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  • 优先级调度
    2020-11-21 20:29:19

    本文介绍处理机调度相关的内容,主要涉及三级调度与调度算法等知识。

    三级调度

    作业从提交到完成一般需要经历三级调度:作业调度(高级调度)、内存调度(中级调度)和进程调度(低级调度),调度的频率依次递增。

    • 作业调度:作业调度一般是将一个作业从外存调入内存,为其分配内存、外设等资源,使其能够竞争处理机资源。对每个作业来说,每个作业一般只调入一次、调出一次。
    • 内存调度:内存调度是为了提高内存利用率系统吞吐量,一般会将暂时无法运行的进程挂起,当具备运行条件且内存有空闲时,会将这些进程调回,挂在就绪队列上等待调度。
    • 进程调度:最频繁的调度方式,一般从就绪队列中调出一个进程,为它分配处理机资源。

    进程调度方式

    • 非剥夺调度方式:当一个进程处于运行状态时,即使有更紧急或优先级更高的进程进入就绪队列,也不会抢占正在运行进程的处理机资源,只有当前运行进程结束运行或进入阻塞状态时才会从就绪队列将更紧迫的进程调出并分配处理机资源。
    • 剥夺调度方式:当有一个更紧急或优先级更高的进程需要使用处理机,当前进程会被暂停,执行更紧迫进程的调度方式。

    调度基本准则

    • CPU利用率:当CPU一直处于忙碌状态时,CPU利用率最高。
    • 系统吞吐量:表示单位时间内完成的作业数量,当作业都是短作业时,系统吞吐量会比较大。
    • 周转时间:是作业从提交到完成的时间,包括作业等待、在就绪队列排队、运行、IO操作的时间总和。
    • 平均周转时间:是多个作业的周转时间的平均值。
    • 带权周转时间:
    • 平均带权周转时间:是多个带权周转时间的平均值。
    • 等待时间:进程等待处理机的时间之和。
    • 响应时间:从用户提交到首次响应所花费的时间。

    调度算法

    调度算法是本文的重点,也是很常见的考点,以下介绍常见的调度算法。

    先来先服务(FCFS)调度算法

    从名字就可以知道这是一种“先来后到”的调度算法,这种调度算法支持作业调度和进程调度。FCFS调度算法每次挑选队列中最先到达的进程或作业,依次进行调度。 这是一种非剥夺调度算法,直观来看,非常公平,但是还是有缺点的。

    特点:算法简单,但效率低,对长作业有利,短作业可能要等待很长时间。有利于CPU密集型作业,不利于IO密集型作业。

    短作业/进程优先(SJF/SPF)调度算法

    短作业/进程优先算法是一种优先调度短作业(进程)的调度算法,同样也是一种非剥夺调度算法

    特点:对短作业有利,对长作业不利,如果一直有短作业进来,可能长作业会一直得不到执行。不考虑作业紧迫程度,有些紧迫的作业可能不能及时处理。有利于IO密集型作业,不利于CPU密集型作业。

    优先级调度算法

    优先级调度算法既可以用于作业调度也可以用于进程调度。当用于作业调度时,会从后备作业队列中选出一个或多个优先级最高的作业,将它们调入内存中,并分配相应资源;当用于进程调度时,会从就绪队列中选出优先级最高的进程,将处理机分配给这个进程,使它能够运行。

    根据高优先级进程能否抢占处理机还可以将这种算法分为非剥夺式优先级调度算法和剥夺式优先级调度算法。

    在进程创建后进程优先级能否改变又可以将进程优先级分为静态优先级和动态优先级。

    • 静态优先级。静态优先级是进程在创建时就已经确定好的,在进程运行期间不能改变。
    • 动态优先级。动态优先级是指进程运行期间优先级根据进程实际运行情况动态变化的。

    高响应比优先调度算法

    高响应比优先调度算法适用于作业调度,是短作业优先调度算法和先来先服务算法的折中。我们先来看一下什么是响应比吧。

    高响应比优先调度算法具有以下特点:

