佛山网站搭建公司,生意网官网,cpv广告联盟,个人网站取名处理机调度 一、调度的概念、层次1.1 三个层次1.2 七状态模型 二、调度算法的评价指标2.1 CPU利用率2.2 系统吞吐率2.3 周转时间2.4 等待时间2.5 响应时间 三、进程调度#xff08;低级调度#xff09;的时机3.1 需要进程调度的情况3.2 不能进程调度的情况3.3 闲逛进程 四、进… 处理机调度 一、调度的概念、层次1.1 三个层次1.2 七状态模型 二、调度算法的评价指标2.1 CPU利用率2.2 系统吞吐率2.3 周转时间2.4 等待时间2.5 响应时间 三、进程调度低级调度的时机3.1 需要进程调度的情况3.2 不能进程调度的情况3.3 闲逛进程 四、进程调度低级调度的方式五、进程调度低级调度的切换与过程六、调度算法6.1 先来先服务FCFS6.2 短作业优先SJF6.3 高响应比优先HRRN6.4 时间片轮转RR6.5 优先级调度算法6.6 多级队列调度算法 一、调度的概念、层次 1.1 三个层次 高级调度作业调度按一定的原则从外存的作业后备队列中挑选一个作业调入内存并创建进程。每个作业只调入一次调出一次。作业调入时会建立PCB调出时才撤销PCB。低级调度进程调度/处理机调度按照某种策略从就绪队列中选取一个进程将处理机CPU分配给它。进程调度是操作系统中最基本的一种调度。中级调度内存调度按照某种策略决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。 内存不够时可将某些进程的数据调出外存。等内存空闲或者进程需要运行时再重新调入内存。 暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态。被挂起的进程PCB会被组织成挂起队列
要做什么调度发生地发生频率对进程的影响高级调度作业调度按照某种规则从后备队列中选择合适的作业将其调入内存并为其创建进程外存→内存面向作业最低无→创建态→就绪态中级调度内存调度按照某种规则从挂起队列中选择合适的进程将其数据调回内存外存→内存面向进程中等挂起态→就绪态阻塞挂起→阻塞态低级调度进程调度按照某种规则从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机内存→CPU最高就绪态→运行态
1.2 七状态模型
暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态挂起态又可以进一步细分为就绪挂起、阻塞挂起两种状态
二、调度算法的评价指标 2.1 CPU利用率
CPU利用率指CPU“忙碌”的时间占总时间的比例。 利用率 忙碌时间 总时间 利用率\frac{忙碌时间}{总时间} 利用率总时间忙碌时间
2.2 系统吞吐率
系统吞吐量单位时间内完成作业的数量 系统吞吐量 总共完成多少道作业 总共花了多少时间 系统吞吐量\frac{总共完成多少道作业}{总共花了多少时间} 系统吞吐量总共花了多少时间总共完成多少道作业
2.3 周转时间
周转时间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。 它包括四个部分作业在外存后备队列上等待作业调度高级调度的时间、进程在就绪队列上等待进程调度低级调度的时间、进程在CPU上执行的时间、进程等待I/O操作完成的时间。后三项在一个作业的整个处理过程中可能发生多次。 周转时间 作业完成时间 − 作业提交时间 周转时间作业完成时间-作业提交时间 周转时间作业完成时间−作业提交时间 平均周转时间 各作业周转时间之和 作业数 平均周转时间\frac{各作业周转时间之和}{作业数} 平均周转时间作业数各作业周转时间之和 带权周转时间 周转时间 作业实际运行的时间 带权周转时间\frac{周转时间}{作业实际运行的时间} 带权周转时间作业实际运行的时间周转时间 平均带权周转时间 各作业带权周转时间 作业数 平均带权周转时间\frac{各作业带权周转时间}{作业数} 平均带权周转时间作业数各作业带权周转时间
2.4 等待时间
