[os] 处理机调度

最新推荐文章于 2022-04-06 17:09:50 发布

qianye_97

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分类专栏：操作系统

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	要做什么	调度发生在	发生频率	对进程状态的影响
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（或者是阻塞挂起->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

由于内存空间有限，有时无法将用户提交的作业全部放入内存，因此就需要确定某种规则来决定将作业调入内存的顺序。

引入了虚拟存储技术之后，可将暂时不能运行的进程调至外存等待。等它重新具备了运行条件且内存又稍有空闲时，再重新调入内存，提高内存利用率和系统吞吐量。

暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态。值得注意的是，PCB并不会一起调到外存，而是会常驻内存。PCB中会记录进程数据在外存中的存放位置，进程状态等信息，操作系统通过内存中的PCB来保持对各个进程的监控、管理。被挂起的进程PCB会被放到的挂起队列中。

一个进程可能会被多次调出、调入内存，因此中级调度发生的频率要比高级调度更高。

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，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，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，一般几十毫秒一次。

在这里插入图片描述

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

CPU利用率：指CPU “忙碌”的时间占总时间的比例。
系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量
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。
- 平均周转时间=各作业周转时间之和 / 作业数
- 带权周转时间=作业周转时间 / 作业实际运行的时间
- 平均带权周转时间=各作业带权周转时间之和 / 作业数
等待时间，指进程或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。
响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

适合长作业和CPU繁忙型作业（需要大量的CPU时间进行计算的作业）的调度，但不利于短作业，因为短作业必须一直等待前面的长作业执行完毕才能执行，造成了短作业等待时间过长。

适合短作业。该算法对长作业不利。完全未考虑作业的紧迫程度，不能保证紧迫性作业（进程）会被及时处理。

非抢占式优先权算法：系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后，该进程便一直执行下去，直至完成；或因发生某件事件使该进程放弃处理机时，系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。
抢占式优先权算法：在其执行期间又出现了另一个其优先权更高的进程，进程调度程序就立即停止当前进程的执行，重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。
高响应比优先调度算法：HRRN为每个作业引入动态优先权，使作业的优先级随着等待时间的增加而提高：优先权 =（等待时间+要求服务时间)/要求服务时间= 响应时间 / 要求服务时间。

如何设置优先级

时间片轮转法：系统将所有的就绪进程按先来先服务（FCFS）的原则排成一个队列，每次调度时，把CPU分配给队首进程，并令其执行一个时间片。当执行的时间片用完时进程中断，并将它送往就绪队列的末尾。
多级反馈队列调度算法（公认的较好的进程调度算法）：设置多个就绪队列，并为各个队列设置不同的优先级。优先级依次降低。每个队列中进程的时间片大小也各不相同，在优先权越高的队列中，每个进程所规定的执行时间片就越小，后面的队列时间片就比上一个队列时间片长一倍。当一个进程进来时，先放入第一队列末尾，如果在时间片内没有执行完，就下放到第二个队列末尾，依次类推……。仅当第1~（i-1）队列均空闲时，才会调度第i队列中的进程运行。当有高于当前运行的进程进入时，系统将抢占当前进程时间片，将其放入他原来在的队列尾而不是下一层队列，让高优先级程序先运行。