    • 短作业的要求服务时间很短,因此在相同等待时间的情况下,短作业的响应比也更高,会被优先执行。
    • 当要求服务时间相同时,等待时间长的作业会被优先服务。
    • 长作业的要求服务时间比较长,但是随着等待时间的增加,长作业的响应比也会增加,然后可以分配处理机。

    时间片轮转调度算法

    时间片轮转调度算法一般在分时系统上使用,每个进程被分配固定大小的时间片,当时间片用完以后,无论进程是否执行结束,处理机都将被剥夺给下一个进程。

    特点:时间片轮转调度算法的时间片大小选择很讲究,如果时间片过大,该调度算法会退化成为先来先服务调度算法,而时间片设置过小,处理机会频繁切换,进程真正使用处理机的时间减少,系统吞吐量下降。

    多级反馈队列调度算法

    多级反馈队列调度算法是这些调度算法中最复杂的,也是整合了前面一些调度算法而形成的算法,我们来看一下它的工作过程。

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    多级反馈队列调度算法工作过程有以下这些特点:

    • 每一级队列从上至下的优先级逐渐递减,优先级越高的队列时间片越小。也就是说,最顶层的队列的时间片最小。
    • 最新的进程进入内存会被放入最上层的队列末尾,当执行到这个进程时,如果能在分配的时间片内完成则会出队列,如果不能在时间片内完成就进入下一级队列末尾,等待处理机资源。
    • 如果高优先级队列有进程存在,则处理机会优先处理上级队列中的进程。如果处理机正在执行某一队列中的进程,此时更高优先级队列中有进程进入,那么当前正在执行的进程会回到当前队列的队尾,处理机执行新进入队列的进程。

    最后要提一点,多级反馈队列调度算法兼顾短作业优先的同时,不会让长作业长期处于等待状态最终出现饥饿。

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  • 调度算法-优先级调度算法+例题详解

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    1. 优先级调度算法的类型 优先级进程调度算法,是把处理机分配给就绪队列中优先级最高的进程。这时,又可进一步把该算法分成如下两种。 非抢占式优先级调度算法。 抢占式优先级调度算法。 2. 优先级的类型 静态...

    1. 优先级调度算法的类型

    优先级进程调度算法,是把处理机分配给就绪队列中优先级最高的进程。这时,又可进一步把该算法分成如下两种。

    1. 非抢占式优先级调度算法。
    2. 抢占式优先级调度算法。

    2. 优先级的类型

    1. 静态优先级
      静态优先级是在创建进程时确定的,在进程的整个运行期间保持不变。优先级是利用某一范围内的一个整数来表示的,例如0~255中的某一整数,把该整数称为优先数。
    2. 动态优先级  
      动态优先级是指在创建进程之初,先赋予其一个优先级,然后其值随进程的推进或等待时间的增加而改变,以便获得更好的调度性能。

    3.例题(非抢占式)

    例题:各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间、进程优先数如下表所示。使用非抢占式的优先级调度算法,分析进程运行情况。(优先数越大,优先级越高)

    调度过程:正在处理的进程处理结束,接下来每次调度时选择当前已到达且优先级最高的进程。

    在这里插入图片描述
    注:以下括号内表示当前处于就绪队列的进程

    0时刻(P1):只有P1到达,P1上处理机。
    7时刻(P2、P3,P4):P1运行完成主动放弃处理机,其余进程都已到达,P3优先级最高,P3上处理机。
    8时刻(P2、P4):P3完成,P2P4优先级相同,由于P2先到达,因此P2优先上处理机

    在这里插入图片描述

    4.例题(抢占式)

    例题:各进程到达就绪队列的时间、需要的运行时间、进程优先数如下表所示。使用抢占式的优先级调度算法,分析进程运行情况。(优先数越大,优先级越高)

