2012年软考系统分析师经典教程：处理机管理

　　3.2 处理机管理

　　处理器是计算机的心脏，在单用户系统中或单道系统中，处理器为一个用户或一个作业服务，管理简单。为了提高系统资源的利用率，引入了多道程序技术，即多个程序或作业同时运行，争用处理器，要解决处理器的分配调度的策略。因此引入了作业、进程和线程的概念，基于操作系统对处理器的管理策略不同，其提供的作业处理方式也不同，又批处理方式、分时处理方式、实时处理方式、多道成批处理方式和网络环境下的处理方式等。

　　操作系统的核心位于硬件上，核心的目的是提供一种进程赖以生存的环境，其主要任务就是接受中断并做基本的处理，在进程之间切换处理器，处理进程之间的通信。

　　基本的硬件结构是：

　　(1)中断结构：为了使输入输出活动与处理器的活动并行，提出了中断处理程序;

　　(2)特权指令：仅供操作系统使用的指令集合;

　　(3)主存保护：多道程序系统中，必须对各进程使用的主存加以保护，以防止其他进程的非法操作;

　　(4)时钟：硬件时钟以固定的时间间隔产生中断信号，这对于实现处理器的调度以及实现与时间有关的任务不可或缺。

　　处理机管理涉及对物理处理机的管理问题，明确地说，涉及把处理机分配给进程的问题。我们能够识别下述模块：创建进程的作业调度程序，在非多道程序设计的环境中，它还确定哪个进程将获得一台处理机;处理机调度程序，在多道程序设计环境中，它确定就绪进程中的某一进程在什么时候将获得一台处理机，使用多长时间;交通控制程序，它记住进程的状态。对系统中的每一个进程都有一张类似的状态图。在大多数系统中，必须使进程和作业同步，这也是处理机管理模块要完成的一项任务。首先我们来看作业调度：

　　1 作业调度

　　1.1 调动级别

　　一般来说，作业从进入系统到最后完成，可能要经历三级调度：高级调度、中级调度、低级调度。

　　(1)高级调度：又称作业调度。其主要功能是根据一定算法，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(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，并在作完成后作善后处理工作。

　　(2)中级调度：为了使内存中同时存放的内存数目不至于太多，有时就需要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)低级调度：又称进程调度。其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。进程调度是操作系统中最基本的一种调度。在一般类型的操作系统中都必须有进程调度，而且它的策略的优略直接影响整个系统的性能。

　　1.2 作业状态

　　作业状态分为四种：提交、后备、执行和完成。

　　(1)提交状态--即用户向系统提交一个作业时，该作业所处的状况。如将一套作业卡片交给机房管理员，有管理员将它们 放到读卡机予以读入;或者用户通过键盘向机器输入其作业。

　　(2)后备状态--即用户作业经输入设备(如读卡机)送入输入井(磁盘)中存放，等待进入内存时所处的状况。此时，该作业的数据已转换成内部机器可读的形式，并且作业请求资源等信息也交给了操作系统。

　　(3)执行状态--即作业分配到所须的资源。被调入内存，并且再处理机(CPU)上执行相应的程序时所处的状况。此时该作业真正处于活动状态。

　　(4)完成状态--即作业完成了计算任务，结果由打印机输出，最后由系统回收分配给它的全部资源，准备退出系统时的状态。

　　1.3 作业调度

　　1.作业控制块JCB

　　2.作业调度的功能

　　(1)记录系统中各作业的情况。

　　(2)按照某种调度算法从后备作业队列中挑选作业。

　　(3)为选中的作业分配内存和外设等。

　　(4)为选中的作业建立相应的进程。

　　(5)作业结束后进行相应的善后处理。

　　2 进程调度

　　2.1 进程调度的功能和时机

　　1.进程调度的主要功能是：

　　(1)保存现场

　　(2)挑选进程

　　(3)恢复现场

　　2.一般在以下事件发生后作进程调度：

　　(1)完成任务

　　(2)等待资源

　　(3)运行到时

　　(4)发现标志

　　2.2 两级调度模型

　　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，动态的把处理机实际的分配给所选择的进程，使之真正活动起来。

　　3 调度性能的评价

　　1) 选择调度算法时应考虑的主要因素

　　2 )调度性能评价准则

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