—B调算法学习教程.pptx

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1、1.1.先来先服务First-Come-First-Served （FCFSFCFS）（作业进程）调度算法 FCFS是一种最简单的调度算法，可用于作业或进程调度。此算法的原则是按照作业到达后备作业队列（或进程进入就绪队列）的先后次序来选择作业（或进程）。FCFS算法属于非抢占方式，一旦一个进程占有处理机，它就一直运行下去，直到该进程完成或者因等待某事件而不能继续运行时才释放处理机。FCFS算法易于实现，表面上很公平。CPU就绪队列就绪队列123后备队列后备队列内存第1页/共54页例题:在单道环境下，某批处理有四道作业，已知他们的进入系统的时刻、估计运算时间如下：作业进入时刻(h)运行时间(h)

2、12348.008.509.009.502.000.500.100.20用FCFS算法计算作业的运行情况、平均周转时间和平均带权周转时间第2页/共54页8.0010.0010.5010.6010.0010.5010.6010.802.002.001.601.301.004.0016.006.50平均周转时间平均周转时间T平均带权周转时间平均带权周转时间T作业作业进入时刻进入时刻运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间12348.008.509.009.502.000.500.100.20带权周转用用FCFS算法算法:计算作业的运行情况、平均周转时间和平均计算作业的

3、运行情况、平均周转时间和平均带权周转时间带权周转时间完成时间=开始时间+运行时间周转时间=完成时间 进入时间带权周转时间=周转时间/运行时间6.875（h）1.725（h）第3页/共54页FCFS算法调度例2作业名 进入时间 运行时间（分）需内存量KB A 8:06 42 15 B 8:18 30 60 C 8:30 24 50 D 8:36 24 10 E 8:42 12 20 有用户空间100KB，并规定作业相应程序装入内存连续区域，并不能被移动，作业与进程均采用FCFS算法第4页/共54页有用户空间100KB，并规定作业相应程序装入内存连续区域，并不能被移动，作业与进程均采用FCFS算法

4、作业名进入时间运行时间（分）需内存量KB A 8:06 42 15 B 8:18 30 60 C 8:30 24 50 D 8:36 24 10 E 8:42 12 20100K15K60K10K15K第5页/共54页 FCFS FCFS总结：总结：FCFSFCFS根根据据进进程程到到达达就就绪绪队队列列的的时时间间来来分分配配中中央央处处理理机机，一一旦旦一一个个进进程程获获得得了了中中央央处处理理机机，就就一一直直运运行行到到结结束束，先先来先服务是非剥夺调度。来先服务是非剥夺调度。这这种种调调度度从从形形式式上上讲讲是是公公平平的的，但但它它使使短短作作业业要要等等待待长长作作业业的的完

5、完成成，重重要要的的作作业业要要等等待待不不重重要要作作业业的的完完成成。从从这这个意义上讲又是不公平的。个意义上讲又是不公平的。先先进进先先出出调调度度使使响响应应时时间间的的变变化化较较小小，因因此此它它比比其其它它大大多多数数调调度度都都可可预预测测。由由于于这这种种调调度度方方法法不不能能保保证证良良好好的的响响应应时时间间，在在处处理理交交互互式式用用户户时时很很少少用用这这种种方方法法。在在当当今今系系统统中中，先先进进先先出出很很少少作作为为调调度度模模式式，而而是是常常常常嵌嵌套套在在其其它它的的调调度度模模式式中中。例例如如，许许多多调调度度模模式式根根据据优优先先级级将将处

6、处理理机机分分配配给给进进程程，但但具具有有相相同同优优先先级级的的进进程程却却按按先先进进先先出出进进行行分配。分配。第6页/共54页2.2.短作业进程优先(SJF/(SJF/Shortest Process Next)调度算法 这种调度算法主要用于作业调度，它从作业后备队列中挑选所需运行时间（估计值）最短的作业进入主存运行。这一算法有利于短作业，对长作业不利。采用SJF有利于系统减少平均周转时间和平均带权周转时间。第7页/共54页作业作业进入时刻进入时刻(h)运行时间运行时间(h)12348.008.509.009.502.000.500.100.20例题：用用 SJF 算法计算作业的运行

7、情况、平均周转时间和平均算法计算作业的运行情况、平均周转时间和平均带权周转时间带权周转时间第8页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.10 4 9.50 0.20平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第9页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进

8、入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.10 4 9.50 0.20平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第10页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2 8.50 0.50 3 9.0

9、0 0.10 4 9.50 0.20平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第11页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.10 10.00 4 9.50 0.20平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第12页/共54页该算法总是优先

10、调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.10 10.00 10.10 4 9.50 0.20平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第13页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周

