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  • 进程调度算法

    2019-04-11 16:28:55
    一、进程调度的定义: 进程调度也称为低级调度(CPU调度),是按照某种调度算法(或原则)从就绪队列中选取进程分配CPU,主要是协调对CPU的争夺使用。 二、进程调度的原因: 在操作系统中,由于进程综述多于处理...

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    进程调度基础:

    进程调度算法: 


    进程调度基础:

    一、进程调度的定义:

            进程调度也称为低级调度(CPU调度),是按照某种调度算法(或原则)从就绪队列中选取进程分配CPU,主要是协调对CPU的争夺使用。

    二、进程调度的原因:

            在操作系统中,由于进程综述多于处理机,它们必然竞争处理机,为了充分利用计算机系统中的CPU资源,让计算机系统能够多快好省地完成我们让它做的各种任务,所以需要进程调度。

    三、进程调度的方式:

    • 可抢占式(可剥夺式):就绪队列中一旦有某进程的优先级高于当前正在执行的进程的优先级时,操作系统便立即进行进程调度,完成进程切换。
    • 不可抢占式(不可剥夺式):即使在就绪队列存在有某进程优先级高于当前正在执行的进程的优先级时,当前进程仍将占用处理机执行,直到该进程自己进入阻塞状态,或时间片用完,或在执行完系统调用后准备返回用户进程前的时刻,才重新发生调度让出处理机。

    四、进程调度的时机:

            进程调度发生的时机(也称为调度点)与进程的状态变化有直接的关系。引起进程调度的时机可归结为以下几类:

    • 正在执行的进程执行完毕,需要选择新的就绪进程执行。
    • 正在执行的进程调用相关系统调用(包括与I/O操作,同步互斥操作等相关的系统调用)导致需等待某事件发生或等待资源可用,从而将自己阻塞起来进入阻塞状态。
    • 正在执行的进程主动调用放弃CPU的系统调用,导致自己的状态为就绪态,且把自己重新放到就绪队列中。
    • 等待事件发生或资源可用的进程等待队列,从而导致进程从阻塞态回到就绪态,并可参与到调度中。
    • 正在执行的进程的时间片已经用完,致自己的状态为就绪态,且把自己重新放到就绪队列中。
    • 在执行完系统调用后准备返回用户进程前的时刻,可调度选择一新用户进程执行
    • 就绪队列中某进程的优先级变得高于当前执行进程的优先级,从而也将引发进程调度。

    进程调度算法: 

            基于进程调度的两种方式的调度算法如下:

    1. 先来先服务(FCFS)调度算法
    2. 短作业优先(SJF)调度算法
    3. 时间片轮转(RR)调度算法
    4. 最高优先级优先调度算法
    5. 多级反馈队列(MFQ)调度算法

    一、先来先服务(FCFS)调度算法

    1、简介:先来先服务调度算法是一种最简单的调度算法,可用于作业调度,也可用于进程调度。

    2、原理:在进程调度中采用先来先服务算法的时候,每次调度就从就绪队列中选一个最先进入该队列的进程,为之分配处理机,即谁第一排队谁就先被执行。

    3、优点:

    • 有利于长作业(进程)    
    • 有利于CPU繁忙型的作业(进程)

    4、缺点:

    • 不利于短作业(进程)    
    • 不利于I/O繁忙型的作业(进程)

     

    二、短作业优先(SJF)调度算法

    1、简介:短作业(进程)优先调度算法是指短作业或者短进程的优先调度算法,它们分别作用于作业调度和进程调度,它是先来先服务调度算法的一种优化版本。

    2、原理:短进程优先调度算法是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程,再将处理机分配给它,直到执行完成,而其他进程一般不抢先正在执行的进程。

    3、优点:

    • 算法对长作业(进程)不利(长作业(进程)长期不被调度)    
    • 未考虑进程的紧迫程度
    • 由于是估计运行时间而定,而这个时间是由用户所提供的,所以该算法不一定能真正做到短作业优先调度

     

