操作系統(tǒng)-第四章處理機(jī)調(diào)度

操作系統(tǒng)-第四章處理機(jī)調(diào)度引言進(jìn)程調(diào)度的基本概念先來先服務(wù)調(diào)度算法最短剩余時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法總結(jié)與展望引言01處理機(jī)調(diào)度是操作系統(tǒng)中用于分配處理機(jī)資源給等待運(yùn)行的進(jìn)程的子系統(tǒng)。其目的是確保所有進(jìn)程都能獲得必要的計(jì)算資源，以完成其任務(wù)。隨著多核處理器和分布式系統(tǒng)的普及，處理機(jī)調(diào)度在提高系統(tǒng)吞吐量、響應(yīng)時(shí)間和資源利用率方面起著越來越重要的作用。目的和背景背景目的調(diào)度算法的分類非搶占式調(diào)度：在這種調(diào)度算法中，一旦一個(gè)進(jìn)程被調(diào)度并分配了處理機(jī)，它將一直運(yùn)行直到完成或主動(dòng)放棄處理機(jī)。常見的非搶占式調(diào)度算法有先來先服務(wù)（FCFS）和最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）。搶占式調(diào)度：在這種調(diào)度算法中，一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程可以被一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程或具有某些屬性的進(jìn)程中斷。常見的搶占式調(diào)度算法有最短剩余時(shí)間優(yōu)先（SRTF）、最高響應(yīng)比優(yōu)先（HRRN）和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）。靜態(tài)調(diào)度：在這種調(diào)度算法中，所有進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)在進(jìn)程到達(dá)時(shí)就已經(jīng)確定，并且在整個(gè)運(yùn)行過程中保持不變。常見的靜態(tài)調(diào)度算法有非搶占式的先來先服務(wù)（FCFS）和搶占式的最高優(yōu)先級(jí)優(yōu)先（HPN）。動(dòng)態(tài)調(diào)度：在這種調(diào)度算法中，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)可能會(huì)隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而改變。常見的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法有最短剩余時(shí)間優(yōu)先（SRTF）、最高響應(yīng)比優(yōu)先（HRRN）和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）。進(jìn)程調(diào)度的基本概念02

進(jìn)程調(diào)度的概念進(jìn)程調(diào)度操作系統(tǒng)根據(jù)一定的調(diào)度算法，將處理機(jī)分配給進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的執(zhí)行。進(jìn)程調(diào)度的目標(biāo)提高處理機(jī)的利用率，減少等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)公平合理的資源分配。進(jìn)程調(diào)度的基本單位時(shí)間片，即分配給進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)度。就緒狀態(tài)阻塞狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)終止?fàn)顟B(tài)進(jìn)程的狀態(tài)01020304進(jìn)程已獲得所需資源，等待分配處理機(jī)。進(jìn)程因等待某個(gè)條件成立而無法繼續(xù)執(zhí)行，需要等待其他進(jìn)程釋放資源。進(jìn)程正在占用處理機(jī)執(zhí)行。進(jìn)程執(zhí)行完畢或因錯(cuò)誤而結(jié)束執(zhí)行。當(dāng)新進(jìn)程被創(chuàng)建時(shí)，操作系統(tǒng)需要為其分配資源，并確定其調(diào)度策略。進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)進(jìn)程切換時(shí)進(jìn)程完成時(shí)當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的時(shí)間片用完或因等待某個(gè)事件而阻塞時(shí)，操作系統(tǒng)需要切換到另一個(gè)就緒狀態(tài)的進(jìn)程。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正常結(jié)束或因某種原因被終止時(shí)，操作系統(tǒng)需要回收其占用的資源。030201進(jìn)程調(diào)度的時(shí)機(jī)先來先服務(wù)調(diào)度算法03

