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第五章 处理机管理ppt课件
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
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