11、转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.10 10.00 10.10 4 9.50 0.20 10.10平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第14页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.10 10.00

12、 10.10 4 9.50 0.20 10.10 10.30平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第15页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2 8.50 0.50 10.30 3 9.00 0.10 10.00 10.10 4 9.50 0.20 10.10 10.30平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周

13、转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第16页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2 8.50 0.50 10.30 10.80 3 9.00 0.10 10.00 10.10 4 9.50 0.20 10.10 10.30平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第17页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算

14、法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2 8.50 0.50 10.30 10.80 3 9.00 0.10 10.00 10.10 4 9.50 0.20 10.10 10.30平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第18页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完

15、成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2.00 2 8.50 0.50 10.30 10.80 2.30 3 9.00 0.10 10.00 10.10 1.10 4 9.50 0.20 10.10 10.30 0.80平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第19页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.0

16、0 2.00 8.00 10.00 2.00 1.00 2 8.50 0.50 10.30 10.80 2.30 4.60 3 9.00 0.10 10.00 10.10 1.10 11.00 4 9.50 0.20 10.10 10.30 0.80 4.00 平均周转时间平均周转时间 T平均带权周转时间平均带权周转时间T 最短作业优先法（SJFSJF）第20页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.

17、00 10.00 2.00 1.00 2 8.50 0.50 10.30 10.80 2.30 4.60 3 9.00 0.10 10.00 10.10 1.10 11.00 4 9.50 0.20 10.10 10.30 0.80 4.00 平均周转时间平均周转时间 T1.55h平均带权周转时间平均带权周转时间T5.15h 最短作业优先法（SJFSJF）第21页/共54页该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8

18、.00 10.00 2.00 1.00 2 8.50 0.50 10.30 10.80 2.30 4.60 3 9.00 0.10 10.00 10.10 1.10 11.00 4 9.50 0.20 10.10 10.30 0.80 4.00 平均周转时间平均周转时间 T1.55h平均带权周转时间平均带权周转时间T5.15h 最短作业优先法（SJFSJF）运行顺序 1 342第22页/共54页作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2.00 1.00 2 8.50 0.

19、50 10.30 10.80 2.30 4.60 3 9.00 0.10 10.00 10.10 1.10 11.00 4 9.50 0.20 10.10 10.30 0.80 4.00 作业作业进入时刻进入时刻运行时间运行时间开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间12348.008.509.009.502.000.500.100.208.0010.0010.5010.6010.0010.5010.6010.802.002.001.601.301.004.0016.006.50带权周转缺点：1 1 有利于短作业，不利于长作业；有利于短作业，不利于长作业；2 2 未考虑作业紧迫程度

20、未考虑作业紧迫程度;第23页/共54页图3-4FCFS和SJF调度算法的性能第24页/共54页SJF算法例作业名 进入时间 运行时间（分）需内存量KB A 8:06 42 15 B 8:18 30 60 C 8:30 24 50 D 8:36 24 10 E 8:42 12 20 有用户空间100KB，并规定作业相应程序装入内存连续区域，并不能被移动，作业与进程均采用SJf算法第25页/共54页作业名进入时间运行时间（分）需内存量KB A 8:06 42 15 B 8:18 30 60 C 8:30 24 50 D 8:36 24 10 E 8:42 12 20100K15K60K10K15K

21、第26页/共54页例：A请求系统服务时间5s，B请求系统服务时间为100s，设第0到第5秒前，CPU运行C进程。第1秒时B进入系统内存，第2秒时A进入内存当CPU空闲，需要调度进程时根据不同的算法选择A或B问：分别计算FCFS算法下和SJF算法下，A和B的周转时间，带权周转时间和系统平均周转时间B BA A调度算法比较例题第27页/共54页FCFS算法先来先服务B：周转时间为 4100104s带权周转时间为104/100 1.04A：周转时间为 3+100+5108s带权周转时间为108/5 21.6平均带权周转时间为(21.6+1.04)2 11.32SJF算法短进程优先A：周转时间为 3+

22、58s带权周转时间为8/5 1.6B：周转时间为 4+5+100109s带权周转时间为109/100 1.09平均带权周转时间为(1.6+1.09)2 1.345调度算法比较例先调度先调度B后调度后调度A先调度先调度A后调度后调度B调度顺序调度顺序调度顺序调度顺序调度顺序调度顺序调度顺序调度顺序第28页/共54页短作业（进程）优先算法SJ（P）F不一定能真正做到短作业优先调度未考虑作业的紧迫程度，因而不能保证紧迫性作业被及时处理不利于长作业，当不断有短进程到达时，不保证长进程响应的及时性，甚至可能得不到调度第29页/共54页3.3.高响应比优先 Highest Response Ratio N

