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  • 什么是处理机
    千次阅读
    2015-07-19 17:00:00

    所谓处理机的态,又称处理机的特权级,就是处理机当前处于何种状态,正在执行哪类程序。

     

    操作系统的管理程序和用户程序在处理机上执行时,二者的职责不同,权限也不同,为了保护操作系统,所以要区分处理机的态。

    转载于:https://www.cnblogs.com/luo841997665/p/4658868.html

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    处理机:计算机系统中存储程序和数据,并按照程序规定的步骤执行指令的部件。
    处理机包括中央处理器,主存储器, I/O 接口。处理机再加上外围设备eg:鼠标?键盘?等构成完整的计算机系统。
    
    
    处理器:中央处理器(Central Processing Unit),即CPU。


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  • 处理机三级调度讲解与分析

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    关于操作系统处理机的调度类型可以分为三个级别,他们分别是高级调度、中级调度以及低级调度。他们对应的处理对象与工作目标均有不同。 首先说说高级调度,该调度又称为作业调度,其主要目标根据一定的调度算法从外...

    关于操作系统处理机的调度类型可以分为三个级别,他们分别是高级调度、中级调度以及低级调度。他们对应的处理对象与工作目标均有不同。

    首先说说高级调度,该调度又称为作业调度,其主要目标根据一定的调度算法从外存中选择若干个作业调入内存,并为它们分配必要的资源同时为这些作业创建相应的进程,等待进程调度程序对其执行调度。其操作对象是作业,同时这种调度的频率较低,调度周期通常是几分钟甚至是几小时。

    再来说说低级调度,该调度又称为进程调度,它决定就绪队列中的那些进程将获得处理机从而进入执行阶段。在批处理、实时和分时系统中,都必须配置进程调度。其工作目标主要是按照某种算法从就绪队列中选择进程并为其分配处理机,同时需要保存处理机的现场信息,以便于程序执行中断后可以快速恢复现场。这种调度的频率最高。同时进程调度又可分为剥夺方式和非剥夺方式。非剥夺方式顾名思义一旦进程获得处理机便一直执行直到进程完成或发生阻塞才释放处理机,该过程中不允许其他进程抢占处理机。因此剥夺方式就是进程获得处理机在执行的过程中根据某种原则可以剥夺该进程的处理机供自己执行。剥夺原则有:优先权原则,短进程原则、时间片原则等。

    最后是中级调度,该调度又称为中程调度,之所以放在最后是因为该调度被引入的主要目标是提高内存的利用率和系统吞吐量。由于在进程调度过程中,就绪队列可以存放的进程队列有限,为了给一些需要立即执行的进程腾出内存空间可以将一些暂时不需要执行的进程移到外存中,此时被移到外存中的进程处于挂起状态。

    说了三种调度类型,下面就刚才所讲的作业调度介绍四种较常用的进程调度算法:

    一种是先来先服务算法(FCFS,first come first serve),该算法只考虑进程进入就绪队列的先后顺序,总是选择最先进入就绪队列的进程为其分配处理机资源。该算法较易实现但是对于实时系统不适用。

    一种是短作业优先算法(SJF shortest job first),该算法的基本思想是从就绪队列中选择一个估计运行时间最短的进程为其分配处理机资源。该算法也较易实现,但是存在一个缺点就是对于处理时间较长的进程可能会一直等待。

    还有一种常用的就是优先级调度算法(FPF),其基本思想是为就绪队列中的每一个进程分配一个优先级,每次从就绪队列中选择一个优先级最高的进程为其分配处理机资源。该算法相对于前两种算法复杂一些,但是实用性较强。该算法分为两种,一种是抢占优先权算法,另一种是非抢占优先权算法,和前面的剥夺方式和非剥夺方式的区别差不多,前者适用于实时系统,后者适用与批处理系统和分时系统。

    最后一种是时间片轮转算法,该算法按照先来先服务的原则,将就绪进程排成一个队列,每次调度时,将处理机资源分配给队首进程,并为其分配一个时间片,在该时间片内若进程未执行完,则剥夺其处理机资源并分配给下一个进程,同时将该进程送到队尾。一般时间片的大小有系统对响应时间的要求、就绪队列中的进程数以及系统处理能力决定。

    本文章参考http://blog.chinaunix.net/uid-27006331-id-3274637.html。

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  • 操作系统处理机调度及常见的调度算法(先来先服务调度算法(FCFS),短作业(进程)优先调度算法,高优先权优先调度算法,时间片轮转算法)

    一.处理机调度的层次:

    1.高级调度:高级调度又称为作业调度或长程调度,其主要功能是根据某种算法,把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存,也就是说,它的调度对象是作业。

    2.中级调度:中级调度又称中程调度。引入中程调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。中级调度实际上就是存储器管理中的对换功能。

    3.低级调度:低级调度通常也称为进程调度或短程调度,它所调度的对象是进程(或内核级线程),进程调度是最基本的一种调度,在多道批处理,分时,实时三种类型的OS中,

                            都必须配置这级调度。

    二.调度队列模型:

    1.仅有进程调度的调度队列模型:


    2.具有高级和低级调度的调度队列模型:


    3.同时具有三级调度的调度队列模型:


