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1第3章处理机调度“练习与思考”解答1．基本概念和术语调度、作业调度、进程调度、吞吐量、周转时间、带权周转时间、中断调度就是选出待分派的作业或进程。作业调度就是根据一定的算法，从输入的一批作业中选出若干个作业，分配必要的资源，如内存、外设等，为它建立相应的用户作业进程和为其服务的系统进程（如输入、输出进程），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执行调度，并在作业完成后作善后处理工作。进程调度就是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的一个进程。吞吐量：单位时间内CPU完成作业的数量。周转时间：从作业提交到作业完成的时间间隔。带权周转时间：定义为作业的周转时间除以其实际运行时间。中断是指CPU对系统发生的某个事件做出的一种反应，它使CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动执行相应的处理程序，处理该事件后，如被中断进程的优先级最高，则返回断点继续执行被“打断”的程序。2．基本原理和技术（1）处理机调度的主要目的是什么？处理机调度的主要目的就是为了分配处理机。（2）高级调度与低级调度的主要功能是什么？为什么要引入中级调度？高级调度的主要功能是根据一定的算法，从输入的一批作业中选出若干个作业，分配必要的资源，如内存、外设等，为它建立相应的用户作业进程和为其服务的系统进程（如输入、输出进程），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执行调度，并在作业完成后作善后处理工作。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一个进程。为了使内存中同时存放的进程数目不至于太多，有时就需要把某些进程从内存中移到外存上，以减少多道程序的数目，为此设立了中级调度。（3）作业在其存在过程中分为哪四种状态？作业在其存在过程中分为提交、后备、执行和完成四种状态。（4）在操作系统中，引起进程调度的主要因素有哪些？2在操作系统中，引起进程调度的主要因素有：正在运行的进程完成任务，或等待资源，或运行到时；核心处理完中断或陷入事件后，发现系统中“重新调度”标志被置上。（5）作业调度与进程调度二者间如何协调工作？作业调度和进程调度是CPU主要的两级调度。作业调度是宏观调度，它所选择的作业只是具有获得处理机的资格，但尚未占有处理机，不能立即在其上实际运行。而进程调度是微观调度，它根据一定的算法，动态地把处理机实际地分配给所选择的进程，使之真正活动起来。（6）在确定调度方式和调度算法时，常用的评价准则有哪些？在确定调度方式和调度算法时，常用的评价准则有：CPU利用率，吞吐量，周转时间，就绪等待时间和响应时间。（7）简述先来先服务法、时间片轮转法和优先级调度算法的实现思想。先来先服务调度算法（FCFS）的实现思想：按作业（或进程）到来的先后次序进行调度，即先来的先得到执行。时间片轮转法（RR）的实现思想：系统把所有就绪进程按先入先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列末尾。每当执行进程调度时，进程调度程序总是选出就绪队列的队首进程，让它在CPU上运行一个时间片的时间。当进程用完分给它的时间片后，调度程序便停止该进程的运行，并把它放入就绪队列的末尾；然后，把CPU分给就绪队列的队首进程。优先级调度算法的实现思想：是从就绪队列中选出优先级最高的进程，把CPU分给它使用。又分为非抢占式优先级法和抢占式优先级法。前者是：当前占用CPU的进程一直运行下去，直到完成任务或者因等待某事件而主动让出CPU时，系统才让另一个优先级高的进程占用CPU。后者是：当前进程在运行过程中，一旦有另一个优先级更高的进程出现在就绪队列中，进程调度程序就停止当前进程的运行，强行将CPU分给那个进程。（8）中断响应主要做哪些工作？由谁来做？中断响应主要做的工作是：①中止当前程序的执行；②保存原程序的断点信息（主要是程序计数器PC和程序状态寄存器PS的内容）；③转到相应的处理程序。中断响应由硬件实施。（9）一般中断处理的主要步骤是什么？一般中断处理的主要步骤是：保存被中断程序的现场，分析中断原因，转入相应处理程序进行处理，恢复被中断程序现场（即中断返回）。（10）简述一条shell命令在Linux系统中的实现过程。一条shell命令在Linux系统中的执行过程基本上按照如下步骤：①读取用户由键盘输入的命令行。