操作系統(tǒng)-第四章處理機調(diào)度

操作系統(tǒng)-第四章處理機調(diào)度引言進(jìn)程調(diào)度的基本概念先來先服務(wù)調(diào)度算法最短剩余時間優(yōu)先調(diào)度算法優(yōu)先級調(diào)度算法多級反饋隊列調(diào)度算法總結(jié)與展望引言01處理機調(diào)度是操作系統(tǒng)中用于分配處理機資源給等待運行的進(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，處理機調(diào)度在提高系統(tǒng)吞吐量、響應(yīng)時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，一旦一個進(jìn)程被調(diào)度并分配了處理機，它將一直運行直到完成或主動放棄處理機。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，一個正在運行的進(jìn)程可以被一個更高優(yōu)先級的進(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間優(yōu)先（SRTF）、最高響應(yīng)比優(yōu)先（HRRN）和時間片輪轉(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)先級在進(jìn)程到達(dá)時就已經(jīng)確定，并且在整個運行過程中保持不變。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)先級優(yōu)先（HPN）。動態(tài)調(diào)度：在這種調(diào)度算法中，進(jìn)程的優(yōu)先級可能會隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而改變。常見的動態(tài)調(diào)度算法有最短剩余時間優(yōu)先（SRTF）、最高響應(yīng)比優(yōu)先（HRRN）和時間片輪轉(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，將處理機分配給進(jìn)程，以實現(xiàn)進(jìn)程的執(zhí)行。進(jìn)程調(diào)度的目標(biāo)提高處理機的利用率，減少等待時間，實現(xiàn)公平合理的資源分配。進(jìn)程調(diào)度的基本單位時間片，即分配給進(jìn)程的執(zhí)行時間長度。就緒狀態(tài)阻塞狀態(tài)運行狀態(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。進(jìn)程因等待某個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)程正在占用處理機執(zhí)行。進(jìn)程執(zhí)行完畢或因錯誤而結(jié)束執(zhí)行。當(dāng)新進(jìn)程被創(chuàng)建時，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)建時進(jìn)程切換時進(jìn)程完成時當(dāng)一個進(jìn)程的時間片用完或因等待某個事件而阻塞時，操作系統(tǒng)需要切換到另一個就緒狀態(tài)的進(jìn)程。當(dāng)一個進(jìn)程正常結(jié)束或因某種原因被終止時，操作系統(tǒng)需要回收其占用的資源。030201進(jìn)程調(diào)度的時機先來先服務(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)先級從高到低依次為先來先服務(wù)。當(dāng)一個作業(yè)等待時，該算法將按照到達(dá)的順序依次將作業(yè)放入等待隊列中。當(dāng)處理機空閑時，該算法將按照等待隊列的順序依次取出作業(yè)進(jìn)行處理。實現(xiàn)簡單，公平性較好，適合用于批處理系統(tǒng)。優(yōu)點效率較低，因為短作業(yè)等待長作業(yè)完成，可能導(dǎo)致資源利用率不高。缺點算法優(yōu)缺點適用于作業(yè)長短差異不大，且到達(dá)時間比較均勻的情況。適用場景對于短作業(yè)較多的情況，該算法可能會導(dǎo)致資源利用率不高，因此不適合使用。不適用場景適用場景最短剩余時間優(yōu)先調(diào)度算法04按照進(jìn)程剩余運行時間來決定調(diào)度順序，剩余時間最短的進(jìn)程優(yōu)先獲得處理器。算法基本思想每次調(diào)度時，選擇剩余時間最短的進(jìn)程，將其加入就緒隊列頭部，并更新其剩余時間。算法實現(xiàn)剩余時間包括進(jìn)程到達(dá)時間和等待時間之和，因此需要考慮進(jìn)程到達(dá)時間和等待時間的變化?？紤]因素算法描述優(yōu)點能夠快速地完成短作業(yè)，減少平均等待時間，提高系統(tǒng)吞吐量。缺點對于長作業(yè)可能會產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象，因為短作業(yè)會不斷搶占處理器，導(dǎo)致長作業(yè)等待時間增加。算法優(yōu)缺點適用場景適用于短作業(yè)環(huán)境，如批處理系統(tǒng)、實時系統(tǒng)等。不適用場景對于長作業(yè)較多的環(huán)境，如分時系統(tǒng)，可能會導(dǎo)致長作業(yè)等待時間過長，影響系統(tǒng)性能。適用場景優(yōu)先級調(diào)度算法05總結(jié)詞01靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法是在進(jìn)程創(chuàng)建時分配一個優(yōu)先級，該優(yōu)先級在整個運行期間保持不變。詳細(xì)描述02靜態(tài)優(yōu)先級調(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)建時分配一個優(yōu)先級。