    调度过程:每次调度时选择当前已到达且优先级最高的进程。当前进程主动放弃处理机时发生调度。就是在运行进程的过程中,放弃当前进行,去进行优先级高的进程。

    在这里插入图片描述
    以下括号内表示当前处于就绪队列的进程

    0时刻(P1):只有P1到达,P1上处理机。
    2时刻(P2):P2到达就绪队列,优先级比P1更高,发生抢占。P1回到就绪队列,P2上处理机。
    4时刻(P1、P3):P3到达,优先级比P2更高,P2回到就绪队列,P3抢占处理机。
    5时刻(P1、P2、P4):P3完成,主动释放处理机,同时,P4也到达,由于P2比P4更先进入就绪队列,因此选择P2上处理机
    7时刻(P1P4):P2完成,就绪队列只剩P1、P4,P4上处理机。11时刻(P1):P4完成,P1上处理机
    16时刻():P1完成,所有进程均完成

    在这里插入图片描述

    调度算法-多级反馈队列+例题详解

    展开全文
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  • java中的线程与进程调度调度时机在进程的生命周期中,当进程从一个运行状态到另一个状态变化的时候,会触发一次调度。这些状态变化的时候,操作系统需要考虑是否要让新的进程给CPU运行,或者是否让当前进程从CPU上...

    java中的线程与进程调度

    调度时机

    在进程的生命周期中,当进程从一个运行状态到另一个状态变化的时候,会触发一次调度。

    这些状态变化的时候,操作系统需要考虑是否要让新的进程给CPU运行,或者是否让当前进程从CPU上退出而换另一个进程运行。

    调度算法

    如果硬件时钟提供某个频率的周期性中断,那么可以根据如何处理时钟中断,把调度方法分为两类

    非抢占调度算法

    挑选一个进程,然后让该进程运行直到被阻塞,或者直到该进程退出,才会调用另外一个进程,也就是说不理会时钟中断这个事情

    抢占式调度算法

    挑选一个进程,然后让进程只运行某段时间,时段结束时,把其挂起,然后再挑选另外一个进程。

    需要在时间间隔的末端发生时钟中断,以便把CPU控制返回给调度程序进行调度。也就是时间片机制

    采用这种方式主要是为了避免因为某个线程的原因阻塞整个进程

    调度的原则

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    • CPU利用率

    • - 当发生了I/O请求,导致CPU空闲,就需要从就绪队列中选择一个进程来运行

    • 系统吞吐量

    • - 调度程序要权衡长任务和短任务进程的运行完成数量

    • 周转时间

    • - 调度程序应避免进程等待时间很长而运行时间很短的情况,从而造成周转时间过长。

    • 等待时间

    • - 调度程序应尽可能减少就绪进程的等待时间

    • 响应时间

    • - 对于交互式比较强的应用,响应时间尽可能的短

    调度算法

    在单核CPU系统中常见的调度算法

    先来先服务调度算法(FCFS)

    每次调度是从就绪队列中选择一最先进入该队列的进程,为之分配处理机,使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机

    • 特点:算法比较简单,可以实现基本上的公平,但不利于短作业

    • 适用:FCFS 对长作业有利,适用于 CPU 繁忙型作业的系统,而不适用于 I/O 繁忙型作业的系统。

    短作业优先调度算法(SJF)

    是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程,将处理机分配给它,使它立即执行并一直执行到完成,或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再重新调度。

    该算法未照顾紧迫型作业。对长作业也不友好

    高响应比优先调度算法

    为了很好的权衡短作业和长作业,而推出的算法。

    根据响应比优先级来确定先后顺序。

    此时优先级:

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    • 如果作业的等待时间相同,则要求服务的时间越短,其优先级越高,有利于短作业

    • 如果要求服务的时间相同时,作业优先权决定与等待时间,等待时间越长,其优先权越高

    • 对于长作业,作业的优先级会随着等待时间的增加而增加,当其等待时间足够长时,其优先级会很高。

    • 但是在进行调度之前,需要先做响应比的计算,会在一定程度上增加系统开销。

    时间片轮转法(RR)

    最古老、最简单、最公平且使用最广的算法就是时间片轮转。

    每个进程都被分配一个时间段(时间片),即允许该进程在该时间段中运行。

    • 如果时间片用完,进程还在运行,那么就会把此进程从CPU中释放出来,并把CPU分配给另外一个进程

    • 如果该进程在时间片结束前阻塞或失结束,则CPU立即进行切换。

    时间片的长度就尤为重要一般为20ms~50ms

    • 太短,导致频繁的进程上下文切换,降低CPU效率

    • 太长,引起对短作业进程的响应时间变长。

    最高优先级调度算法(HPF)