    三.调度算法:

    1.先来先服务和短作业(进程)优先调度算法

    (1)先来先服务调度算法(FCFS):

            先来先服务调度算法是一种最简单的调度算法,该算法即可用于作业调度,也可用于进程调度。当在作业调度中采用该算法时,每次调度都是从后备作业队列中选择一个

    或多个最先进入该队列的作业,将它们调入内存,为它们分配资源,创建进程,然后放入就绪队列。在进程调度中采用FCFS算法时,则每次调度是从就绪队列中选择一个最先

    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或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。

            FCFS算法比较有利于长作业(进程),而不利于短作业(进程)。

    (2)短作业(进程)优先调度算法:

            短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F,是指对短作业或短进程优先调度的算法。它们可以分别用于作业调度和进程调度。短作业优先(SJF)的调度算法是从后备队列

    中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业,将它们调入内存运行。而短进程(SPF)调度算法则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再重新调度。

            优点:SJ(P)F调度算法能有效地降低作业(进程)的平均等待时间,提高系统吞吐量。

            缺点:1>该算法对长作业不利;

                        2>完全未考虑作业的紧迫程度,因而不能保证紧迫性作业(进程)长期不被调度;

                        3>由于作业(进程)的长短只是根据用户所提供的估计执行时间而定的,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;

    实例:



    2.高优先权优先调度算法:

    优先级调度的含义:

       # 当该算法用于作业调度时,系统从后备作业队列中选择若干个优先级最高的,且系统能满足资源要求的作业装入内存运行。

       # 当该算法用于进程调度时,将把处理机分配给就绪进程队列中优先级最高的进程。

    优先权调度算法的类型:

    (1)非抢占式优先级算法:

             在这种调度方式下,系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先级最高的进程后,该进程就能一直执行下去,直至完成;或因等待某事件的发生使该进程不得不放弃处理机

    时,系统才能将处理机分配给另一个优先级高的就绪进程。

    使用场合:主要用于一般的批处理系统、分时系统,也常用于某些实时性要求不太高的实时系统。

     (2)抢占式优先级调度算法:

             在这种调度方式下,进程调度程序把处理机分配给当时优先级最高的就绪进程,使之执行。一旦出现了另一个优先级更高的就绪进程时,进程调度程序就停止正在执行的

    进程,将处理机分配给新出现的优先级最高的就绪进程。

    使用场合:常用于实时要求比较严格的实时系统中,以及对实时性能要求高的分时系统。      

    优先级的类型:进程的优先级可采用静态优先级和动态优先级两种,优先级可由用户自定或由系统确定。

    (1)静态优先权:静态优先级是在创建进程时确定进程的优先级,并且规定它在进程的整个运行期间保持不变。

    确定优先级的依据:①进程的类型。通常系统进程优先级高于一般用户进程的优先级;交互型的用户进程的优先级高于批处理作业所对应的进程的优先级。

                                        ②进程对资源的需求。例如,进程的估计执行时间及内存需求量少的进程,应赋于较高的优先级,这有利缩小作业的平均周转时间。

                                        ③根据用户的要求。用户可以根据自己作业的紧迫程度来指定一个合适的优先级。

    优点:①简单易行 ②系统开销小

    缺点:①不太灵活,很可能出现低优先级的作业(进程),长期得不到调度而等待的情况。

                ②静态优先级法仅适用于实时要求不太高的系统。

    (2)动态优先级:动态优先级是在创建进程时赋予该进程一个初始优先级,然后其优先级随着进程的执行情况的变化而改变,以便获得更好的调度性能。

    优缺点:动态优先级优点是使相应的优先级调度算法比较灵活、科学,可防止有些进程一直得不到调度,也可防止有些进程长期垄断处理机。动态优先级缺点是需要花费相当多

    执行程序时间,因而花费的系统开销比较大。

    3.基于时间片的轮转调度算法

    时间片轮转算法:

            时间片轮转调度是一种最古老,最简单,最公平且使用最广的算法。每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程正

    在运行,则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束,则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表,当进程用完它的

    时间片后,它被移到队列的末尾。

            时间片轮转调度中唯一有趣的一点是时间片的长度。从一个进程切换到另一个进程是需要一定时间的--保存和装入寄存器值及内存映像,更新各种表格和队列等。假如进程

    切换(process switch) - 有时称为上下文切换(context switch),需要5毫秒,再假设时间片设为20毫秒,则在做完20毫秒有用的工作之后,CPU将花费5毫秒来进行进程切换。

    CPU时间的20%被浪费在了管理开销上。

    原理:在早期的时间片轮转法中,系统将所有的就绪进程按先来先服务的原则,排成一个队列,每次调度时,把CPU分配给队首进程,并令其执行一个时间片,时间片的大小从

    几ms到几百ms。当执行的时间片用完时,由一个计时器发出时钟中断请求,调度程序便据此信号来停止该进程的执行,并将它送往就绪队列的末尾;然后,再把处理机分配给就

    绪队列中新的队首进程,同时也让它执行一个时间片。这样就可以保证就绪队列中的所有进程,在一给定的时间内,均能获得一时间片的处理机执行时间。

    实例:



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