处理器管理2

21计5郭培鑫 第三次作业

思考题：

1. 进程最基本的状态有哪些？哪些事件可能引起不同状态间的转换？
2. 什么是进程上下文？试述其主要内容。
3. 在时间片轮转调度算法中，可根据哪些因素确定时间片的长度？

答案：

1. 进程最基本的状态：就绪态、运行态、阻塞态。时间片、I/O操作、信号处理、显示请求等事件可能引起不同状态间的转换。
2. 进程上下文是一个保存了进程执行所需的所有关键信息的数据结构。当操作系统需要切换到另一个进程时，它会保存当前进程的上下文，然后加载新进程的上下文，以实现进程切换。这个过程确保了多个进程可以在共享的CPU上有效地运行，并且在切换之后能够正确地继续执行。
3. 时间片大小的确定因素：

• 系统对响应时间的要求。
• 就绪队列中进程的数目。
• 系统的处理能力。

应用题：

1.假定执行作业 Job1，~Job5,作业号的数字为其到达顺序，即依次按照序号 1、2、3、4、5进入单处理器系统，各作业的执行时间和优先数如下表所示。①分别给出采用先来先服务调度算法、时间片轮转调度算法(时间片长度为 1ms)、最短作业优先调度算法及非抢占式优先数调度算法(优先数越小则优先级越高)时各作业的执行次序;② 计算每种情况下作业的平均周转时间。

作业号	执行时间/ms	优先数
Job1	10	3
Job2	1	1
Job3	2	3
Job4	1	4
Job5	5	2

答案：

对于①问：分析执行次序

• 先来先服务调度算法：Job1-->Job2-->Job3-->Job4-->Job5

>根据题目可知作业先后顺序执行次序。

• 时间片轮转调度算法：

>根据先来先排队原则和时间片限制，可得出以下表格的每个作业执行顺序

时间/ms	当前 执行的作业	队列中的作业
1	Job1	Job1
2	Job2	Job2、Job1
3	Job1	Job1、Job3
4	Job3	Job3、Job4、Job1
5	Job4	Job4、Job1、Job5、Job3
6	Job1	Job1、Job5、Job3
7	Job5	Job5、Job3、Job1
8	Job3	Job3、Job1、Job5
9	Job1	Job1、Job5
10	Job5	Job5、Job1
11	Job1	Job1、Job5
12	Job5	Job5、Job1
13	Job1	Job1、Job5
14	Job5	Job5、Job1
15	Job1	Job1、Job5
16	Job5	Job5、Job1
17-19	Job1	Job1

• 最短作业优先调度算法：根据最短作业优先原则顺序执行作业。如下图表格所示执行次序

>

时间/ms	当前作业	队列中的作业
0	0	0
1	Job1	Job1
2	Job2	Job2、Job1
3	Job1	Job1、Job3
4	Job1	Job1、Job3、Job4
5，6，7，8，9	Job5	Job5、Job1、Job3、Job4
10，11，12，13，14，15，16	Job1	Job1、Job3、Job4
17，18	Job3	Job3、Job4
19	Job4	Job4

• 非抢占式优先数调度算法：Job1-->Job2-->Job5-->Job3-->Job4

>前10毫秒只有Job1在执行，因为非抢占式原则，故在这10毫秒内，虽然作业全都顺序加入，但是只有Job1执行完，其他作业才有机会获得资源，在第十毫秒后，根据优先级高者获得先执行，因为Job2优先级高于其他，所以接下来执行Job2，以此类推。

对于②问：计算平均周转时间

周转时间=作业完成时刻—作业到达时刻；

平均周转时间=作业周转总时间/作业个数；10 1 2 3 5

• 先来先服务调度算法：（（11-1）+（12-2）+（14-3）+（17-4）+（22-5））/5=12.2 ms
• 时间片轮转调度算法：((20-1)+(3-2)+(9-3)+(6-4)+(17-5))/5 = 8 ms
• 最短作业优先调度算法：((17-1）+（3-2）+（19-3）+（20-4）+（10-5）/5 =10.8 ms
• 非抢占式优先数调度算法：((11-1)+(12-2)+(15-4)+(17-3)+(22-5))/5=12.4 ms