23、ext(HRRN)(作业)调度算法 按照高响应比优先的原则，在每次选择作业投入运行时，先计算此时后备作业队列中每个作业的响应比RP，然后选择其值最大的作业投入运行。RP值定义为：RP（已等待时间要求运行时间）要求运行时间 1已等待时间要求运行时间 HRN算法实际上是FCFS算法和SJF算法的折衷。第30页/共54页 响应比R不仅是要求运行时间的函数，而且还是等待时间的函数。由于R与要求运行时间成反比，故对短作业是有利的，另一方面，因R与等待时间成正比，故长作业随着其等待时间的增长，也可获的较高的响应比。这就克服了短作业优先的缺点，既照顾了先来者，又优待了短作业，是上述两种算法的一种较好的折中。

24、第31页/共54页(3)最高响应比作业优先算法（HRN）作业作业 进入时刻进入时刻 运行时间运行时间 开始时刻开始时刻 完成时刻完成时刻 周转时间周转时间 带权周转带权周转 1 8.00 2.00 2 8.50 0.50 3 9.00 0.10 4 9.50 0.20 平均周转时间平均周转时间=带权周转时间带权周转时间=8.0010.002.001.0010.1010.602.104.2010.0010.101.1011.0010.6010.801.306.501.625h5.675h第32页/共54页4.4.时间片轮转Round-Robin（RRRR）调度算法 进程调度程序总是选择就绪队列中

25、第一个进程，允许其占有处理机一个时间片的时间。当执行的时间片用完时，调度程序便停止该进程的执行，并将它送就绪队列的末尾，等待分配下一时间片再执行。然后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，均能获得一时间片处理机执行时间。在RR算法中，时间片的大小对系统性能有很大的影响。第33页/共54页 时间片轮转策略特别适合于分时系统中使用，当多个进程驻留在主存中时，在进程间转接处理机的开销一般是不大的。在轮转法中，时间片长度的选取非常重要，时间片长度的选择会直接影响系统开销和响应时间，如果时间片长度过短，则调度程序剥夺处理机的

26、次数增多，这将使进程上下文交换次数也大大增加，加重了系统开销。如果时间片长度选择过长（大）。大到一个进程足以完成其全部运行工作所需的时间，那么时间片轮转法就退化为先来先服务策略了。最佳的时间片量值应能使分时用户得到好的响应时间。第34页/共54页 时间片 SRT/Nmax RT响应时间 Nmax最大进程数 每当一轮调度开始时，系统便根据就绪队列中已有进程数目计算一次值。作为新一轮调度的时间片。这种方法得到的时间片是随就绪队列中的进程数变化的。第35页/共54页例：假定在一个处理机上执行以下五个作业：作业号 A B C D E 到达时间 0 1 2 3 4 运行时间 4 3 5 2 4分别采用F

27、CFS、SJF、RR（时间片1）和HRN(响应比高者优先)四种调度算法时，试做：（1）画出调度图；（2）计算每个作业的周转时间和带权周转时间；（3）计算平均周转时间和平均带权周转时间。调度图：T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1817 18 FCFS A A A A B B B C C C C C D D E E FCFS A A A A B B B C C C C C D D E E E EE E SJF A A A A D D B B B E E

28、E E C C C SJF A A A A D D B B B E E E E C C C C CC C RR A B C D E A B C D E A B C E A C RR A B C D E A B C D E A B C E A C E CE C HRN A A A A B B B D D C C C C C E E HRN A A A A B B B D D C C C C C E E E EE E第36页/共54页例解：第37页/共54页例解-1第38页/共54页例解-2高响应比优先(HRRN)(作业)调度算法计算：T=0：只有作业A已到达，调度作业A运行。T=4：作业A完成，

29、作业B、C、D、E已到达，计算作业B、C、D、E响应比RP分别为：1+3/3、1+2/5、1+1/2、1+0/4，作业B响应比最大调度运行。T=7：作业B完成，作业C、D、E已到达，计算作业C、D、E响应比RP分别为：1+5/5、1+4/2、1+3/4，作业D响应比最大调度运行。T=9：作业D完成，作业C、E已到达，计算作业C、E响应比RP分别为：1+7/5、1+5/4，作业C响应比最大调度运行。T=14：作业C完成，只有作业E未完成，调度作业E运行。第39页/共54页 按照进程的优先权大小来调度，使高优先权进程得到优先处理的调度策略称为优先权调度算法。进程的优先权的设置可以是静态的，也可以是