    三、时间片轮转(RR)调度算法

    1、简介:RR 调度算法与FCFS 调度算法在选择进程上类似,但在调度的时机选择上不同。RR调度算法定义了一个的时间单元,称为时间片(或时间量)。一个时间片通常在1~100 ms之间。当正在运行的进程用完了时间片后,即使此进程还要运行,操作系统也不让它继续运行,而是从就绪队列依次选择下一个处于就绪态的进程执行,而被剥夺CPU使用的进程返回到就绪队列的末尾,等待再次被调度。

    2、优点:平均执行时间短,简单可行。


    3、缺点:时间片的大小可调整,如果时间片大到让一个进程足以完成其全部工作,这种算法就退化为FCFS调度算法;若时间片设置得很小,那么处理机在进程之间的进程上下文切换工作过于频繁,使得真正用于运行用户程序的时间减少。

     

    四、最高优先级优先调度算法

    1、简介:为了解决在短作业优先调度算法中进程的紧迫程度问题,我们引入最高优先级优先调度算法,它的方法也很简单,就是在队列中选取优先权最高的进程装入内存。进程的优先级用于表示进程的重要性及运行的优先性。一个进程的优先级可分为两种:静态优先级动态优先级。

    • 静态优先级是在创建进程时确定的。一旦确定后,在整个进程运行期间不再改变。静态优先级一般由用户依据包括进程的类型、进程所使用的资源、进程的估计运行时间等因素来设置。一般而言,若进程需要的资源越多、估计运行的时间越长,则进程的优先级越低;反之,对于I/O bounded的进程可以把优先级设置得高。
    • 动态优先级是指在进程运行过程中,根据进程执行情况的变化来调整优先级。动态优先级一般根据进程占有CPU时间的长短、进程等待CPU时间的长短等因素确定。占有处理机的时间越长,则优先级越低,等待时间越长,优先级越高。那么进程调度器将根据静态优先级和动态优先级的总和现在优先级最高的就绪进程执行。

     

    五、多级反馈队列调度算法

    1、简介:前面介绍的四种调度算法都有各自缺陷,但是多级反馈调度算法有很多优点,是目前被公认的一种好的调度算法。

                      多级反馈队列调度算法既能使高优先级的作业得到响应又能使短作业(进程)迅速完成。

    2、方法:

           设置多个就绪队列,每个队列的优先级逐渐降低,同时每个队列的执行时间也各不相同,优先级越高的队列,执行时间越短,优先级越低的队列,执行时间越长。
            当一个进程进入内存后,首先进入第一个队列的末尾,按照先来先服务的调度算法进行调度,如果在第一个队列的执行时间内未执行完成,此时把此进程放入第二个队列的末尾,按照之前的方法进行执行,直到在某一个队列的队首执行完成。
    当第一个队列全部执行完成,此时系统才会执行第二个队列,但是如果此时又有新的进程进入,此时执行完毕这个时间段,立刻把此进程分配给新的作业。
     

    高响应比优先调度算法:

            综合了短作业优先,先来先服务,以及长作业也能得到服务的特性。

    计算公式: 
            优先权 = (等待时间 + 要求服务时间) / 要求服务时间

            又因为等待时间 + 要求服务时间 = 响应时间

            优先权 = 响应时间 / 要求服务时间

            故而称之为,高响应比优先算法。

    那么,这个计算公式,怎么就能体现上面三个综合特性呢?

    • 首先,短作业优先。短作业优先是因为,要求服务时间在分子,如果要求服务时间很短,且等待时机我们认为相等,那么短作业就有更高的优先权。
    • 其次,先来先服务。假设要求服务时间相同,那么先来的作业等待时间肯定较长,所以先来的优先级更高。
    • 最后,长作业也不会沦落到没法调度的尴尬局面。因为一个长作业,等啊等,越等自己自己资历越老,优先级是在不断增长的,所以总会有机会熬出头的!
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  • 第6章 进程的调度

