操作系统笔记：处理机调度

操作系统笔记

第二部分&＃xff1a;处理机调度

调度的基本概念

在多道程序系统中&＃xff0c;进程的数量往往多余处理机的个数&＃xff0c;处理机调度是对处理机进行分配&＃xff0c;即从就绪队列按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行&＃xff0c;以实现进程并发地执行。
&＃xff08;1&＃xff09;作业调度/高级调度&＃xff0c;其主要任务是按一定的原则从外存上处于后备状态的作业中挑选一个或多个作业&＃xff0c;给它分配内存、输入输出设备等必要的资源&＃xff0c;并建立相应的进程&＃xff0c;以使它获得竞争处理机的权利。简言之&＃xff0c;作业调度就是内存与辅存之间的调度。对于每个作业只调入一次、调出一次。
&＃xff08;2&＃xff09;中级调度/内存调度&＃xff0c;其作用是提高内存利用率和系统吞吐量。为此&＃xff0c;应将那些暂时不能运行的进程调至外存等待&＃xff0c;把此时的进程状态称为挂起态。当它们已具备运行条件且内存又稍有空闲时&＃xff0c;由中级调度来决定把外存上的那些已具备运行条件的就绪进程&＃xff0c;再重新调入内存&＃xff0c;并修改其状态为就绪态&＃xff0c;挂在就绪队列上等待。
&＃xff08;3&＃xff09;进程调度/低级调度&＃xff0c;其主要任务是按照某种方法和策略从就绪队列中选取一个进程&＃xff0c;将处理机分配给它。进程调度是操作系统中最基本的一种调度&＃xff0c;在一般的操作系统中都必须配置进程调度。进程调度的频率很高&＃xff0c;一般几十毫秒一次。

调度方式

1.剥夺式/抢占式调度&＃xff1a;立即暂停当前进程&＃xff0c;分配处理机给其他进程&＃xff0c;原则是优先权/短进程优先/时间片原则
2.非剥夺式调度&＃xff1a;若有进程请求执行&＃xff0c;等待当前进程完成或阻塞&＃xff0c;缺点是适用于批处理系统&＃xff0c;不适用分时/实时系统

调度时机

1.进程运行完毕
2.进程时间片用完
3.进程要求I/O操作
4.执行某种原语操作
5.高优先级进程申请运行&＃xff08;剥夺式调度&＃xff09;

调度过程

1.保存镜像&＃xff1a;记录进程现场信息
2.调度算法
3.进程切换
4.处理机回收&＃xff1a;从进程守护处理机

调度算法指标

1.CPU利用率&＃xff1a;忙碌时间/总时间
2.系统吞吐量&＃xff1a;完成作业总数/总时间
3.周转时间 &＃61; 作业完成时间 - 作业提交时间&＃xff0c;注意平均周转时间 &＃61; &＃xff08;作业1的周转时间&＃43;…作业n的周转时间&＃xff09;/n
4.等待时间&＃xff1a;作业等待处理机调度时间
5.响应时间

调度算法

1.先来先服务&＃xff08;FCFS&＃xff09;
内容&＃xff1a;调度作业/就绪队列中最先入队者&＃xff0c;等待操作完成或堵塞
方式&＃xff1a;非抢占式
场合&＃xff1a;作业/进程调度
有利于CPU繁忙型作业&＃xff0c;不利于I/O繁忙型作业&＃xff08;因为I/O是先计算再处理的&＃xff0c;每个阶段不一定调用全部计算机资源&＃xff09;
2.短作业优先&＃xff08;SJF&＃xff09;
内容&＃xff1a;所需服务时间最短的作业/进程优先服务
方式&＃xff1a;非抢占式
场合&＃xff1a;作业/进程调度
平均等待/周转时间最少&＃xff0c;增加系统吞吐量&＃xff0c;长时间周转时间会增加饥饿&＃xff0c;不能保证紧迫任务及时处理
3.高响应比优先调度&＃xff08;HRRN&＃xff09;
内容&＃xff1a;结合上述两种计算响应比&＃xff08;所以本身也有开销&＃xff09;
方式&＃xff1a;非抢占式
场合&＃xff1a;作业/进程调度
响应比&＃xff1a;&＃xff08;等待时间&＃43;服务时间&＃xff09;/服务时间&＃xff0c;>&＃61;1
4.优先级调度&＃xff08;PSA&＃xff09;
内容&＃xff1a;按作业/进程的优先级进行调度
方式&＃xff1a;抢占/非抢占式
场合&＃xff1a;作业/进程调度
优先级设置原则&＃xff1a;静态/动态优先级&＃xff0c;系统>用户&＃xff0c;交互型>非交互型&＃xff0c;I/O型>计算型&＃xff0c;低优先级进程可能会产生“饥饿”&＃xff08;即得不到处理&＃xff09;
5.时间片轮转调度
内容&＃xff1a;按进程到达就绪队列的顺序&＃xff0c;轮流分配时间片执行&＃xff0c;时间用完则剥夺
方式&＃xff1a;抢占式&＃xff0c;由时钟中断确认时间到
场合&＃xff1a;进程调度
用于分时系统&＃xff0c;由系统响应时间、就绪队列进程数量、系统处理能力决定时间片
6.多级反馈队列调度&＃xff08;MFQ&＃xff09;
内容&＃xff1a;按优先级设置多个队列&＃xff0c;优先级高的时间片小&＃xff0c;新进程&＃xff08;第一队列的进程没有完成的&＃xff09;进入下一级队列&＃xff0c;确保每个进程都执行一部分&＃xff0c;不会发生长期没处理的情况。前面的队列不为空&＃xff0c;不执行后续队列进程
方式&＃xff1a;抢占式
场合&＃xff1a;进程调度

补充知识点

1.为什么要进行处理机调度&＃xff1f;
若没有处理机调度&＃xff0c;意味着要等到当前运行的进程执行完毕后&＃xff0c;下一个进程才能执行&＃xff0c;而实际情况中&＃xff0c;进程时常需要等待一些外部设备的输入&＃xff0c;而外部设备的速度与处理机相比是非常缓慢的&＃xff0c;若让处理机总是等待外部设备&＃xff0c;则对处理机的资源是极大的浪费。而引进处理机调度后&＃xff0c;可在运行进程等待外部设备时&＃xff0c;把处理机调度给其他进程&＃xff0c;从而提高处理机的利用率。
2.先来先服务算法和短作业优先算法无法保证及时地接收和处理问题&＃xff0c;因此无法保证在规定的时间间隔内响应每个用户的需求&＃xff0c;也同样无法达到实时操作系统的及时性需求。优先级调度算法按照任务的优先级进行调度&＃xff0c;对于更紧急的任务给予更高的优先级&＃xff0c;适合实时操作系统。高响应比优先调度算法、时间片轮转调度算法、多级反馈队列调度算法都能保证每个任务在一定时间内分配到时间片&＃xff0c;并轮流占用CPU&＃xff0c;适合分时操作系统。
3.CPU繁忙型指的是该类作业需要大量的CPU时间进行计算&＃xff0c;而很少请求I/O操作。I/O繁忙型的作业指的是CPU处理时需频繁地请求I/O操作。