第3章教材习题解答.doc
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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？
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。
④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
1
10
3
2
1
1
3
2
3
4
1
4
5
5
2
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5
01011131419t
时间片轮转法（RR）
作业1213415315151515111
012345678910111213141516171819t
非抢占式优先级:
作业1作业4作业3作业5作业2
01011131819t
②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
1
0
10
10
10
1.0
2
1
1
11
10
10.0
3
2
2
13
11
5.5
4
3
1
14
11
11.0
5
4
5
19
15
3.0
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
1
0
10
19
19
1.9
2
1
1
2
1
1.0
3
2
2
8
6
3.0
4
3
1
5
2
2.0
5
4
5
16
12
2.4
平均周转时间
8.0
平均带权周转时间
2.06
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
1
0
10
10
10
1.0
2
1
1
19
18
18.0
3
2
2
13
11
5.5
4
3
1
11
8
8.0
5
4
5
18
14
2.8
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
1
10
2
2
1
4
3
2
2
4
1
1
5
5
3
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。
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