    2016-05-09 12:01:02
    6.1 进程调度的定义

    6.1 进程调度的定义--进程调度就是CPU 在各个进程之间的切换

    在多进程并发的环境里,从概念上是多个进程并发,实际上在单个cpu下,在任何时刻只有一个进程在运行状态,其他的进程都在就绪状态;这就出现一个问题: 如何确定在任意时刻到底由哪个进程执行,哪个不执行;这个过程就是进程调度!
    进程的调度是操作系统进程管理的一个重要组成部分
    • 进程在执行时使用CPU 的模式有哪种: 一种是程序大部分时间在cpu 上执行--CPU 密集型程序,一种是程序在大部分时间在输入、输出---I/O 密集型程序,另外一种是介入两种模式之间
    • 进程调度的目标: CPU调度的目标是达到极小化平均响应时间、极大化系统吞吐率、保持系统各个功能部件处于繁忙状态合提供某种貌似公平的机制。

    6.2 进程调度的算法

    • 先来先到的服务调度算法 ----无论进程的紧急程度,都遵守先来先服务;算法简单但是社会毕竟不是决定的公平,需要我们进一步处理优先级高的服务;所以需要每个排队的进程都可以在一定时间内轮流获取cpu,这样能保证短时间内可以完成的task 不用等很长时间才轮到。
    • 时间片轮转算法 --- 对所有排队cpu 的进程进行时间轮转,每个进程可以获取一定的时间(比如1s),那时间到了cpu 就会从一个进程收回,然后分配给另外一个进程。
    • 短任务优先算法 --- 上面说的时间片轮转算法,是足够的公平,但是对短任务是也是不公平的,需要等排很长的队伍,一个1s 完成的task 需要排在100个100s完成的task后面是不可以接受的,这时就引入了短任务优先处理,长task 多运行1-2s 是可以接受的
    • 优先级调度算法 ---  社会的人能力都是有分等级的,有些人能力大占用的资源就多,所以我们需要对所有进程产生一个优先级的概念,优先级高的进程比优先级低的进程获取的CPU 快、多
    • 混合调度算法  --- 时间轮转算法和优先级算法各有各的优势,就采取混合调度算法,结合两种优势;对进程进行分类,不同的类的优先级不同;在同一个类中优先级相同,直接用时间片轮转的算法来分配cpu

    6.3 实时调度算法

    • 对有些系统必须满足实时的调度,比如火箭轨道、工业流水线;如果在一定的时间内没有返回结果就会出现问题,这类task 我们需要满足实时调度;实时调度分为动态实时调度算法和静态实时调度算法。
    • 动态实时调度算法:就是根据排队task 需要完成的截止时间来动态调整排队进程获取cpu的算法,能达到一种最优的调度;后面新的进程进来再实时调整算法
    • 静态实时调度算法:根据现在排队的进程和task 完成的截止时间预先计算出一套最优的算法,然后按照这种算法进行执行,后续有新的进程进来也不再改变;


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  • 进程调度

    2018-03-29 19:44:46
    操作系统核心原理-3.进程原理(中):进程调度PS:在多进程并发环境里,虽然从概念上看,有多个进程在同时执行,但在单个CPU下,在任何时刻只能有一个进程处于...一、进程调度基础1.1 进程调度定义 进程调度是操...

    操作系统核心原理-3.进程原理(中):进程调度

    PS:在多进程并发的环境里,虽然从概念上看,有多个进程在同时执行,但在单个CPU下,在任何时刻只能有一个进程处于执行状态,而其他进程则处于非执行状态。那么问题来了,我们是如何确定在任意时刻到底由哪个进程执行,哪些不执行呢?这就涉及到进程管理的一个重要组成部分:进程调度,跟随本篇来一起复习下进程调度吧!

