1）硬件故障中断n n（2）程序中断n n（3）外部中断n n（4）输入/输出中断n n（5）访管中断强迫性强迫性中断事件中断事件中断事件中断事件自愿性中断事件自愿性中断事件自愿性中断事件自愿性中断事件2.5.3中断响应（中断响应（P24）硬件故障中断硬件故障中断程序中断程序中断外部事件外部事件输入输入/输出事输出事件件访管中断事件访管中断事件当前当前当前当前PSWPSW旧旧 PSW硬件故障中断硬件故障中断程序中断程序中断外部事件外部事件输入输入/输出事输出事件件访管中断事件访管中断事件新新 PSW2.5.4中断处理（中断处理（P25）n n

33、（1）硬件故障中断事件的处理-人工干预，输出故障信息。n n（2）程序中断事件的处理-转交用户自行处理n n（3）外部中断事件的处理-例行程序n n（4）输入/输出中断事件的处理-IO正常结束、IO异常结束n n（5）访管中断事件的处理-系统功能调用2.6 处理器调度（P26）n n在多道程序环境下，进程数目往往多于处理机在多道程序环境下，进程数目往往多于处理机数目。这就要求系统能够按某种算法，动态的数目。这就要求系统能够按某种算法，动态的把处理机分配给就绪队列中的一个进程，使之把处理机分配给就绪队列中的一个进程，使之执行。分配处理机的任务是由处理机调度程序执行。分配处理机的任务是由处理机调度

34、程序完成的。由于处理机是最重要的计算机资源，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，在很大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的性能。因此，处理程度上取决于处理机调度的性能。因此，处理机调度便成为机调度便成为OSOS设计的中心问题之一。设计的中心问题之一。高级、中级和低级调度 一个批处理型作业，从进入系统并驻留在一个批处理型作业，从进入系统并驻留在外存的后备队列上开始，直至作业运行完毕，外存的后备队列上开始，直至作业运行完毕，可能要经历下述三级调度。可能要经历下述三级调度。高级调度（High Scheduling）又称为又称为作业调度

35、作业调度或或长程调度长程调度（Long-Term Scheduling），），用于决定把外存用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源，然并为它们创建进程、分配必要的资源，然后，再将新创建的进程排在就绪队列上，后，再将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。因此有时也称作业调度为准备执行。因此有时也称作业调度为接纳接纳调度调度（Admission Scheduling）。）。高级调度（High Scheduling）n n作业n n作业步典型的作业可分成三个作业步：编译-链接装配-运行n n作业流（后备队列）n n作业控

36、制块JCB(job control block)高级调度（High Scheduling）在批处理系统中，因作业进入系统后先在批处理系统中，因作业进入系统后先驻留在外存，故需要有作业调度。在分时驻留在外存，故需要有作业调度。在分时系统中为做到及时响应，作业被直接送入系统中为做到及时响应，作业被直接送入内存，故不需作业调度。在实时系统中，内存，故不需作业调度。在实时系统中，通常也不需作业调度。通常也不需作业调度。高级调度（作业调度）在每次执行作业调度时，都须作出两个决定：在每次执行作业调度时，都须作出两个决定：n n接纳多少作业接纳多少作业每次接纳多少作业进入每次接纳多少作业进入内存，取决于内存

37、，取决于多道程序度多道程序度，即允许多少个，即允许多少个作业同时在内存中运行。多道程序度的确作业同时在内存中运行。多道程序度的确定应根据系统的规模和运行速度等情况综定应根据系统的规模和运行速度等情况综合考虑。合考虑。n n接纳哪些作业接纳哪些作业应接纳哪些作业从外存应接纳哪些作业从外存调入内存，取决于所采用的调度算法。如调入内存，取决于所采用的调度算法。如先来先服务，短作业优先等。先来先服务，短作业优先等。低级调度（Low Level Scheduling）通常也称为通常也称为进程调度进程调度或或短程调度短程调度（Short-Term Scheduling），），用来用来决定就绪队列中的哪个进