30、动态的。5.高优先权(Priority)优先调度算法第40页/共54页静态优先权 在进程创建时确定，且在整个生命期中保持不变。确定进程优先权的依据有：进程类型，通常系统进程（例如对换进程）的优先权高于一般用户态进程的优先权；进程对资源的需求，如进程执行时间及内存需要的进程应赋予较高的优先权；根据用户要求，由用户的紧迫程度及用户所付费用的多少来确定进程的优先权。第41页/共54页动态优先权 是指在创建进程时所赋予的优先权，可以随进程的推进而改变，以便获得更好的调度性能。改变优先权的因数，随系统不同而不同，最常考虑的因素的进程的等待时间，已使用处理机的时间，或者资源使用情况等。第42页/共54页

31、在UNIXUNIX系统中处于核心态和用户态的优先权不同。进程处于核心态的优先权高，处于核心态的进程优先权又分二类，一类是因等待磁盘I/O、等待缓冲器等不可中断优先权最高，而另一类因等待TTY输入输出等可中断优先权其次。处于用户态的优先权相对较低，用户态优先权又分为n+1级优先权。优先数为0级的优先权最高，优先数为n级的优先权最低。用户态优先权是可变的，它随着占用CPU时间的增加而降低。核心每隔1秒钟便按下述公式对各进程重新计算其用户优先数（优先数与优先权成反比关系）。优先数最近使用CPU的时间2基本用户优先数。第43页/共54页例题：假定要在处理机上执行如下作业：作业执行时间优先级123410

32、121313455225134作业的执行顺序为：第44页/共54页6 6多级队列调度算法 多队列调度是根据作业的性质和类型的不同，将就绪队列再分为若干个子队列，所有的作业（或进程）按其性质排入相应的队列中，而不同的就绪队列采用不同的调度算法。例如前后台系统可以建立两个就绪队列，批处理作业所建立进程进入后台就绪队列；交互型作业所建立的进程进入前台就绪队列。前台采用时间片轮转算法，进程按FCFS等策略排序，后台采用高优先权的调度算法或者短作业优先的调度算法。第45页/共54页 对多级就绪队列调度策略有两种，一种是各就绪队列按进程性质赋予不同的优先权，优先权高的就绪队列的进程优先被调度，例如上例中前

33、台就绪队列的优先权比后台就绪队列的优先权高，所以前台队列中的进程优先被调度。而只有当优先权高的就绪队列空时，方才调度优先权其次的就绪队列进程，在上例中只有前台队列空时，才调度后台就绪队列。这样，只有较高优先权的就绪队列都空时才调度最低优先权就绪队列的进程。另一种调度就绪队列的方式是为每个队列分配一定的占用CPU时间的比例。如在上例中为前台队列分配80的CPU时间，给后台队列分配20的CPU时间。第46页/共54页1.优先级逐渐降低优先级逐渐降低2.优先级高的时间片短优先级高的时间片短3.新进程进入内存后，新进程进入内存后，首先将它放入第一队列首先将它放入第一队列的末尾，按的末尾，按FCFS原则

34、原则排队等待调度。排队等待调度。6）多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法 4.在第在第n队列中便采取按时间片轮转的方式运行。队列中便采取按时间片轮转的方式运行。5.仅当仅当第一队列空闲时第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行调度程序才调度第二队列中的进程运行；如果处理机正；如果处理机正在第在第i队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列(第第1(i-1)中的中的任何一个队列任何一个队列)，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把正在运行的进程放回到

35、第正在运行的进程放回到第i队列的末尾，把处理机分配给新到的高优先权进程。队列的末尾，把处理机分配给新到的高优先权进程。第47页/共54页 WindowsNT采用可抢占动态优先级多级就绪队列调度算法。NT执行体支持32级优先级，并将它们分成两类，实时优先级（1631）和可变优先级（115），0级为系统保留。每个优先级一个就绪队列，高序号队列为高优先级，调度程序从高优先级的队列开始往下找，如高优先级队列为空时才再往下找，直至找到一个进程。第48页/共54页 各个就绪队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先级越高的队列中，每个进程的执行时间片就规定得越小。当一个进程执行完一个完整的时间片后被中断抢占处理器，而被抢占的进程优先级降低一级而进入下级就绪队列，如此继续，直至降到进程的基本优先级。而一个进程从阻塞态变为就绪态时要提高优先级，提高的幅度与等待的事件有关。如等待键盘输入所提高的幅度要大于等待磁盘I/O。第49页/共54页图：多级反馈队列就绪队列1 时间片S1时间片完时间片完时间片完时间片完就绪队列2 时间片S2S1运行运行运行就绪队列n 时间片SnSn-1完成完成完成完成完成完成时间片完时间片完阻塞队列i阻塞阻塞阻塞阻塞阻塞阻塞事件发生事件发生第50页/共54页感谢您的观赏第54页/共54页