該優(yōu)先級決定了進(jìn)程的執(zhí)行順序，優(yōu)先級高的進(jìn)程將優(yōu)先獲得處理機。適用場景03靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法適用于確定性的、可預(yù)測的場景，例如批處理系統(tǒng)、某些實時系統(tǒng)等。靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法總結(jié)詞動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法是根據(jù)進(jìn)程的行為和需求動態(tài)調(diào)整其優(yōu)先級。詳細(xì)描述動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法根據(jù)進(jìn)程的資源需求、I/O等待時間、CPU使用情況等因素，動態(tài)地調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級。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)時間。適用場景動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法適用于交互式系統(tǒng)和許多實時系統(tǒng)，因為它可以根據(jù)系統(tǒng)的實際情況和用戶的需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法算法優(yōu)缺點與適用場景簡單易實現(xiàn)優(yōu)先級調(diào)度算法相對簡單，容易在操作系統(tǒng)中實現(xiàn)?？深A(yù)測性對于高優(yōu)先級的進(jìn)程，可以預(yù)測其執(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)缺點與適用場景可能導(dǎo)致饑餓如果系統(tǒng)中存在大量高優(yōu)先級的進(jìn)程，低優(yōu)先級的進(jìn)程可能會長時間得不到執(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)先級的進(jìn)程可能會長時間占用處理機，導(dǎo)致其他進(jìn)程等待時間過長，不利于系統(tǒng)資源的均衡利用。算法優(yōu)缺點與適用場景難以確定合適的優(yōu)先級：確定進(jìn)程的優(yōu)先級需要一定的經(jīng)驗和判斷力，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。算法優(yōu)缺點與適用場景靜態(tài)優(yōu)先級調(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。批處理系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法適用于實時系統(tǒng)，可以根據(jù)任務(wù)的時間要求和緊迫程度動態(tài)調(diào)整其優(yōu)先級，確保關(guān)鍵任務(wù)的及時完成。實時系統(tǒng)算法優(yōu)缺點與適用場景多級反饋隊列調(diào)度算法06定義多個就緒隊列，每個隊列具有不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的隊列具有更高的調(diào)度優(yōu)先級。如果所有隊列都為空，則調(diào)度程序會等待直到有進(jìn)程到達(dá)或某個隊列中的進(jìn)程變得可運行。當(dāng)一個進(jìn)程釋放處理器時，調(diào)度程序首先檢查最高優(yōu)先級隊列是否為空。如果為空，則調(diào)度程序會檢查次高優(yōu)先級隊列，依此類推。當(dāng)一個進(jìn)程從等待狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)時，它將被移到相應(yīng)優(yōu)先級隊列的末尾。算法描述算法優(yōu)缺點可以根據(jù)進(jìn)程的緊迫程度和重要程度來動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級，從而提高系統(tǒng)的吞吐量和響應(yīng)時間。優(yōu)點實現(xiàn)復(fù)雜度高，需要維護(hù)多個就緒隊列，并且需要頻繁地移動進(jìn)程，增加了系統(tǒng)開銷。缺點0102適用場景該算法特別適用于那些需要處理不同優(yōu)先級和緊急程度的任務(wù)，如實時系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)等。多級反饋隊列調(diào)度算法適用于需要處理大量并發(fā)進(jìn)程且對系統(tǒng)性能要求較高的場景，如服務(wù)器、大型計算機等?？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)先級相同的情況下，等待時間最長的進(jìn)程最先獲得處理機。先來先服務(wù)（FCFS）最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）優(yōu)先級調(diào)度多級反饋隊列優(yōu)先調(diào)度預(yù)計運行時間最短的進(jìn)程，以減少平均等待時間。根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級高的進(jìn)程優(yōu)先獲得處理機。將進(jìn)程按照到達(dá)時間和優(yōu)先級放入不同的隊列中，按照隊列的順序進(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態(tài)調(diào)整調(diào)度策略，以實現(xiàn)更好的性能和響應(yīng)時