算法描述按照作業(yè)到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)從高到低依次為先來先服務(wù)。當(dāng)一個(gè)作業(yè)等待時(shí)，該算法將按照到達(dá)的順序依次將作業(yè)放入等待隊(duì)列中。當(dāng)處理機(jī)空閑時(shí)，該算法將按照等待隊(duì)列的順序依次取出作業(yè)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，公平性較好，適合用于批處理系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)效率較低，因?yàn)槎套鳂I(yè)等待長(zhǎng)作業(yè)完成，可能導(dǎo)致資源利用率不高。缺點(diǎn)算法優(yōu)缺點(diǎn)適用于作業(yè)長(zhǎng)短差異不大，且到達(dá)時(shí)間比較均勻的情況。適用場(chǎng)景對(duì)于短作業(yè)較多的情況，該算法可能會(huì)導(dǎo)致資源利用率不高，因此不適合使用。不適用場(chǎng)景適用場(chǎng)景最短剩余時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法04按照進(jìn)程剩余運(yùn)行時(shí)間來決定調(diào)度順序，剩余時(shí)間最短的進(jìn)程優(yōu)先獲得處理器。算法基本思想每次調(diào)度時(shí)，選擇剩余時(shí)間最短的進(jìn)程，將其加入就緒隊(duì)列頭部，并更新其剩余時(shí)間。算法實(shí)現(xiàn)剩余時(shí)間包括進(jìn)程到達(dá)時(shí)間和等待時(shí)間之和，因此需要考慮進(jìn)程到達(dá)時(shí)間和等待時(shí)間的變化。考慮因素算法描述優(yōu)點(diǎn)能夠快速地完成短作業(yè)，減少平均等待時(shí)間，提高系統(tǒng)吞吐量。缺點(diǎn)對(duì)于長(zhǎng)作業(yè)可能會(huì)產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象，因?yàn)槎套鳂I(yè)會(huì)不斷搶占處理器，導(dǎo)致長(zhǎng)作業(yè)等待時(shí)間增加。算法優(yōu)缺點(diǎn)適用場(chǎng)景適用于短作業(yè)環(huán)境，如批處理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)等。不適用場(chǎng)景對(duì)于長(zhǎng)作業(yè)較多的環(huán)境，如分時(shí)系統(tǒng)，可能會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)作業(yè)等待時(shí)間過長(zhǎng)，影響系統(tǒng)性能。適用場(chǎng)景優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法05總結(jié)詞01靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法是在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，該優(yōu)先級(jí)在整個(gè)運(yùn)行期間保持不變。詳細(xì)描述02靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法根據(jù)進(jìn)程的性質(zhì)、緊迫程度和重要性等因素，在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)。該優(yōu)先級(jí)決定了進(jìn)程的執(zhí)行順序，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程將優(yōu)先獲得處理機(jī)。適用場(chǎng)景03靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法適用于確定性的、可預(yù)測(cè)的場(chǎng)景，例如批處理系統(tǒng)、某些實(shí)時(shí)系統(tǒng)等。靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法總結(jié)詞動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法是根據(jù)進(jìn)程的行為和需求動(dòng)態(tài)調(diào)整其優(yōu)先級(jí)。詳細(xì)描述動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法根據(jù)進(jìn)程的資源需求、I/O等待時(shí)間、CPU使用情況等因素，動(dòng)態(tài)地調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。這種算法能夠更好地適應(yīng)變化的情況，提高系統(tǒng)的吞吐量和響應(yīng)時(shí)間。適用場(chǎng)景動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法適用于交互式系統(tǒng)和許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況和用戶的需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法算法優(yōu)缺點(diǎn)與適用場(chǎng)景簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法相對(duì)簡(jiǎn)單，容易在操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)?？深A(yù)測(cè)性對(duì)于高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，可以預(yù)測(cè)其執(zhí)行順序，有助于滿足緊迫性和重要性的需求。適用于不同性質(zhì)進(jìn)程：優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法可以適用于不同性質(zhì)和需求的進(jìn)程，根據(jù)其重要性和緊迫程度進(jìn)行調(diào)度。算法優(yōu)缺點(diǎn)與適用場(chǎng)景可能導(dǎo)致饑餓如果系統(tǒng)中存在大量高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間得不到執(zhí)行，導(dǎo)致饑餓問題。不利于系統(tǒng)資源的均衡利用高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用處理機(jī)，導(dǎo)致其他進(jìn)程等待時(shí)間過長(zhǎng)，不利于系統(tǒng)資源的均衡利用。算法優(yōu)缺點(diǎn)與適用場(chǎng)景難以確定合適的優(yōu)先級(jí)：確定進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)需要一定的經(jīng)驗(yàn)和判斷力，而且隨著系統(tǒng)負(fù)載和需求的不斷變化，可能需要頻繁調(diào)整優(yōu)先級(jí)。算法優(yōu)缺點(diǎn)與適用場(chǎng)景靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法適用于批處理系統(tǒng)，可以根據(jù)作業(yè)的性質(zhì)和重要程度為其分配不同的優(yōu)先級(jí)。批處理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法適用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)，可以根據(jù)任務(wù)的時(shí)間要求和緊迫程度動(dòng)態(tài)調(diào)整其優(yōu)先級(jí)，確保關(guān)鍵任務(wù)的及時(shí)完成。實(shí)時(shí)系統(tǒng)算法優(yōu)缺點(diǎn)與適用場(chǎng)景多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法06定義多個(gè)就緒隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列具有不同的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的隊(duì)列具有更高的調(diào)度優(yōu)先級(jí)。如果所有隊(duì)列都為空，則調(diào)度程序會(huì)等待直到有進(jìn)程到達(dá)或某個(gè)隊(duì)列中的進(jìn)程變得可運(yùn)行。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程釋放處理器時(shí)，調(diào)度程序首先檢查最高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列是否為空。如果為空，則調(diào)度程序會(huì)檢查次高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，依此類推。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程從等待狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)時(shí)，它將被移到相應(yīng)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的末尾。算法描述算法優(yōu)缺點(diǎn)可以根據(jù)進(jìn)程的緊迫程度和重要程度來動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)先級(jí)，從而提高系統(tǒng)的吞吐量和響應(yīng)時(shí)間。優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，需要維護(hù)多個(gè)就緒隊(duì)列，并且需要頻繁地移動(dòng)進(jìn)程，增加了系統(tǒng)開銷。缺點(diǎn)0102適用場(chǎng)景該算法特別適用于那些需要處理不同優(yōu)先級(jí)和緊急程度的任務(wù)，如實(shí)時(shí)系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)等。多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法適用于需要處理大量并發(fā)進(jìn)程且對(duì)系統(tǒng)性能要求較高的場(chǎng)景，如服務(wù)器、大型計(jì)算機(jī)等?？偨Y(jié)與展望07按照進(jìn)程到達(dá)的順序進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)相同的情況下，等待時(shí)間最長(zhǎng)的進(jìn)程最先獲得處理機(jī)。先來先服務(wù)（FCFS）最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）優(yōu)先級(jí)調(diào)度多級(jí)反饋隊(duì)列優(yōu)先調(diào)度預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的進(jìn)程，以減少平均等待時(shí)間。根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程優(yōu)先獲得處理機(jī)。將進(jìn)程按照到達(dá)時(shí)間和優(yōu)先級(jí)放入不同的隊(duì)列中，按照隊(duì)列的順序進(jìn)行調(diào)度。調(diào)度算法的總結(jié)未來研究方向自適應(yīng)調(diào)度根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載和資源使用情況動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度策略，以實(shí)現(xiàn)更好的性能和響應(yīng)時(shí)