    所谓的最高优先级调度算法,就是从就绪队列中选择最高优先级的进程进行运行。

    分类:

    • 静态优先级:创建进程的时候,就已经确定了优先级,然后整个运行期间都不会变化

    • 动态优先级:根据进程的动态变化调整优先级,比如如果进程运行时间增加,则降低其优先级,如果进程等待时间(就绪队列的等待时间)增加,则升高其优先级,也就是随着时间的推移增加等待进程的优先级

    处理方法
    • 非抢占式:当就绪队列中出现优先级高的进程,运行完当前进程,再选择优先级高的进程。

    • 抢占式:当就绪队列中出现优先级高的进程,当前进程挂起,调度优先级高的进程运行。

    多级反馈队列调度算法(MFQ)

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    多级反馈队列调度算法是时间片轮转算法和最高优先级算法的总和和发展。

    • 多级:表示有多个队列,每个队列优先级从高到低,同时优先级越高时间片越短

    • 反馈:表示如果有新的进程加入优先级高的队列时。立即停止当前正在运行的进程,转而去运行优先级高的队列。

    工作方式
    • 设置了多个队列,赋予每个队列不同的优先级,每个队列优先级从高到低,同时优先级越高时间片越短

    • 新的进程会被放入到第一级队列的末尾,按先来先服务的原则排队等待被调度,如果在第一级队列规定的时间片没运行完成,则将其转入到第二级队列的末尾,以此类推,直至完成;

    • 当较高优先级的队列为空,才调度较低优先级的队列中的进程运行。如果进程运行时,有新进程进入较高优先级的队列,则停止当前运行的进程并将其移入到原队列末尾,接着让较高优先级的进程运行;

    最后

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    展开全文
  • 提供了几种不同的cpu调度算法,包括FCFS,RR,JSP,优先级调度等算法。
  • “ 你讲了这么多,可还是没说是怎么调度的。”我们知道,调度分为三种:作业调度:也叫高级调度,从外存到内存,操作的是作业;中级调度:也叫内存调度,操作的是进程;进程调度:也叫低级调度,操作的也是进程;...
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    你讲了这么多,可还是没说是怎么调度的。

    我们知道,调度分为三种:

    • 作业调度:也叫高级调度,从外存到内存,操作的是作业;

    • 中级调度:也叫内存调度,操作的是进程;

    • 进程调度:也叫低级调度,操作的也是进程;

    进程的调度还分为:

    • 非剥夺式调度:大家排队,别想插队。

    • 剥夺式调度:一些人可以插队,一些人继续排队。

    剥夺式调度里面,到底谁可以插队,谁不能插队?

    那也要按规矩来!

    这个规矩就是调度算法。

    01

    先来先服务调度算法

    先来先服务(FCFS)调度算法
    顾名思义,
    就是 谁先来,处理机就先处理谁的任务
    英文缩写记住! FCFS!!
    它既可用于作业调度,又可用于进程调度。
    在作业调度中,算法每次从后备作业队列中选择最先进入该队列的一个或几个作业,将它们调入内存,分配必要的资源,创建进程并放入就绪队列。
    在进程调度中,调度算法每次从就绪队列中选择最先进入该队列的进程,将处理机分配给它,使之投入运行,直到完成或因某种原因而阻塞时才释放处理机。
    FCFS调度算法属于 不可剥夺算法
    从表面上看,它对所有作业都是公平的,
    但若一个长作业先到达系统,就会使后面的许多短作业等待很长时间,
    因此它不能作为分时系统和实时系统的主要调度策略。
    但它常被结合在其他调度策略中使用。
    FCFS调度算法的特点是算法简单,但效率低;对长作业比较有利,但对短作业不利(相对SJF和高响应比);
    有利于CPU繁忙型作业,不利于I/O繁忙型作业。

