第5篇 处理机管理.ppt

第五章 处理机管理 5.1 引言 5.2 调度算法 5.3 调度算法性能分析 5.4 实时调度 5.5 多处理机调度 5.6 调度算法举例 5.1 引言 5.1.1 调度的类型(scheduling) 5.1.2 调度的性能准则 5.1.3 进程调度 5.1.1 调度的类型(scheduling) 作业：又称为宏观调度、高级调度。从用户工作流程的角度，一次提交的若干个流程，其中每个程序按照进程调度。时间上通常是分钟、小时或天。 内外存交换：又称为中级调度。从存储器资源的角度。将进程的部分或全部换出到外存上，将当前所需部分换入到内存。指令和数据必须在内存里才能被CPU直接访问。 进程或线程：又称为微观调度、低级调度。从CPU资源的角度，执行的单位。时间上通常是毫秒。因为执行频繁，要求在实现时达到高效率。 2. 按照调度的时间周期 长期(long-term)：将进程投入允许执行进程缓冲池中，或送到退出进程缓冲池中。进程状态：New－Ready suspend, Running －Exit 中期(medium-term)：将进程的部分或全部加载到内存中。进程状态：Ready －Ready suspend, Blocked －Blocked suspend 短期(short-term)：选择哪个进程在处理机上执行。进程状态：Ready －Running I/O调度：选择哪个I/O等待进程，使其请求可以被空闲的I/O设备进行处理。 3. 按照OS的分类 批处理调度－－应用场合：大中型主机集中计算，如工程计算、理论计算（流体力学） 分时调度、实时调度：通常没有专门的作业调度 多处理机调度 5.1.2 调度的性能准则 周转时间：作业从提交到完成（得到结果）所经历的时间。包括：在收容队列中等待，CPU上执行，就绪队列和阻塞队列中等待，结果输出等待－－批处理系统 平均周转时间T 平均带权周转时间（带权周转时间W是 T(周转)/T(CPU执行)〕 响应时间：用户输入一个请求（如击键）到系统给出首次响应（如屏幕显示）的时间－－分时系统 截止时间：开始截止时间和完成截止时间－－实时系统，与周转时间有些相似。 公平性：不因作业或进程本身的特性而使上述指标过分恶化。如长作业等待很长时间。 优先级：可以使关键任务达到更好的指标。 2. 面向系统的调度性能准则 吞吐量：单位时间内所完成的作业数，跟作业本身特性和调度算法都有关系－－批处理系统 平均周转时间不是吞吐量的倒数，因为并发执行的作业在时间上可以重叠。如：在2小时内完成4个作业，而每个周转时间是1小时，则吞吐量是2个作业/小时 处理机利用率：－－大中型主机 各种设备的均衡利用：如CPU繁忙的作业和I/O繁忙（指次数多，每次时间短）的作业搭配－－大中型主机 5.1.3 进程调度 功能：调度程序(dispatcher) 记录所有进程的运行状况（静态和动态） 当进程出让CPU或调度程序剥夺执行状态进程占用的CPU时，选择适当的进程分派CPU 完成上下文切换 进程的上下文切换过程： 用户态执行进程A代码－－进入OS核心（通过时钟中断或系统调用） 保存进程A的上下文，恢复进程B的上下文（CPU寄存器和一些表格的当前指针） 用户态执行进程B代码 注：上下文切换之后，指令和数据快速缓存cache通常需要更新，执行速度降低 5.2 调度算法 5.2.1 先来先服务 5.2.2 短作业优先 5.2.3 时间片轮转算法 5.2.4 多级队列算法 5.2.5 优先级算法 5.2.6 多级反馈队列算法 5.2.1 先来先服务(FCFS, First Come First Service) 按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派CPU； 当前作业或进程占用CPU，直到执行完或阻塞，才出让CPU（非抢占方式）。 在作业或进程唤醒后（如I/O完成），并不立即恢复执行，通常等到当前作业或进程出让CPU。最简单的算法。 2. FCFS的特点 比较有利于长作业，而不利于短作业。 有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O繁忙的作业。 5.2.2 短作业优先(SJF, Shortest Job First) 2. SJF的特点 优点： 比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业的等待时间； 提高系统的吞吐量； 缺点： 对长作业非常不利，可能长时间得不到执行； 未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级； 难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调度性能。 3. SJF的变型 最短剩余时间优先SRT(Shortest Remaining Time) 允许比当前进程剩余时间更短的进程来抢占 最高响应比优先HRRN(Highest Response Ratio Next) 响应比R = (等待时间 + 要求执行时间) / 要