等待时间指进程/作业处于等待处理机状态时间之和等待时间越长用户满意度越低。
对于进程来说等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和在等待I/O完成的期间其实进程也是在被服务的所以不计入等待时间。对于作业来说不仅要考虑建立进程后的等待时间还要加上作业在外存后备队列中等待的时间。
2.5 响应时间
响应时间用户提交请求到首次产生0响应所用的时间。
三、进程调度低级调度的时机 3.1 需要进程调度的情况 主动放弃 进程正常终止异常而终止进程主动请求阻塞如等待I/O) 被动放弃 当前运行的进程分给进程的时间片用完有更高优先级的进程进入就绪队列有更紧急的事需要处理
3.2 不能进程调度的情况 在处理中断的过程中。中断处理过程复杂与硬件密切相关很难做到在中断处理过程中进行进程切换。 在原子操作过程中原语。原子操作不可中断要一气呵成如之前讲过的修改PCB中进程状态标志并把PCB放到相应队列) 进程在操作系统内核程序临界区中。 临界资源一个时间段内只允许一个进程使用的资源。各进程需要互斥地访问临界资源。 临界区访问临界资源的那段代码。 内核程序临界区一般是用来访问某种内核数据结构的比如进程的就绪队列由各就绪进程的PCB组成
3.3 闲逛进程
调度程序永远的备胎没有其他就绪进程时运行闲逛进程(idle)
闲逛进程的特性: 优先级最低可以是0地址指令占一个完整的指令周期(指令周期末尾例行检查中断)这个中断会周期性唤醒调度程序让调度程序检查有没有其他就绪进程已经就绪如果有就让闲逛进程下处理机让其他进程上处理机器。能耗低0地址指令表示不需要访存也不需要访问CPU的寄存器这就会使CPU能耗较低
四、进程调度低级调度的方式 非剥夺调度方式又称非抢占方式。即只允许进程主动放弃处理机。 在运行过程中即便有更紧迫的任务到达当前进程依然会继续使用处理机直到该进程终止或主动要求进入阻塞态。 实现简单系统开销小但是无法及时处理紧急任务适合于早期的批处理系统 剥夺调度方式又称抢占方式。当一个进程正在处理机上执行时如果有一个更重要或更紧迫的进程需要使用处理机则立即暂停正在执行的进程将处理机分配给更重要紧迫的那个进程。 可以优先处理更紧急的进程也可实现让各进程按时间片轮流执行的功能通过时钟中断。 适合于分时操作系统、实时操作系统
五、进程调度低级调度的切换与过程 狭义的进程调度指的是从就绪队列中选中一个要运行的进程。 进程切换是指一个进程让出处理机由另一个进程占用处理机的过程。 广义的进程调度包含了选择一个进程和进程切换两个步骤。 进程切换的过程主要完成了 对原来运行进程各种数据的保存对新的进程各种数据的恢复如程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等处理机现场信息这些信息一般保存在进程控制块
六、调度算法
早期无交互式只关心公平性、平均周转时间和平均等待时间等整体性能的指标的算法FCFS、SJF和HRRN考虑交互式的算法RR、优先级调度和多级反馈队列
6.1 先来先服务FCFS
先来先服务FCFS算法思想主要从“公平”的角度考虑算法规则按照作业/进程到达的先后顺序进行服务谁先来就服务谁用于作业/进程调度用于作业调度时考虑的是哪个作业先到达后备队列用于进程调度时考虑的是哪个进程先到达就绪队列是否可抢占非抢占式的算法优缺点优点公平、算法实现简单缺点排在长作业进程后面的短作业需要等待很长时间带权周转时间很大对短作业来说用户体验不好。即FCFS算法对长作业有利对短作业不利例如排队买奶茶…是否会导致饥饿不会 6.2 短作业优先SJF
短作业优先SJF算法思想追求最少的平均等待时间最少的平均周转时间、最少的平均平均带权周转时间算法规则最短的作业/进程优先得到服务所谓“最短”是指要求服务时间最短谁用时短谁先来用于作业/进程调度即可用于作业调度也可用于进程调度。用于进程调度时称为“短进程优先”SPFShortest Process First算法是否可抢占SJF和SPF是非抢占式的算法。但是也有抢占式的版本最短剩余时间优先算法SRTNShortest Remaining Time Next优缺点优点“最短的”平均等待时间、平均周转时间 缺点 不公平。对短作业有利对长作业不利。可能产生饥饿现象。另外作业/进程的运行时间是由用户提供的并不一定真实不一定能做到真正的短作业优先会。如果源源不断地有短作业/进程到来可能使长作业/进程长时间得不到服务产生“饥饿”现象。如果一直得不到服务则称为“饿死”是否会导致饥饿可能会产生饥饿现象 6.3 高响应比优先HRRN