2. 在一个只支持三道程序同时运行的多道程序系统中，作业调度采用最短作业优先调度算法，进程调度采用以优先数为基础的抢占式调度算法。在下表所示的作业序列中，优先数即为进程优先数，优先数越小则优先级越高。

作业名	到达时刻	估计运行时间/min	优先数
A	10:00	40	5
B	10:20	30	3
C	10:30	60	4
D	10:50	20	6
E	11:00	20	4
F	11:10	10	4

试填充下表：

作业名	进入内存时刻	运行结束时间	作业周转时间/min
A	10:00	12：40	160
B	10:20	10：50	30
C	10:30	11：50	80
D	10：50	13：00	130
E	11：50	12:10	70
F	12:10	12:20	70
平均作业周转时间T=		90分钟

具体思路：

10：00 作业A到达，由于就绪队列为空，作业调度进系统，进程调度执行。

10：20 作业B到达，就绪队列未满，作业调度进系统。

由于B的优先级高于A，所以进程调度A进入就绪态，调度B执行。

作业A已经运行20分钟，还剩20分钟。

10：30 作业C到达，就绪队列未满，作业调度进系统。

由于作业B的优先级高于C，所以进程调度C进入就绪态。

作业B继续运行，已经运行10分钟，还剩20分钟。

作业A还剩20分钟。

10：50 作业D到达，作业B执行完成，作业调度D进系统。

作业C的优先级最高，所以进程调度C执行。

作业A剩余20分钟。

作业C剩余60分钟。

作业D剩余20分钟。

11：00 作业E到达，作业E优先数4，等待作业调度进入系统。

作业C已经运行10分钟，还剩50分钟。

作业A剩余20分钟。

作业D剩余20分钟。

11：10 作业F到达，作业F优先数4，等待作业调度进入系统。

11：50 作业C执行完成，作业E和F的优先数相同，由于作业E先于作业F 等待作业调度，所以作业调度E进入系统；

由于作业E的优先级最高，进程调度E执行，调度A和D为就绪态。

作业A剩余20分钟。

作业D剩余20分钟。

12：10 作业E执行完成，作业调度F进入系统。

由于作业F优先级最高，进程调度F执行，调度A和D为就绪态。

12：20 作业F执行完成。

由于A运行时间最短，进程调度A执行。

作业A剩余20分钟。

作业D剩余20分钟。

12：40 作业A执行完成。

进程调度D执行。

作业D剩余20分钟。

13：00 作业D执行完成。

3.在一个只支持4道程序同时运行的多道程序系统中，若在一段时间内先后到达6个作业，其提交时刻和估计运行时间由下表给出。

作业	提交时刻	估计运行时间/min
1	8:00	60
2	8:20	35
3	8:25	20
4	8:30	25
5	8:35	5
6	8:40	10

系统采用SRTF调度算法，作业被调度进入系统后中途不会退出，但作业运行时可被剩余时间更短的作业所抢占。①分别给出6个作业的开始执行时间、作业完成时间、作业周转时间。②计算平均作业周转时间。

答案：

考察最短剩余时间优先算法:最短剩余时间优先算法：每当有进程加入就绪队列改变时就需要调度，如果新到达的进程剩余时间比当前运行的进程剩余时间更短，则由新进程抢占处理机，当前运行进程重新回到就绪队列。另外,当一个进程完成时也需要调度。