②分析命令，以命令名作为文件名，其他参数改造为系统调用execve()内部处理所要求的形式。③终端进程调用fork()建立一个子进程。3④终端进程本身用系统调用wait4()来等待子进程完成（如果是后台命令，则不等待）。当子进程运行时调用execve()，子进程根据文件名（即命令名）到目录中查找有关文件（这是命令解释程序构成的文件），调入内存，执行这个程序（即执行这条命令）。⑤如果命令末尾有&号（后台命令符号），则终端进程不用执行系统调用wait4()，而是立即发提示符，让用户输入下一个命令，转步骤（1）。如果命令末尾没有&号，则终端进程要一直等待，当子进程（即运行命令的进程）完成工作后要终止，向父进程（终端进程）报告，此时终端进程醒来，在做必要的判别等工作后，终端进程发提示符，让用户输入新的命令，重复上述处理过程。（11）Linux系统中，进程调度的方式和策略是什么？对用户进程和核心进程如何调度？Linux系统的调度方式基本上采用“抢占式优先级”方式。Linux系统针对不同类别的进程提供了三种不同的调度策略，即适合于短实时进程的FIFO，适合于每次运行需要较长时间实时进程的时间片轮转法，适合于交互式的分时进程传统的UNIX调度策略。Linux系统核心为每个进程计算出一个优先级，高优先级的进程优先得到运行。在运行过程中，当前进程的优先级随时间递减，这样就实现了“负反馈”作用，即经过一段时间之后，原来级别较低的进程就相对“提升”了级别，从而有机会得到运行。Linux系统的调度方式基本上采用“抢占式优先级”方式，当进程在用户模式下运行时，不管它是否自愿，核心在一定条件下（如该进程的时间片用完或等待I/O）可以暂时中止其运行，而调度其他进程运行。一旦进程切换到内核模式下运行时，就不受以上限制，而一直运行下去，仅在重新回到用户模式之前才会发生进程调度。3．思考题（1）处理机调度一般可分为哪三级？其中哪一级调度必不可少？为什么？处理机调度一般可分为高级调度（作业调度）、中级调度和低级调度（进程调度）。其中进程调度必不可少。进程只有在得到CPU之后才能真正活动起来，所有就绪进程经由进程调度才能获得CPU的控制权；实际上，进程调度完成一台物理的CPU转变成多台虚拟（或逻辑）的CPU的工作；进程调度的实现策略往往决定了操作系统的类型，其算法优劣直接影响整个系统的性能。（2）作业提交后是否马上放在内存中？为什么？在批处理系统中,作业提交后并不是马上放在内存中。其原因是：内存容量有限，而提交的作业数量可能很多，无法把它们都放入内存；即使都放入内存，当内存中可以同时运行的作业太多时，会影响系统的性能，如使周转时间太长；另外，大量作业被收容在输入井（磁盘）中，可以选择对资源需求不同的作业进行合理搭配，再放在内存中，从而使得系统中各部分资源都得到均衡利用。（3）假定在单CPU条件下有下列要执行的作业：作业运行时间优先级11032113234414552作业到来的时间是按作业编号顺序进行的（即后面作业依次比前一个作业迟到一个时间单位）。①用一个执行时间图描述在下列算法时各自执行这些作业的情况：先来先服务法FCFS、时间片轮转法RR（时间片＝1）和非抢占式优先级。②对于上述每种算法，各个作业的周转时间是多少？平均周转时间是多少？③对于上述每种算法，各个作业的带权周转时间是多少？平均带权周转时间是多少？①先来先服务法（FCFS）作业1作业2作业3作业4作业501011131419t时间片轮转法（RR）作业1213415315151515111012345678910111213141516171819t非抢占式优先级:作业1作业4作业3作业5作业201011131819t②和③先来先服务法（FCFS）作业到达时间运行时间完成时间周转时间带权周转时间101010101.0211111010.032213115.5431141111.054519153.0平均周转时间11.4平均带权周转时间6.1时间片轮转法（RR）作业到达时间运行时间完成时间周转时间带权周转时间101019191.9211211.0322863.0431522.054516122.4平均周转时间8.0平均带权周转时间2.065非抢占式优先级作业到达时间运行时间完成时间周转时间带权周转时间101010101.0211191818.032213115.54311188.054518142.8平均周转时间12.2平均带权周转时间7.06注意：本教材按照Linux系统的约定，优先数小的优先级高。本试题给出的条件中直接给出的是优先级，数大的则优先级高。如果试题给出的是优先数，则数小的优先级高。如果将本试题改为：作业运行时间优先数1102214322411553则作业2-5优先级从高到低次序为：作业4、作业3、作业5、作业2。上面的解答仍然正确。