调度基础
处理机调度的基本概念、层次
调度
当有一堆任务要处理,但由于资源有限,这些事情没法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理，这些任务的顺序,这就是“调度”研究的问题
在多道程序系统中,进程的数量往往是多于处理机的个数的,这样不可能同时并行地处理各个进程
处理机调度,就是从就绪队列中按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行,以实现进程
调度的三个层次
高级调度
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
高级调度(作业调度)。按一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个(或多个)作业
给他们分配内存等必要资源,并建立相应的进程(建立PCB),以使它(们)获得竟争处理机的权利
高级调度是辅存(外存)与内存之间的调度。每个作业只调入一次,调出一次。作业调入时会建
立相应的PCB,作业调出时才撤销PCB。高级调度主要是指调入的问题,因为只有调入的时机需要
操作系统来确定,但调出的时机必然是作业运行结東才调出
中级调度
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
这么做的目的是为了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。
中级调度(内存调度),就是要决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存
进程的挂起状态与七状态模型
暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态(挂起态)
挂起态又可以进一步分为就绪挂起、阻塞挂起两种状态
进程的5状态模型
七状态模型
挂起和阻塞的区别
两种状态都是暂时不能获取cpu的服务，但挂起态是将进程映像调到外存去，而阻塞态下进程映像还在内存中
有的操作系统会把就绪挂起、阻塞挂起分为两个挂起队列,甚至会根据阻塞原因不同再把阻塞挂起进程进一步细分为多个队列。
底层调度
低级调度(进程调度),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
三层调度的联系和对比
进程调度的时机
认识
进程调度（低级调度
按照某种算法从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机
什么时候需要和切换进程
不能进此调度与切换的情况
进程在操作系统内核程序临界区中不能进程调度和切换
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，e：进程的就绪队列（由各就绪进程的pcb组成
如果还没退出临界区(还没解锁)就进行进程调度,但是进程调度相关的程序也需要访问就绪队列但此时就绪队列被锁住了,因此又无法顺利进行进程调度
内核程序临界区访问的临界资源如果不尽快释放的话,极有可能影响到操作系统内核的其他管理工作。因此在访问内核程序临界区期间不能进行调度与切换
在打印机打印完成之前,进程一直处于临界区内,临界资源不会解锁。但打印机又是慢速设备,此时如果一直不允许进程调度的话就会导致CPU一直空闲
普通临界区访问的临界资源不会直接影响操作统内核的管理工作。因此在访问普通临界区时可以进行调度与切换
在有的系统中，只允许系统主动的放弃处理机
有的系统中，进程可以主动放弃处理机，但有更紧急的任务需要处理时，也会强行剥离处理机（被动放弃
进程在普通临界区是可以切换、调度的
进程调度的方式
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，系统开销小但无法及时处理紧急任务，适合早期的批处理系统
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
进程的切换与过程
“狭义的进程调度”与“进程切换”的区别:
狭义的进程调度指的是从就绪队列中选择一个要运行的进程（这个进程可以是刚被暂停执行的进程，也可能是另一个进程，后一种情况需要进程切换）
进程切换是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
进程切换主要完成了：
1.对原来运行进程各种数据的保存
2.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)
进程切换有代价的，如果过于频繁的进行进程调度、切换，必会整个系统的效率降低。使大部分时间花在了进程切换上，而真正用于执行进程的时间减少
调度算法的评价标准
CPU利用率
忙碌的时间/总时间
指的是CPU忙碌的时间占总时间的比例
系统吞吐量
表示单位时间内完成作业的数量
总共完成了多少道作业/总共花了多长时间
单位：道/秒
周转时间
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
包含四个部分
- 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
后三项在一个作业整个处理过程中，可能发生多次
（作业）周转时间=作业的完成时间---作业的提交时间 对用户来说，关心的是自己的单个作业的周转时间
平均周转时间=各作业周转时间之和/作业数 对操作系统来说，关心的是整体表现，更关心所有作业周转时间的平均值
带权周转时间=作业的周转时间/作业实际运行的时间=作业完成时间-作业提交时间/作业实际运行的时间
对于周转时间相同的两个作业,实际运行时间长的作业在相同时间内被服务的时间更多带权周转时间更小,用户满意度更高。
对于实际运行时间相同的两个作业,周转时间短的带权周转时间更小,用户满意度更高。
带权周转时间>=1
带权周转时间与周转时间都是越小越好
平均周转时间=各作业带权周转时间之和/作业数
等待时间
指的是进程/作业处于等待处理状态时间之和,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
一个作业总共需要被CPU服务多久,I/O设备服务多久一般是确定不变的,因此调度算法其实只会影响作业/进程的等待时间。当然,与前面指标类似,也有“平均等待时间”来评价整体性能
响应时间
用户从提交到首次产生响应所用的时间
