在《计算机操作系统》教材中,介绍了作业调度算法和进程调度算法。其中作业调度算法主要有先来先服务法FCFS、短作业优先法SJF、最高响应比优先法HRN、定时轮转法和优先数法。在进程调度算法中主要介绍了先来先服务法FCFS、轮转法RR、多级反馈轮转法和优先数法。
需要指出的是:(1)在作业调度和进程调度中同时出现的算法,如FCFS、RR、优先数法,其使用原理是基本相同的;(2)作业调度算法和进程调度算法应严格与存储管理中的“请求淘汰换页算法”相区别,注意不要混淆。
调度算法举例:
【例1】下表给出作业l,2,3的提交时间和运行时间。采用先来先服务调度算法和短作业优先调度算法,试问作业调度次序和平均周转时间各为多少?(时间单位:小时,以十进制进行计算。)
作业号 |
提交时间 |
运行时间 |
1 2 3 |
0.0 0.4 1.0 |
8.0 4.0 1.0 |
分析 解这样的题关键是要根据系统采用的调度算法,弄清系统中各道作业随时间的推进情况。我们用一个作业执行时间图来形象地表示作业的执行情况,帮助我们理解此题。
采用先来先服务调度算法,是按照作业提交的先后次序挑选作业,先进入的作业优先被挑选。然后按照“排队买票”的办法,依次选择作业。其作业执行时间图如下:
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采用短作业优先调度算法,作业调度时根据作业的运行时间,优先选择计算时间短且资源能得满足的作业。其作业执行时间图如下:
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由于作业1,2,3是依次到来的,所以当开始时系统中只有作业1,于是作业1先被选中。在8.0时刻,作业1运行完成,这时系统中有两道作业在等待调度,作业2和作业3,按照短作业优先调度算法,作业3只要运行1个时间单位,而作业2要运行4个时间单位,于是作业3被优先选中,所以作业3先运行。待作业3运行完毕,最后运行作业2。作业调度的次序是1,3,2。
另外,要记住以下公式:
作业i的周转时间Ti=作业完成时间-作业提交时间
系统中n个作业的平均周转时间 ,其中Ti为作业i的周转时间。
解:采用先来先服务调度策略,则调度次序为l、2、3。
作业号 提交时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间
1 0.0 8.0 0.0 8.0 8.0
2 0.4 4.0 8.0 12.0 11.6
3 1.0 1.0 12.0 13.0 12.0
平均周转时间T=(8+11.6+12)/3=10.53
采用短作业优先调度策略,则调度次序为l、3、2。
作业号 提交时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间
1 0.0 8.0 0.0 8.0 8.0
3 1.0 1.0 8.0 9.0 8.0
2 0.4 4.0 9.0 13.0 12.6
平均周转时间T=(8+8+12.6)/3=9.53
思考题1
请同学们判断这句话:作业一旦被作业调度程序选中,即占有了CPU。( )
提示:需要清楚作业调度和进程调度的区别。
【例2】在一个单道的程序设计系统中,有3个作业J1、J2、J3,它们到达输入井的时间分别为8:50、9:00、9:30,它们需要执行的时间分别为1.5小时、0.4小时、1小时。系统在10:00按响应比高者优先算法对它们进行调度,请回答:(1)作业被选中执行的次序是什么? (2)个作业被选中时的响应比分别是多少?
分析 响应比=作业周转时间/作业运行时间 =1+作业等待时间/作业运行时间
系统在10:00,计算作业的响应比:
以J1为例,它的作业计算时间是1.5小时,即90分钟;J1从8:50到达输入井,在10:00时刻,J1的等待时间为70分钟,因此作业J1的响应比为:1+70分钟/90分钟=1.77
同理,J2:1+60分钟/24分钟=3.5 J3:1+30分钟/60分钟=1.5
因此按照响应比高者优先算法,优先调度J2。
在10:24,J2完成。这时计算J1、J3的响应比:
J1:1+(70+24)分钟/90分钟=2.04 J3:1+(30+24)分钟/60分钟=1.9
按照响应比高者优先算法,优先调度J1。
在11:54,J1完成,系统调度J3,J3的响应比为1+(30+24+90)分钟/60分钟=3.4 因此,作业被选中执行的次序是J2、J1、J3。
三个作业被选中时的响应比分别是:J1,2.04;J2,3.5;J3,3.4。
解:(1)作业被选中执行的次序是J2、J1、J3。
(2)三个作业被选中时的响应比分别是:J1,1.04;J2,2.5;J3,2.4。
思考题2
某作业的提交时间为10:30,需要运行的时间为1小时,假设11:00开始调度,它的响应比是 。
【例3】设有进程A、B、C、D依次进入就绪队列(相隔一个时间单位),它们的优先级(优先数大的优先级较高)如下表所示:
进程 |
CPU时间 |
优先数 |
A |
20 |
3 |
B |
15 |
1 |
C |
8 |
4 |
D |
10 |
3 |
试问采用“先来先服务”、“静态优先数法”调度算法(注:优先数大的优先级高),选中进程的执行次序。
解:采用先来先服务调度算法,按照进程进入就绪队列的先后次序占有CPU,其执行次序是A-B-C-D。
采用静态优先数法,进程A最先就绪,在0时刻先占有CPU运行,随后1时刻进程B进入就绪队列,2时刻进程C进入就绪队列,3时刻进程D进入就绪队列。由于采用静态优先数法,不容许随时间的推移改变进程的优先级,所以当进程A运行结束时,系统的就绪队列中有B、C、D三个进程,而进程C优先级最高,于是选中C;这样分析下去,进程的执行次序是A-C-D-B。
思考题3
时间片轮转调度算法是为了( )。
A.多个终端都能得到系统的及时响应 B.先来先服务
C.优先级高的进程先使用CPU D.紧急事件优先处理
参考解答
思考题1:错误。作业被作业调度程序选中,说明作业处于运行状态,即该作业进入内存并以进程的形式存在于系统中,但属于该作业的进程可能处于运行、就绪和等待状态,只有处于运行状态的进程才能占有处理机,而其余两种状态的进程并不占有处理机。
作业调度和进程调度的区别:
一个作业从进入系统到最后完成,一般至少要经历两级调度:作业调度和进程调度。
作业调度是宏观上的高级调度,它的主要功能是根据一定的算法,从输入井中选中若干个作业,分配必要的资源,如主存、外设等,为它们建立初始状态为就绪的作业进程。
进程调度是微观上的低级调度,它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。一般的操作系统都必须有进程调度。
可见在多道系统中,作业调度与进程调度是相互配合来实现多道作业的并行执行的。两者的关系可用下图表示。
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思考题2:1.5(注:作业等待0.5小时,运行1小时,响应比=1+0.5/1=1.5)
思考题3:A