三.（1-2）处理机调度与算法
处理机调度：多道程序环境下，动态的把处理机分配给就绪队列中的一个进程使之执行。
提高处理机的利用率、改善系统性能，很大程度上取决于处理机调度的性能。
处理机调度便成为OS设计的中心问题之一。分配的任务由处理机调度程序完成。
一、处理机调度的基本概念
作业进入系统驻留在外存的后备队列上，再至调入内存运行完毕，可能要经历下述三级调度。
•高级调度（High Scheduling）
•中级调度（Intermediate-Level Scheduling）
•低级调度（Low Level Scheduling）
1、高级调度（High Scheduling）
又称作业调度或长程调度(Long-TermScheduling),接纳调度(AdmissionScheduling)
主要在早期批处理阶段，处理在外存上的作业。�决定外存后备队列中的哪些作业调入内存;
为它们创建进程、分配必要的资源;
�将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。
*管理的方面比较多。
2、低级调度（Low Level Scheduling）
也称为进程调度、微观调度或短程调度（Short-Term Scheduling）
决定内存就绪队列中的哪个进程获得处理机，进行分配工作。是最基本的一种调度，在三种基本OS中都有。
进程调度方式
1）非抢占方式（Non-preemptiveMode）
一旦处理机分配给某进程，该进程一直执行。决不允许其他进程抢占已分配运行进程的处理机。
2）抢占方式（PreemptiveMode）
允许调度程序根据某种原则，暂停某个正在执行的进程，将处理机重新分配给另一进程。
3、中级调度（Intermediate-Level Scheduling）
又称交换调度或中程调度（Medium-Term Scheduling）
引入目的：提高内存利用率和系统吞吐量。根据条件将一些进程调出或再调入内存。
三种调度的频率和复杂度
进程调度：运行频率最高，算法不能太复杂，以免占用太多的CPU时间。分时系统通常10~100ms便进行一次。
作业调度：一个作业运行完毕退出系统时即触发重新调度一个新作业入内存，周期较长，大约几分钟一次。因而也允许作业调度算法花费较多的时间。
中级调度：运行频率基本上介于上述两种调度之间。
01）仅有进程调度的调度队列模型
常见情况：
分时系统。
通常仅设置进程调度，用户键入的命令和数据，都直接送入内存。
调度对象：
处于就绪状态的进程。
组织形式：
栈、树或一个无序链表
用何种形式取决于OS类型和采用的调度算法。如：分时系统中把就绪进程组织成FIFO队列形式：按时间片轮转方式运行。
进程调度过程如下图：
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23）同时具有三级调度的调度队列模型
引入中级调度后，进程的状态变化：
就绪状态：分为内存就绪和外存就绪。
阻塞状态：分为内存阻塞和外存阻塞。
中级调度使进程在上述状态间变化，并使数据在内外存间互换。
3二、调度算法
调度的实质就是一种资源分配。不同的系统和系统目标，通常采用不同的调度算法——适合自己的才是最好的。
�如批处理系统为照顾为数众多的短作业，应采用短作业优先的调度算法；
�如分时系统为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；但有些算法作业调度和进程调度都可以采用。
1、先来先服务调度算法FCFS
(FirstCome First Service)
一种最简单的调度算法，按先后顺序进行调度。既可用于作业调度，也可用于进程调度。
v按照作业提交，或进程变为就绪状态的先后次序分派CPU；
v新作业只有当当前作业或进程执行完或阻塞才获得CPU运行
v被唤醒的作业或进程不立即恢复执行，通常等到当前作业或进程出让CPU。
（所以，默认即是非抢占方式）
43. 高优先权优先调度算法HPF Highest Priority First
照顾紧迫性作业，使其获得优先处理而引入调度算法。常用于批处理系统中的作业调度算法，以及多种操作系统中的进程调度算法
1)分两种方式：
v非抢占式优先权算法
v抢占式优先权算法 关键点：新作业产生时
2)优先权的类型
v静态优先权：创建进程时确定，整个运行期间保持不变。一般利用某一范围的一个整数来表示，又称为优先数。
v动态优先权：创建进程时赋予的优先权可随进程的推进或随其等待时间的增加而改变。
3）高响应比优先调度算法HRRN Highest Response Raito Next
v短作业优先算法是一种比较好的算法（相当于根据作业长度设定的静态优先权算法），适用于短作业较多的批处理系统中，其主要不足是长作业的运行得不到保证。
vHRRN为每个作业引入动态优先权，使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a提高：
优先权 =（等待时间+要求服务时间)/要求服务时间
= 响应时间 / 要求服务时间
3. 基于时间片的轮转调度算法RR
v分时系统新需求：及时响应用户的请求；采用基于时间片的轮转式进程调度算法。
v早期分时系统采用的是简单的时间片轮转法，进入90年代后广泛采用多级反馈队列调度算法。
下面分开介绍这两种方法并比较性能。
（1）时间片轮转算法
1.将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则，排成一个队列。
2.每次调度时将CPU分派给队首进程，让其执行一个时间片。时间片的长度从几个ms到几百ms。
3.在一个时间片结束时，发生时钟中断。
4.调度程序据此暂停当前进程的执行，将其送到就绪队列的末尾，并通过上下文切换执行当前就绪的队首进程。
5（2）多级反馈队列算法FB
1）设置多个就绪队列，各队列有不同的优先级,优先级从第一个队列依次降低。
2） 赋予各队列进程执行时间片大小不同, 优先权越高，时间片越短。
3）当一个新进程进入内存，引发的调度过程
1.准备调度：先将它放入第一个队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。
2.IF时间片内完成，便可准备撤离系统；
3.IF时间片内未能完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾等待再次被调度执行。
4.当第一队列中的进程都执行完，系统再按FCFS原则调度第二队列。在第二队列的稍放长些的时间片内仍未完成，再依次将它放入第三队列。
5.依次降到第n队列后，在第n队列中便采取按时间片轮转的方式运行。