38、程应获得处理机，决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后再由分派程序把处理机分配给该进程。然后再由分派程序把处理机分配给该进程。进程调度是最基本的一种调度，在三种进程调度是最基本的一种调度，在三种OS中都有。中都有。低级调度的功能n n（1）保存处理机的现场信息。n n（2）按某种算法选取进程n n（3）把处理器分配给进程进程调度的三个基本机制n n（1）排队器n n（2）分派器（分派程序）n n（3）上下文切换机制低级调度（Low Level Scheduling）n n抢占方式抢占方式抢占方式抢占方式（Preemptive ModePreemptive Mode）这种调度方式允许调度程序

39、根据某种原则，去暂这种调度方式允许调度程序根据某种原则，去暂这种调度方式允许调度程序根据某种原则，去暂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，将以分配给该进程的处停某个正在执行的进程，将以分配给该进程的处停某个正在执行的进程，将以分配给该进程的处停某个正在执行的进程，将以分配给该进程的处理机重新分配给另一进程。抢占的原则有：理机重新分配给另一进程。抢占的原则有：理机重新分配给另一进程。抢占的原则有：理机重新分配给另一进程。抢占的原则有：1.1.优先权原则。优先权原则。优先权原则。优先权原则。优先权高的可以抢占优先级低的进优先权高的可以抢占优先级低的进优先权高的可以抢占优

40、先级低的进优先权高的可以抢占优先级低的进程的处理机。程的处理机。程的处理机。程的处理机。2.2.短作业（进程）优先原则短作业（进程）优先原则短作业（进程）优先原则短作业（进程）优先原则。短作业（进程）可以。短作业（进程）可以。短作业（进程）可以。短作业（进程）可以抢占长作业（进程）的处理机。抢占长作业（进程）的处理机。抢占长作业（进程）的处理机。抢占长作业（进程）的处理机。3.3.时间片原则时间片原则时间片原则时间片原则。各进程按时间片运行，一个时间片。各进程按时间片运行，一个时间片。各进程按时间片运行，一个时间片。各进程按时间片运行，一个时间片用完时，停止该进程执行重新进行调度。用完时，停止

41、该进程执行重新进行调度。用完时，停止该进程执行重新进行调度。用完时，停止该进程执行重新进行调度。中级调度（Intermediate-Level Scheduling）中级调度又称中级调度又称中级调度又称中级调度又称中程调度中程调度中程调度中程调度（Medium-Term Medium-Term SchedulingScheduling）引入中级调度的目的，是为了提高引入中级调度的目的，是为了提高引入中级调度的目的，是为了提高引入中级调度的目的，是为了提高内存利用率和系统吞吐量。为此，应使那些暂时不内存利用率和系统吞吐量。为此，应使那些暂时不内存利用率和系统吞吐量。为此，应使那些暂时不内存利用率

42、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，而将它们能运行的进程不再占用宝贵的内存资源，而将它们能运行的进程不再占用宝贵的内存资源，而将它们能运行的进程不再占用宝贵的内存资源，而将它们调之外存去等待，把此时的进程状态称为就绪驻外调之外存去等待，把此时的进程状态称为就绪驻外调之外存去等待，把此时的进程状态称为就绪驻外调之外存去等待，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、存状态或挂起状态。当这些进程重又具备运行条件、存状态或挂起状态。当这些进程重又具备运行条件、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

43、来决定把外存上且内存又稍有空闲时，由中级调度来决定把外存上且内存又稍有空闲时，由中级调度来决定把外存上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，的哪些又具备运行条件的就绪进程，重新调入内存，的哪些又具备运行条件的就绪进程，重新调入内存，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并修改其状态为就绪状态，挂在就绪队列上等待进并修改其状态为就绪状态，挂在就绪队列上等待进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程调度。中级调度实际上就是存储器管理中的对换程调度

44、。中级调度实际上就是存储器管理中的对换程调度。中级调度实际上就是存储器管理中的对换功能。功能。功能。功能。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，在批处理系统中，不仅需要进程调度，而且还需要作业调度，由后者按一定的作而且还需要作业调度，由后者按一定的作业调度算法，从外存的后备队列中选择一业调度算法，从外存的后备队列中选择一批作业调入内存，并为它们建立进程，送批作业调入内存，并为它们建立进程，送入就绪队列，然后才由进程调度算法按照入就绪队列，然后才由进程调度算法按照一定的进程调度算法，选择一个进程，把一定的进程调度算法，选择一个进程，把处理机分配给该进程。下图示出具有

