操作系统概念（第七版）—— 第五章：CPU调度

目录

CPU-I/O 区间周期

CPU程序调度

抢占调度

分派程序

调度准则

调度算法

先到先服务调度算法

最短作业优先调度（shortest-job-first scheduling，SJF）

优先级调度算法（priority scheduling algorithm）

轮转法调度（round-robin，RR）

多级反馈队列调度（Multilevel Feedback-Queue Scheduling）

多处理器调度（Multiple-Processor Scheduling）

多处理器调度方法

处理器亲和性

负载平衡（load balancing）

对称多线程

线程调度

竞争范围

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具有多道程序设计的操作系统必须有CPU调用这一机制。通过在进程之间切换 CPU ，操作系统可以提高计算机的执行效率。 如果某个操作系统支持线程，那么该系统的系统调度操作的是内核线程，而不是进程。
 

CPU调度：单处理器系统每次只允许一个进程运行，多道程序是为了是的CPU在任何时候都有某些进程运行，以使得CPU使用率最大化，采用的方式是当一个进程必须等待时，操作系统会从该进程拿走CPU使用权，将CPU使用权交给其他进程； 

 

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CPU-I/O 区间周期

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CPU调度的成功与否取决于进程是否观察到的以下属性:

• 进程执行包括一个CPU执行周期和I/O等待。
•  进程在这两种状态之间切换。

一个进程的执行是从CPU区间（CPU burst）开始，然后是I/O区间（I/O burst）。接着是另外一个CPU区间，在然后是另外一个I/O区间，如此进行下去，最终，最后的CPU区间通过系统请求中止执行。

经过大量的CPU区间的长度测试。发现具有大量短CPU区间和少量长CPU区间。I/O约束程序通常具有很多短CPU区间。CPU约束程序可能有少量的长CPU区间。这种分布有助于选择合适的CPU调度算法。

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CPU程序调度

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每当CPU空闲时，操作系统就必须从就绪队列中（75P）选择一个进程来执行。进程选择是由短期调度程序（short-term scheduler）或CPU调度程序（77P）从内存中准备执行的进程中选择一个能够执行的进程，并为之分配CPU。

 

就绪队列不必是先进先出（FIFO）队列，也可为优先队列、树或简单的无序链表。不过队列中所有的进程都要排队以等待在CPU上运行。记录队列中的进程通常为进程控制块（PCB）。

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抢占调度

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CPU调度的决策在下列情况下会发生：

• 当一个进程从运行切换到等待状态（如：I/O请求，或者调用wait等待一个子进程的终止）
• 当一个进程从运行状态切换到就绪状态（如：出现中断）
• 当一个进程从等待状态切换到就绪状态（如：I/O完成）
• 当一个进程终止时

对于第1和4两种情况，没有选择而只有调度。一个新进程（如果就绪队列中已有一个进程存在）必须被选择执行。对于第２和第３两种情况，可以进行选择。

当调度只能发生在第1和4两种情况下时，称调度是非抢占的（nonpreemptive）或协作的（cooperative）；否则，称调度方案为抢占的（preemptive）。如果采用非抢占调度，一旦CPU分配给一个进程，那么该进程会一直使用CPU直到进程终止或切换到等待状态。

不幸的是，抢占调度对访问共享数据是有代价（如加锁）的，需要新的机制来协调对共享数据的访问。

 

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分派程序

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分派程序（dispatch）是一个模块，用来将CPU的控制交给由短期调度程序选择的进程。

其功能包括：

• 切换上下文
• 切换到用户模式
• 跳转到用户程序的合适位置，以重新启动程序。

分派程序停止一个进程而启动另一个所花的时间成为分派延迟（dispatch latency）。

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