具体思路分析：

8：00 作业1到达提交时刻，作业调度1进入系统，作业1执行。

8：20 作业2到达提交时刻，作业调度2进入系统。

作业1已运行20分钟，还剩余40分钟。

作业2剩余35分钟。

故作业2执行，作业1进入就绪态。

8：25 作业3到达提交时刻，作业3进入系统。

作业2已运行5分钟，还剩余30分钟。

作业1剩余40分钟。

作业3剩余20分钟。

故作业3执行，作业2进入就绪态。

8：30 作业4到达提交时刻，作业4进入系统。

作业3已运行5分钟，还剩余15分钟。

作业1剩余40分钟。

作业2剩余30分钟。

作业4剩余25分钟。

故作业3执行，作业4进入就绪态。

8：35 作业5到达提交时刻，等待作业调度进入系统。

作业3还剩余10分钟。

作业3继续执行。

8：40 作业6到达提交时刻，等待作业调度进入系统。

作业3还剩余5分钟。

作业3继续执行。

8：45 作业3执行完成。根据作业5先到原则，进程调度5进入系统。

作业1剩余40分钟。

作业2剩余30分钟。

作业4剩余25分钟。

作业5剩余5分钟。

故作业5执行。无需进入就绪态。

8：50 作业5执行完成。进程调度6进入系统。

作业6剩余10分钟。

故作业6执行。无需进入就绪态。

9：00 作业6执行完成。

作业1剩余40分钟。

作业2剩余30分钟。

作业4剩余25分钟。

故作业4执行。

9：25 作业4执行完成。

9：55 作业2执行完成。

10：35 作业1执行完成。

第①问答案：

作业	开始执行时间	作业完成时间	作业周转时间
1	8:00	10:35	155
2	8:20	9:55	95
3	8:25	8:45	20
4	9:00	9:25	25
5	8:45	8:50	5
6	8:50	9:00	10

第②问答案：

平均作业周转时间：(155+95+20+25+5+10)/6=51.67 分钟。

4.在一个单处理器多道分时系统中有三道作业依次提交，其提交时刻、运行时间、I/O时间、CPU时间分别如下表所示。

作业	作业提交时刻	运行时间/h	其中
			I/O时间/h	CPU时间/h
Job1	8	0.36	0.18	0.18
Job2	8.2	0.32	0.16	0.16
Job3	8.4	0.36	0.18	0.18

如果已知下列情况：①每道作业的I/O等待时间占各自总运行时间的一半；②分时运行两道作业，CPU将有20%的时间空闲；③除了CPU，系统有充足的资源供作业使用。试计算各作业的运行完成时刻。

答案：

​ 8.0~8.2时间内: 只有Job1,没有发生进程调度,因此不会浪费时间, 在这0.2h内, 由于①每道作业的I/O时间占总运行时间的一半,所以有0.1h的时间用于I/O,剩余0.1用于CPU,因此 在8.2时刻, Job1还剩余0.36-0.2 = 0.16h的时间需要运行。

​ 8.2~8.4时间内, Job2也开始运行, 同时也会运行Job1, 由于CPU同一时刻只能处理一个作业, 因此会发生进程切换, 在这0.2h内, 会浪费0.2×20%=0.04h的时间, 那么实际可运行的时间就只有0.2-0.04=0.16h, 在前0.08h中,可以让Job1运行I/O 0.08h,同时, Job2可以运行 CPU 0.08h。

在后0.08h中,Job1运行CPU 0.08h, Job2运行I/O 0.08h, 这时,也就是8.4时刻, Job1运行完毕。Job2还剩下0.16的运行时间, 其中各占一半。

​ 8.4时刻, 此时Job3也开始运行, 同样会发生调度, 那么在8.4~8.6这0.2h内, 可用运行时间同样为0.16h, 前0.08h: Job2 CPU, Job3 I/O 后0.08h: Job3CPU, Job2 I/O, 然后8.6时刻, Job2也就运行完毕。

​ 8.6时刻, 只有Job3, 不需要调度, 还剩下CPU和I/O各0.1, 也就是8.6+0.1+0.1=8.8, Job3运行完毕。

故Job1完成时间: 8.4, Job2: 8.6, Job3: 8.8

拓展：

周转时间=作业完成时刻—作业到达时刻；

带权周转时间=周转时间/服务时间；

平均周转时间=作业周转总时间/作业个数；

平均带权周转时间=带权周转总时间/作业个数；