第三章 处理器管理.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 处理器管理,3.1 多道程序设计,3.1.1 何谓多道程序设计？,多道程序中应注意的问题：,1、多道程序同时驻留内存，各道程序只能访问自己的区域。,2、各道程序能在任何区域正常执行。,程序浮动程序可以随意地从主存的一个区域移动到另一个区域，程序移动后不影响他的执行。,3、多,道程序要竞争,CPU，OS,必须进行合理的调度选择一道占用,CPU,执行。,4、多道程序的系统中，必须对各种资源按一定的策略进行分配和调度。,3.1.2 为什么采用多道程序设计？,单道,系统中的处理过程,多道程序设计使,CPU,和,I/O,设备能并行工作。,采用多道程序设计后提高了整个系统的效率，主要表现：,1、提高,CPU,利用率，减少,CPU,空闲时间。,2、使不同设备间能并行工作。,3、由于多道程序设计提高了系统的吞吐率,3.1.3 采用多道程序设计应注意的问题：,（一）可能延长程序执行时间,举例:,P38-4,行,（二）并行工作道数与系统效率不成正比,见,P39-2,行所述,3.2 进程概念,3.2.1 定义,什么叫进程？,P39-,倒8行,进程与程序的区别？,1、程序代码和数据的集合。（静态）,2、进程在程序、数据上的处理，并能获得结果。（动态的）,3.2.2为什么要引入“进程”？,引入“进程”可以同时并发执行，提高系统的性能。,进程分为：系统进程和用户进程,3.2.3 进程的属性,（一）进程的动态特性,（二）多个不同的进程可以包含相同的程序,何为“可再入”的程序？(,P41-14),（,三）进程的三种基本状态及变化,(,P41-,倒8),（四）进程可以并发执行,何谓并发执行？,进程的特性:(,P42-18),3.3 进程队列,3.3.1 进程控制块,3.3.2 进程的创建与撤消,1、进程的创建,（1）为程序分配一个工作区,（2）建立一个进程控制块,2、进程撤消,当一个进程完成了特定任务后，系统回收进程占用的工作区和取消进程的,PCB,原语:,(,P44-12),3.3.3 进程队列的连接,把经常处于相同状态的进程连接再一起,称为进程状态。,进程队列：单向连接和双向连接。,（,P45-,图3-8）,3.4,UNIX,系统中的进程,Unix,系统中的进程,1、系统进程工作在核心态,2、用户进程工作在用户态,3.4.2,UNIX,进程的组成,UNIX,进程由3部分组成：,（一）进程控制块,1、基本控制块（称,proc,结构）,P46-,倒15行,2、扩充控制块（称,user,结构）,P48-8,行,（二）正文段（,P50-,倒17行）,（三）数据段（,P51-,倒9行）,进程3部分的结构图,3.4.3,Unix,的进程状态,3.4.4 进程的创建和终止,1.,UNIX,的进程树,2.进程的创建,除0号和1号进程外,其他进程由,fork,创建。,调用,fork,函数来创建子进程。,进程的创建过程：（,P53-,倒2行）,子,进程等待,父进程执行,父进程等待,子进程执行,进程的创建过程,3.进程的终止,进程在用户态运行时可以使用系统调用,exit,终止执行.,Exit,的主要任务（,P55-,倒6行）,Wait,的主要任务（,P55-,倒1行）,3.4.5 进程的换进换出,进程的换进换出:磁盘与主存的信息交换.,（,P56,图3-14）,3.4.6 进程的睡眠与唤醒,1.进程的睡眠,多种原因可引起进程的睡眠.,一个进程需要睡眠时调用,sleep,程序,就可以进入睡眠,并挂在睡眠队列.,由于进程的睡眠,则根据,runin,标志判断是否有进程要进入,如果有则唤醒交换进程,实现等待区的进程进入内存,睡眠进程进交换区.,2.进程的唤醒,由于资源释放等原因,释放资源的进程调用,wakeup,程序将等待资源的进程唤醒.,在主存唤醒的进程放就绪队列,在对换区唤醒的进程仍在对换区,放在就绪唤出队列.,3.5 中断技术,3.5.1、中断和中断类型,何谓中断、中断源和中断处理程序？,根据中断性质可分为两大类：,（一）强迫性中断事件,1、由于外部的请求或某些意外事故而迫使正在运行的进程被打断。,2、强迫性中断的类型（,P58-16,行）,（二）自愿性中断事件,（软中断）,在进程中请求操作系统服务，通过系统调用所引起的。,3.5.2 中断响应,何谓中断响应？（,P59-6,行）,（一）中断寄存器：记录强迫性中断事件的寄存器。,（二）程序状态字：记录程序执行的相关状态。（,P60）,（,三）中断响应：是通过交换,PSW,完成。（,P61,图3-15）,3.5.3 中断事件的处理,中断事件的处理过程：,（一,）,保护现场,（二）分析中断原因,（三）处理发生的中断事件,（1）由于各种中断事件的性质不同，因此，也要进行不同的处理，甚至对同一种中断的不同事件的处理也不相同。（例如：调度中断、定时中断）,（2）各种中断事件的处理原则：（,P61-,倒1行）,3.5.4 中断优先级和中断屏蔽,中断优先级是按中断事件的重要性和紧迫程度来确定的。