    02

    短作业优先调度算法

    短作业(进程)优先调度算法是指对短作业(进程)优先调度的算法。
    英文缩写记住!!!
    短作业优先叫做 SJF
    短进程优先叫做 SPF
    短作业优先(SJF)调度算法从后备队列中选择一个或若干估计运行时间最短的作业,将它们调入内存运行;
    短进程优先(SPF)调度算法从就绪队列中选择一个估计运行时间最短的进程,将处理机分配给它,使之立即执行,直到完成或发生某事件而阻塞时,才释放处理机。 怎么定义短作业啥是短作业
    每个进程在执行的时候,自己都设置一个预期运行时间,
    运行时间预估短的就是短作业。
    假如有100个短作业,每个执行1秒钟,1个长作业执行10秒钟,
    这个长作业等了100秒才执行到。
    100个作业排队吃饭,
    短作业一个个都吃到了饭,
    唯一一个天选之子 · 长作业等了特别久才吃上,饿坏了,
    经过漫长的等待,终于吃上了饭。
    所以作业长期得不到调度,也叫做饥饿。
    注意, 饥饿,是等的时间太久了,但是 总归能等到
    还有另一个情况是 死锁,也就是这个进程,食堂没菜了,这进程就一直死等,这种情况是 等不到
    另外,短作业优先算法完全没考虑作业的紧迫程度,不能保证紧迫性作业会被及时处理。
    还有就是,
    作业的运行长短,是谁给的?
    是根据用户所提供的估计执行时间给定的,
    而用户又可能会有意或无意地缩短其作业的估计运行时间,致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。
    总结一下缺点就是:
    长作业会饥饿;
    没考虑作业间的紧迫程度;
    作业运行时间的估计不一定准确;
    但是! SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少

    03

    优先级调度算法

    优先级调度算法又称优先权调度算法,它既可用于作业调度,又可用于进程调度。
    该算法中的优先级用于描述作业运行的紧迫程度。
    在作业调度中,优先级调度算法每次从后备作业队列中选择优先级最高的一个或几个作业,将它们调入内存,分配必要的资源,创建进程并放入就绪队列。
    在进程调度中,优先级调度算法每次从就绪队列中选择优先级最高的进程,将处理机分配给它,使之投入运行。
    优先级又可以细分两种优先级:
    1、 非剥夺式优先级调度算法
    处理机在处理进程A,就绪队列里面有BCD,
    这时候来了个优先级很高的E,E会在BCD当中插个队,
    等A运行完了,就处理E。我插队,但是我还是得等

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    2、 剥夺式优先级调度算法
    处理机在处理进程A,就绪队列里面有BCD,
    这时候来了个优先级很高的E,
    处理机立马停下了手中的活,
    不执行A了,直接执行E。 我连队我都不排,直接轮到我

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    当然,优先级可以有两种:静态优先级,动态优先级。
    很好理解,
    静态优先级:我优先,我就一直优先,一开始就定好了我优先。
                优先级定好了之后就不变了。
    动态优先级:我这次优先,但是下次我就不一定优先了。
                优先级定好了,但是随着程序运行,可以变。
                都可以商量嘛~

    04

    高响应比优先调度算法


    高响应比优先调度算法主要用于作业调度,
    是对FCFS调度算法和SJF调度算法的一种综合平衡,
    同时考虑了每个作业的等待时间和估计的运行时间。
    在每次进行作业调度时,先计算后备作业队列中每个作业的响应比,从中选出响应比最高的作业投入运行。
    啥是 响应比

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    公式要记住!!!明显会考!!!
    显然,
    作业的等待时间相同时,要求服务时间越短,响应比越高,
    这就怎么样?
    有利于短作业。
    如果要求服务时间相同时,
    作业的响应比由其等待时间决定,
    等待时间越长,其响应比越高,因而它实现的是先来先服务。
    对于长作业,作业的响应比可以随等待时间的增加而提高,
    等待时间足够长时,其响应比便可升到很高,从而也可获得处理机。
    因此,这就克服了饥饿状态,兼顾了长作业。