    一、进程调度基础

    1.1 进程调度定义

      进程调度是操作系统进程管理的一个重要组成部分,其任务是选择下一个要运行的进程

    1.2 进程调度目标

      首先,一般的程序任务分为三种:CPU计算密集型、IO密集型与平衡(计算与IO各半)型,对于不同类型的程序,调度需要达到的目的也有所不同。对于IO密集型,响应时间最重要;对于CPU密集型,则周转时间最重要;而对于平衡型,进行某种响应和周转之间的平衡就显得比较重要。

      因此,进程调度的目标就是要达到极小化平均响应时间、极大化系统吞吐率、保持系统各个功能部件均处于繁忙状态和提供某种貌似公平的机制

    PS:为何说要保持系统各个功能部件均处于繁忙状态?因为CPU非常昂贵,让其闲置是一种浪费,因此保持CPU繁忙十分重要。就像生命也非常珍贵,我们只有一只保持学习保持充实的状态,才算不浪费生命。

    二、基本调度算法

    2.1 先来先服务算法

    FCFS

      先来先服务(FCFS)算法是一种最常见的算法,它是人的本性中的一种公平观念。其优点就是简单且实现容易,缺点则是短的工作有可能变得很慢,因为其前面有很长的工作在执行,这样就会造成用户的交互式体验也比较差。

      例如排队办理业务时,你要办理的业务只需要几分钟就可以办好,但是你前面的一个人办理的事情很复杂需要1个小时,这时你需要在他后面等很久,于是你就想到:要是每个人轮流办理10分钟事务的话,那该多好!于是就出现了时间片轮转算法。

    2.2 时间片轮转算法

      时间片轮转是对FCFS算法的一种改进,其主要目的是改善短程序的响应时间,实现方式就是周期性地进行进程切换。时间片轮转的重点在于时间片的选择,需要考虑多方因素:如果运行的进程多时,时间片就需要短一些;进程数量少时,时间片就可以适当长一些。因此,时间片的选择是一个综合的考虑,权衡各方利益,进行适当折中。

      但是,时间片轮转的系统响应时间也不一定总是比FCFS的响应时间短。时间片轮转是一种大锅饭的做法,但是现实生活中却是走的“一部分人先富,先富带动后富”的路线。例如,如果有30个任务,其中一个任务只需要1秒时间执行,而其他29个任务需要30秒钟执行,如果因为某种原因,这个只要1秒钟的任务排在另外29个任务的后面轮转,则它需要等待29秒钟才能执行(假定时间片为1秒)。于是,这个任务的响应时间和交互体验就变得非常差。因此,短任务优先算法被提出。

    2.3 短任务优先算法

      短任务优先算法的核心是所有的任务并不都一样,而是有优先级的区分。具体来说,就是短任务的优先级比长任务的高,而我们总是安排优先级高的任务先运行

      短任务优先算法又分为两种类型:一种是非抢占式,一种是抢占式。非抢占式当已经在CPU上运行的任务结束或阻塞时,从候选任务中选择执行时间最短的进程来执行。而抢占式则是每增加一个新的进程就需要对所有进程(包括正在CPU上运行的进程)进行检查,谁的时间短就运行谁

      由于短任务优先总是运行需要执行时间最短的程序,因此其系统平均响应时间在以上几种算法中是最优的,这也是短任务优先算法的优点。但短任务优先算法也有缺点:一是可能造成长任务无法得到CPU时间从而导致“肌饿”。二是如何知道每个进程还需要运转多久?于是为了解决第一个缺点,优先级调度算法被提出。而第二个缺点则可以采取一些启发式的方法来进行估算,目前很多的人工智能算法都可以做这个事。

    2.4 优先级调度算法

      优先级调度算法给每个进程赋予一个优先级,每次需要进程切换时,找一个优先级最高的进程进行调度。这样如果赋予长进程一个高优先级,则该进程就不会再“饥饿”。事实上,短任务优先算法本身就是一种优先级调度,只不过它给予短进程更高的优先级而已。

      该算法的优点在于可以赋予重要的进程以高优先级以确保重要任务能够得到CPU时间,其缺点则有二:一是低优先级的进程可能会“饥饿”,二是响应时间无法保证。第一个缺点可以通过动态地调节任务的优先级解决,例如一个进程如果等待时间过长,其优先级将因持续提升而超越其他进程的优先级,从而得到CPU时间。第二个缺点可以通过将一个进程优先级设置为最高来解决,但即使将优先级设置为最高,但如果每个人都将自己的进程优先级设置为最高,其响应时间还是无法保证。