,中断的嵌套处理（,P63,图3-16）,中断屏蔽可设置对某些中断不响应。,自愿中断是不能屏蔽的。,3.6,UNIX,系统的中断技术,3.6.1 中断事件和异常情况,UNIX,把可能出现的事件分为两种:,(1)中断事件(,P63-,倒3行),(2)异常情况(,P63-,倒1行),3.6.2 处理机状态字,每个进程都有自己的处理机状态字(,PSW),处理机状态字包含的内容(见图,P64),3.6.3 中断处理,1.中断响应,中断处理入口表:(,P64-,倒9行),2.中断处理过程:,3.7 处理机调度,处理机调度负责为作业分配处理机的操作。,3.7.1 处理机的两级调度,1作业调度：用于决定把外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，然后，再将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。,2进程调度：用来决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，并占用处理机执行。,作业调度与进程调度的层次关系。,（见,图3-17,P67）,分时操作系统控制下的作业称为终端作业。,3.7.2,批处理作业的,调度算法,调度算法的准则,（1）极大的流量是指在单位时间内系统所完成的作业数。,（2）公平性。,（3）各类资源的平衡利用。,周转时间,Ti:,是指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（称为作业周转时间）,。,Ti=,Ei,(,完成时间)-,Si,(,进输入#时间),周转时间包括四部分时间,：,作业在外存后备队列上等待调度的时间,进程在就绪队列上等待进程调度的时间,进程在,CPU,上执行的时间,进程等待,IO,操作完成的时间。,平均周转时间描述为：,作业调度算法,（一）先来先服务算法,(,P68,倒5行),（二）计算时间短的作业优先算法,(,P69,倒3行),（三）响应比高者优先算法,响应比高者优先算法,既照顾了短作业，又考虑了作业到达的先后次序，不会使长作业长期得不到服务。,利用该算法时，每次调度之前，都须先做响应比的计算，会增加系统开销。,举例（,P71-1,行）,4.,优先权调度算法,优先权的类型:静态优先权和动态优先权.,静态优先权,是在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变。,动态优先权,是指在创建进程时所赋予的优先权，是可以随进程的推进或随其等待时间的增加而改变的，以便获得更好的调度性能。,5.均衡调度算法,根据作业对系统的资源要求来进行调度.,3.7.3 进程调度算法,进程调度程序是按照某种调度算法从就绪队列中选择一个进程，让他占用处理器，称为进程切换。,引起进程切换的原因,:(,P72 3,行),1、一个进程从运行状态变成等待状态。,2、一个进程从运行状态变成就绪状态。,3、一个进程完成工作后被撤消。,进程切换是由进程状态的变化引起的。,常见的进程调度算法,：,（一）先来先服务算法：按进程进入就绪队列的先后次序来选择进程占用处理器。,举例(,P72 21,行),（二）优先数调度算法：按进程优先级来选择最高优先权的进程占用处理器。,1、优先数的确定；,（1）固定优先数,（2）可变优先数,2、占用处理器的方式有两种：,（1）非抢占方式,（2）可抢占方式,（三）时间片轮转调度算法,时间片轮转调度算法：将就绪进程按先后次序排队，按时间片依次轮流让进程占用处理机执行。,（四）分级调度算法（多级调度算法）,设置多个就绪队列，每个队列按时间片轮转调度算法占用处理机。,每个就绪队列的优先级不同。,进程执行从高优先级开始，逐渐会降低。,（如图3-18,P74）,3.7.4,UNIX,系统的进程调度算法,UNIX,系统对进程调度采用动态优先数调度算法，进程的优先数随进程的执行情况而变化。,UNIX,系统优先数越小，则优先级越高。,UNIX,系统优先数确定的原则,（,P75-1,5,行）,UNIX,系统中确定优先数有两种方法：,（1）设置优先数进程进入睡眠状态时，系统按其睡眠原因设置优先数。,（2）优先数的计算进程正在或即将转入用户态运行时，用计算方法确定优先数。,P_PRI=P_CPU/2+PUSER+P_nice+NZER0,（3）,优先数的计算时机选择有2个：,利用时钟中断，每1秒钟对大于,PUSER、NZER0,的,P_CPU,数,进行除2计算。,进程请求系统调用之后重新计算,P_CPU,优先数。,进程调度,Swtch,UNIX,系统中进程调度是由,Swtch,程序来完成的。,Swtch,程序什么时间开始启动执行：,1.进程完成了预定的工作而终止。,2.进程因某事件等待而睡眠.,3.进程运行时间片到.,4.有更高优先权的进程要占用,CPU,5.,异常处理时强迫对处理器进行再调度.,Swtch,程序睡眠时给以最小的优先数(-100),一但唤醒就具有最高优先权,可首先占用处理器运行.,Swtch,程序的主要任务(,P77-4,行),