45、高、处理机分配给该进程。下图示出具有高、低两级调度的调度队列模型。低两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CPU就 绪 队 列时间片完进程调度等待事件1进程完成后备队列等待事件2等待事件n事件1出现事件2出现事件n出现作业调度具有高级和低级调度的调度队列模型 具有高低两级调度的调度模型与仅有进程具有高低两级调度的调度模型与仅有进程调度的调度模型的主要区别在于：调度的调度模型的主要区别在于：1.1.就绪队列的形式。在批处理系统中，最常用就绪队列的形式。在批处理系统中，最常用的是最高优先权优先调度算法，因此最常用的是最高优先权优先调度算法，因此最常用的就绪队列形式是优先权队列。的

46、就绪队列形式是优先权队列。2.2.设置多个阻塞队列。对于小型系统可只设置设置多个阻塞队列。对于小型系统可只设置一个，但对于较大系统要设置多个阻塞队列一个，但对于较大系统要设置多个阻塞队列以保证效率。每个队列对应于某一种进程阻以保证效率。每个队列对应于某一种进程阻塞事件。塞事件。2.6.1 处理器的两级调度（P26）n n作业调度n n进程调度2.6.2 作业调度算法作业调度算法设计调度算法的原则：n n公平性n n平衡资源使用n n极大地流量选择调度方式和调度算法的若干准则 在一个在一个OS的设计中，应如何选择调度方的设计中，应如何选择调度方式和算法，很大程度上取决于式和算法，很大程度上取决于

47、OS的类型和的类型和目标。如在批处理系统、分时系统和实时目标。如在批处理系统、分时系统和实时系统中，通常都采用不同的调度方式和算系统中，通常都采用不同的调度方式和算法。选择的准则，有的是面向用户的，有法。选择的准则，有的是面向用户的，有的是面向系统的。的是面向系统的。面向用户的准则n n周转时间周转时间周转时间周转时间短短短短 周转时间周转时间周转时间周转时间 平均周转时间平均周转时间平均周转时间平均周转时间 带权周转时间带权周转时间带权周转时间带权周转时间 平均带权周转时间平均带权周转时间平均带权周转时间平均带权周转时间n n响应时间响应时间响应时间响应时间快快快快 响应时间响应时间响应时间

48、响应时间n n截止时间截止时间截止时间截止时间的保证的保证的保证的保证 截止时间截止时间截止时间截止时间n n优先权优先权优先权优先权准则准则准则准则评价批处理系统的性能、选择作业调度方式与算法的重评价批处理系统的性能、选择作业调度方式与算法的重要准则之一。要准则之一。从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。作业的周转时间与系统为他提供服务的时间作业的周转时间与系统为他提供服务的时间之比之比评价分时系统的性能、选择进程调度算法的重要准则之一。评价分时系统的性能、选择进程调度算法的重要准则之一。提交请求到显示结果提交请求到显示结

49、果评价实时系统的性能、选择实时调度算法的重要准则。评价实时系统的性能、选择实时调度算法的重要准则。面向系统的准则n n系统吞吐量高系统吞吐量高n n处理机利用率好处理机利用率好n n各类资源的平衡利用各类资源的平衡利用评价批处理系统的性能的另一个重要指标、选择批处理评价批处理系统的性能的另一个重要指标、选择批处理作业调度的重要准则。作业调度的重要准则。单位时间内系统所完成的作业数单位时间内系统所完成的作业数衡量系统性能的十分重要的指标衡量系统性能的十分重要的指标1、先来先服务算法先来先服务算法 FCFSn n是一种最简单的调度算法。当在作业调度是一种最简单的调度算法。当在作业调度中采用该算法时

50、，每次调度都是从后备作中采用该算法时，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。资源、创建进程，然后放入就绪队列。先来先服务算法先来先服务算法例题（P28）作业名作业名进入输入井时间进入输入井时间需计算时间需计算时间主存量要求主存量要求A A10.110.1时时4242分钟分钟15K15KB B10.310.3时时3030分钟分钟60K60KC C10.510.5时时2424分钟分钟50K50KDD10.610.6时时2424分钟分钟10K