操作系统（处理器管理）.ppt

多处理器调度与调度算法 进程调度算法不是关注的重点 多处理器调度主要是线程调度 几个典型的调度算法 负载共享调度算法 群调度算法 处理器专派调度算法 动态调度算法 负载共享调度算法 基本思想： 进程并不分配给一个特定的处理器，系统维护一个全局的就绪线程队列，当某个处理器空闲时，就选择一个就绪线程占有处理器运行。 CPU1 CPU2 CPU1 … 全局就绪线程队列 负载共享调度算法 优点： 把负载均匀分派到所有可用的处理器，保证了处理器的高效率 不需要一个集中的调度程序 运行进程的选择可以采用各种可行的策略 先来先服务、最少线程数优先、有剥夺的最少线程数优先 缺点： 就绪线程队列必须互斥访问，可能成为性能瓶颈 被抢占的线程很难在同一个处理器恢复执行，处理器高速缓存的恢复带来性能的下降 线程间没有优先级差别 群调度算法 基本思想： 把一组进程在同一时间一次性调度到一组处理器上运行。 优点： 当紧密相关的进程同时执行时，同步造成的等待将减少，进程切换也相应减少，提高系统运行效率 由于是一次调度一组进程，调度的代价减少 处理器专派调度算法 基本思想： 给一个应用专门指派一组处理器，一旦一个应用被调度，它的每个线程被分配一个处理器并一直占有该处理器，直到整个应用运行结束。 特点： 仅考虑单个应用的执行效率，不考虑处理器的利用率 动态调度算法 基本思想： 由操作系统和应用进程共同完成调度。 操作系统负责在应用进程间划分处理器，应用进程自主决定其内部线程的执行情况 处理器调度 主要内容： 挑选作业进入内存 在进程之间分配处理器时间 处理调度细可分为： 高级调度，作业管理（用户接口） 中级调度，决定作业（进程）进入内存 低级调度，决定作业（进程）占用处理器 处理器调度层次示意 中级调度 新建态 挂起就绪态 挂起等待态 高级调度 低级调度 运行态 就绪态 等待态 终止态 处理器调度模型 CPU 提交 指派 就绪队列 超时 挂起就绪队列 等待队列 等待事件 事件出现 低级调度 高级调度 挂起等待队列 中级调度 中级调度 高级调度 又称作业调度、长程调度 多道批处理系统中的主要内容： 后备作业→进程 作业准备→启动→善后工作 分时系统中的主要内容： 是否接受一个终端用户的连接？ 交互作业能否被接纳，并创建进程？ 中级调度 又称平衡负载调度、中程调度 主要内容： 控制主存储器中能容纳的进程数 保证在合理数目的进程间竞争处理器及相关资源 具有“挂起”功能的操作系统 “挂起”状态的进程不参与低级调度 低级调度 又称（进）线程调度、短程调度 两类低级调度方式： 剥夺方式 优先级剥夺 限时剥夺 非剥夺方式 剥夺方式开销通常大于非剥夺方式，但可避免一个进程或线程长时间独占处理器 调度算法 任何层次的处理器调度均由操作系统相应的调度程序实施，调度程序所使用的算法，被称为调度算法。 如何评价调度算法？ 考虑的主要因素： 资源利用率， CPU有效工作时间/CPU总运行时间 响应时间（分时系统、实时系统） 从作业提交到收到回应的时间 周转时间（批处理系统） 作业提交开始到作业完成的时间 平均周转时间、平均带权周转时间 吞吐率 单位时间内处理的作业数 公平性 确保每个用户，每个进程获得合理的CPU份额或其他资源份额，不会出现“饿死”现象 批处理作业的管理与调度 作业的生命周期： 提交→收容→执行→完成 输入状态 后备状态 执行状态 完成状态 高级调度 中级调度低级调度 批处理作业调度考虑 用户角度： 每个用户希望自己的作业周转时间等于或接近作业执行时间 操作系统角度： 处理器的利用率高，作业平均周转时间小 几个典型的作业（高级）调度算法 先来先服务算法 最短作业优先算法 最短剩余时间优先算法 响应比最高优先算法 另外，还有： 优先数法 分类调度算法 用磁带与不用磁带的作业搭配 先来先服务算法FCFS 按照作业进入系统的作业后备队列的先后次序挑选作业，先进入系统的作业优先被挑选 优点： 实现简单 缺点： 不利于短作业而优待长作业 效率低 最短作业优先算法SJF 以进入系统的作业所要求的CPU时间长短为标准，总是选取时间最短的作业投入运行 优点： 实现简单 缺点： 实际系统中，往往很难预测作业的运行时间 导致长作业等待时间过长，甚至出现“饥饿”现象 效率高 最短剩余时间优先SRTF 每次调度时，总选择预测剩余运行时间最短的作业优先运行 优点： 效率相对较高 缺点： 调度频繁 与最短作业优先类似 响应比最高优先算法HRRF 在FCFS和SJF之间的折中，既考虑作业的等待时间，而考虑作业的运行时间 响应比=作业响应时间/作业估计计算时间 优点： 防止了饥饿发生 几个典型的低级调度算法 先来先服务 时间片轮转 优先数调度 多级反馈队列调度 保证调度