操作系统期末复习——第五章 CPU调度

第五章 CPU调度

1.基本概念

• I/O为主的程序里短CPU区间较多
• CPU为主的程序里长CPU区间较少

非抢占调度/抢占调度

CPU调度程序

调度可能发生的时间：

• 进程终止
• 进程进入就绪队列
• 进程从运行态到就绪态，从运行态到阻塞态，从阻塞态到就绪态

2.调度准则

1. CPU使用率
2. 吞吐量：单位时间完成的进程量
3. 周转时间：进程从就绪到结束的时间
4. 等待时间：周转时间 - 运行时间
5. 响应时间：从提交到响应的时间

3.调度算法

3.1先到先服务调度（FCFS）

先进就绪队列的进程先占用处理器

非抢占式算法，不会导致饥饿

优点：

1. 公平
2. 算法简单

缺点：

1. 护航效应，对短作业/进程不利

护航效果：所有小进程等待一个大进程释放CPU

• 大进程：CPU区间长，I/O区间短
• 小进程：CPU区间短，I/O区间短

3.2最短作业优先调度（SJF）

选择CPU区间长度最短的进程，这里的CPU区间是进程的剩余CPU区间

可分为非抢占调度和抢占调度，可能导致饥饿

优点：

1. 对于给定的一组进程，SJF在平均等待时间上最优

缺点：

1. 不公平，对短进程有利，可能导致长进程饥饿。
2. 进程的运行时间由用户提供，不一定能真正做到短作业优先

3.3优先级调度

每个进程都有优先级，数字越小优先级越高，优先级高者先执行

最短作业优先调度是优先级调度算法，进程优先级与CPU剩余区间长度成反比

分为抢占式优先级调度和非抢占式优先级调度

优点：

1. 区分优先级，适用于实时调度系统

缺点：

1. 可能导致饥饿

解决方案：

• 老化（aging）随等待时间增长，进程优先级增加
• 注意：低优先级进程释放后再次进入队列，其优先级为初始优先级而非老化后的优先级

3.4（时间片）轮转法调度

赋予进程时间片，每个进程只能在给定时间片长度内占用处理器，时间结束重新进入就绪队列尾部

时间片结束时仍未执行完的进程会被强制中断，故为抢占式调度方法

优点：

1. 公平，响应快，适用于分时操作系统

缺点：

1. 平凡切换有一定系统开销
2. 不会区分任务紧急度

时间片大小的确定的问题：

• 时间片太大与相同先到先服务相同
• 时间片太小切换频繁负载重（如果切换时间约为时间片的10%，那么10%的CPU时间会浪费在切换上）

时间片的确定：

• 通常，如果绝大多数进程能在一个时间片内执行完毕，则平均周转时间会改善
• 根据经验，时间片应大于80%进程的CPU区间

3.5多级队列调度

有多个就绪队列，每个队列右自己的调度算法，并提供队列间调度机制

• 队列内采用的调度机制
• 队列间调度机制：
  • 固定优先级抢占调度（例：前后台，开销低，缺乏灵活性）
  • 队列间划分时间片

这里我们主要考虑以下调度机制：

• 每个队列间划分优先级，队内采用时间片轮换调度
• 优先级高的队列，其队内时间片短
• 进程先进入优先级最高的队列内，如果在该队列内一个时间片没有执行完毕，则退出该队列，进入优先级次之的队列内
• 如果在优先级最低的队列内一个时间片还未执行完毕，该进程继续进入优先级最低的队列
• 若进程在时间片内执行时被中断，则重新进入刚才的队列

以上调度算法为抢占式调度，会导致饥饿

优点：

1. 相对公平，中庸之道
2. 响应时间快
3. 短进程很快就能执行完毕
4. 不用估计进程运行时间
5. 可以灵活调整队列调度算法

缺点：

1. 可能导致饥饿

4.多处理器调度

• 对称多处理：每个处理器有自己的调度算法，不允许处理期间移动
• 非对称多处理：只有一个处理器进行调度任务，允许处理器之间移动

处理器亲和性：

1. 软亲和性：允许处理器间移动
2. 硬亲和性：不允许处理器间移动

负载平衡：保持所有处理器工作负载平衡，推/拉

5.线程调度

区分用户线程和内核线程，多线程系统的调度对象是线程

PCS：进程范围竞争，竞争发生在相同进程的线程之间，根据优先级完成（优先级由程序员给定）

SCS：系统竞争范围，竞争发生在系统所有线程之间

6.实时调度

实时系统中的进程有截止时间要求，进程要在截止时间前被执行完成，有截止时间的进程称为实时任务

1. 硬实时系统：必须按时结束任务
2. 软实时系统：可以适当超过时间