    05

    还有两个常见的调度算法


    第一个是 时间片轮转调度算法,主要适用于分时系统。
    系统将所有就绪进程按到达时间的先后次序排成一个队列,进程调度程序总是选择就绪队列中的第一个进程执行,即先来先服务的原则,
    但一个进程仅能运行一个时间片, 时间片又是啥
    把一段时间,切割成等长的若干份,
    比如我规定,1秒钟切成10份,一份0.1s,
    进程ABCDEF,按顺序,每个依次执行0.1s,
    如果一个时间片还没执行完,
    就等下一轮,再给你0.1s来执行。
    在时间片轮转调度算法中,时间片的大小对系统性能的影响很大。
    若时间片足够大,以至于所有进程都能在一个时间片内执行完毕,则时间片轮转调度算法就退化为先来先服务调度算法。
    若时间片很小,则处理机将在进程间过于频繁地切换,使处理机的开销增大,而真正用于运行用户进程的时间将减少。
    因此,时间片的大小应选择适当。
    时间片的长短通常由以下因素确定:
    系统的响应时间、
    就绪队列中的进程数目、
    系统的处理能力。
    第二个是 多级反馈队列调度算法,它融合了前面几种算法的优点,
    在真正的操作系统中,就用的是这个。
    1、设置多个队列,每个队列有各自的优先级,
    队列之间,就用 优先级调度
    2、队列里面就有多个进程等待执行,
    同一个队列里面的多个进程,就用 先来先服务的方式来调度,
    3、每个队列给的进程执行 时间片又不一样,
    在优先级越高的队列中,每个进程的运行时间片越小。

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    多级反馈队列的优势有以下几点:
    1)、终端型作业用户:短作业优先。
    2)、短批处理作业用户:周转时间较短。
    3)、长批处理作业用户:经过前面几个队列得到部分执行,不会长期得不到处理。 关注小冰计算机考研!
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  • 参考文章: ... 一、实验目的 在采用多道程序设计的系统中,往往有若干个进程同时处于就绪状态。...本实验模拟在单处理机情况下的进程调度,帮助学生加深了解进程调度的工作。 二、实验内容 设计一个按优先级.
  • 十五、优先级调度算法

    千次阅读 2020-05-24 09:43:21
    十五、优先级调度算法 算法:将处理机分配给就绪队列中优先级最高的进程 优先级 *静态优先级 在进程创建时确立,确定后运行期间保持不变。确立依据有:进程的类型、进程对资源的需求、用户申请的优先级 优点...
  • 明确先来先服务FCFS、时间片轮转RR、优先级三种常用的调度算法的实现思想,并在此基础上计算周转时间、带权周转时间、平均周转时间和平均带权周转时间。(一)先来先服务先来先服务(First-Come,First-Served,FCFS)...
  • 为解决采用CAN通信协议实现液压支架电液控制系统中出现的信息碰撞和拥堵导致的液压系统实时性下降,甚至发生安全事故的问题,研究并设计了一种CAN通信协议动态优先级调度方法。将CAN通信协议标准帧格式中的仲裁段重新...
  • C-os.rar_优先级调度

    2022-09-21 03:48:03
    用C语言设计一个有 N个进程并行的优先级调度程序的源代码
  • 操作系统一个重要实验,用高优先级法和轮转法实现进程调度
  • Java操作系统进程调度算法——优先级调度(HPF)算法 文章目录Java操作系统进程调度算法——优先级调度(HPF)算法前言一、算法思想二、数据结构1.定义(PCB)进程控制块2.实现思路三、流程图四、完整代码运行结果1、输入...
  • C语言实现优先级调度算法

    千次阅读 2021-04-22 17:12:23
    采用C语言实现优先级调度算法。编制进程调度模拟程序,并计算每个进程的周转时间,带权周转时间,以及所有进程的平均周转时间和平均带权周转时间。 二、源代码 #include <iostream> #include <iomanip>...
  • 操作系统抢占式优先级调度Priority scheduling is a type of scheduling algorithm used by the operating system to schedule the processes for execution. The priority scheduling has both the preemptive mode...

空空如也

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