高响应比优先HRRN算法思想要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间算法规则在每次调度时先计算各个作业/进程的响应比选择响应比最高的作业/进程为其服务按“闹”分配响应比公式响应比 (等待时间 要求服务时间) / 要求服务时间用于作业/进程调度即可用于作业调度也可用于进程调度是否可抢占?非抢占式的算法。因此只有当前运行的作业/进程主动放弃处理机时才需要调度才需要计算响应比优缺点综合考虑了等待时间和运行时间(要求服务时间)等待时间相同时要求服务时间短的优先(SJF的优点)要求服务时间相同时等待时间长的优先(FCFS的优点)对于长作业来说随着等待时间越来越久其响应比也会越来越大从而避免了长作业饥饿的问题是否会导致饥饿不会导致饥饿 6.4 时间片轮转RR
时间片轮转RR算法思想公平地、轮流地为各个进程服务让每个进程在一定时间间隔内都可以得到响应算法规则按照各进程到达就绪队列的顺序轮流让各个进程执行一个时间片如100ms。若进程未在一个时间片内执行完则剥夺处理机将进程重新放到就绪队列队尾重新排队。用于作业/进程调度用于进程调度只有作业放入内存建立了相应的进程后才能被分配处理机时间片是否可抢占若进程未能在时间片内运行完将被强行剥夺处理机使用权因此时间片轮转调度算法属于抢占式的算法。由时钟装置发出时钟中断来通知CPU时间片已到优缺点优点公平响应快适用于分时操作系统缺点由于高频率的进程切换因此有一定开销不区分任务的紧急程度。是否会导致饥饿不会
如果时间片太大使得每个进程都可以在一个时间片内就完成则时间片轮转调度算法退化为先来先服务调度算法并且会增大进程响应时间。因此时间片不能太大。另一方面进程调度、切换是有时间代价的保存、恢复运行环境因此如果时间片太小会导致进程切换过于频繁系统会花大量的时间来处理进程切换从而导致实际用于进程执行的时间比例减少。
6.5 优先级调度算法
优先级调度算法算法思想随着计算机的发展特别是实时操作系统的出现越来越多的应用场景需要根据任务的紧急程度来决定处理顺序算法规则调度时选择优先级最高的作业/进程用于作业/进程调度既可用于作业调度也可用于进程调度。甚至还会用于在之后会学习的I/O调度中是否可抢占?抢占式、非抢占式都有。的别在于:非抢占式只需在进程主动放弃处理机时进行调度即可,而抢占式还需在就绪队列变化时,检查是否会发生抢占。优缺点优点:用优先级区分紧急程度、重要程度,适用于实时操作系统。可灵活地调整对各种作业/进程的偏好程度。缺点:若源源不断地有高优先级进程到来,则可能导致饥饿是否会导致饥饿会 6.6 多级队列调度算法 多级队列调度算法算法思想对其他调度算法的折中权衡算法规则设置多级就绪队列各级队列优先级从高到低时间片从小到大 新进程到达时先进入第1级队列按FCFS原则排队等待被分配时间片若用完时间片进程还未结束则进程进入下一级队列队尾 如果此时已经在最下级的队列则重新放回该队列队尾 只有第k级队列为空时才会为k1级队头的进程分配时间片用于作业/进程调度用于进程调度是否可抢占抢占式的算法。在k级队列的进程运行过程中若更上级的队列(1~k-1级)中进入了一个新进程则由于新进程处于优先级更高的队列中因此新进程会抢占处理机原来运行的进程放回k级队列队尾。优缺点对各类型进程相对公平(FCTS的优点)每个新到达的进程都可以很快得到响应(RR的优点)短进程只用较少的时间就可以完成(SPF的优点)不必实现估计进程的运行时间(避免用户作假)可灵活地调整对各类进程的偏好程度比如CPU密集型进程、I/O密集型进程(拓展可以将因I/O而阻塞的进程重新放回原队列这样I/O型进程就可以保持较高优先级)是否会导致饥饿会