    2.5 混合调度算法

      之前的算法都存在一定缺点,那么可否有一个算法混合他们的优点,摒弃它们的缺点,这就是所谓的混合调度算法。混合调度算法将所有进程分为不同的大类,每个大类为一个优先级。如果两个进程处于不同的大类,则处于高优先级大类的进程优先执行;如果处于同一个大类,则采用时间片轮转算法来执行。混合调度算法的示意图如下图所示:

    2.5 进程调度的过程

    三、调度异常之优先级倒挂

    3.1 何为优先级倒挂

      优先级倒挂指的是一个低优先级任务持有一个被高优先级任务所需要的共享资源。这样高优先级任务因为资源缺乏而处于受阻状态,一直到低优先级任务释放资源为止。这样实际上造成了这两个任务的优先级倒挂。

    3.2 优先级倒挂的表现形式

      (1)不持有资源的低优先级进程阻碍需要资源的高优先级进程的执行;

      (2)持有资源的优先级进程阻碍需要资源的高优先级进程的执行;

    3.3 优先级倒挂的预防办法

      (1)针对第一种形式,可以使用中断禁止的方法,其核心是通过禁止中断来保护临界区。

      (2)针对第二种形式,不能让低优先级进程持有高优先级进程所需要的资源,则可以通过优先级上限和优先级继承来实现。

      优先级倒挂问题,后面会详细学习,到时再详细说说。当然,欲知后事如何,请看下回分解

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  • 操作系统进程调度

    2018-01-10 10:10:00
    1.进程调度的定义 在多进程并发的环境里,虽然从概念上看,有多个进程在同时进行,但是实际上,在单个CPU下在任何时刻只能有一个进程处于执行状态,其他进程则处于非执行状态。那么问题来了,我们如何确定在任意...

    1. 进程调度的定义

    在多进程并发的环境里,虽然从概念上看,有多个进程在同时进行,但是实际上,在单个CPU下在任何时刻只能有一个进程处于执行状态,其他进程则处于非执行状态。那么问题来了,我们如何确定在任意时刻到底由哪个进程执行呢?进程调度的任务就是选择下一个执行的进程。

      程序使用CPU 的模式分为三种: 第一种是程序大部分时间在使用CPU,称为CPU导向或计算密集型程序;第二种是程序大部分时间在进行输入输出,称为I/O导向或者输入输出密集型程序;第三种是介于前两种模式之间,这种程序称为平衡型程序。对于I/O导向的程序来说,响应时间较重要;对于CPU导向的程序来说,周转时间较重要。

     

    2. 进程调度的目标

     

    CPU调度就是要达到极小化平均响应时间、极大化系统吞吐率、保持系统各个功能部件均处于繁忙状态和提供某种貌似公平的机制。

    3. 进程调度算法

    3.1 先来先服务调度算法

    先来先到的一个隐含条件是不能抢占,一个程序一旦启动就一直运行到结束或者受阻塞为止。

    3.2 时间片轮转算法

    时间片轮转算法是对先来先服务算法的改进,其主要目的是改善程序的响应时间。其方法是周期性进行进程切换。

    3.3 短任务优先算法

    改善短任务排在长任务后面轮转而造成响应时间和交互体验下降的办法是短任务优先算法。这种算法的核心是短任务的优先级比长任务的高。

    3.4 优先级调度算法

    优先级调度的优点是可以赋予重要的进程以高优先级以确保重要任务能够得到CPU时间。低优先级的进程可能会饥饿,可以动态调节优先级。例如,在一个进程执行特定CPU时间后将其优先级降低一个级别,或者将处于等待进程的优先级提高一个级别。缺点是响应时间不能保证。 

     

    3.5 混合调度算法

    之前介绍的所有算法都存在缺点,我们自然想设计一个算法合并它们的优点,摒弃它们的缺点。这就是所谓的混合调度算法。该算法的原理是将所有进程分成不同的大类,每个大类为一个优先级。如果两个进程处于不同的大类,则处于高优先级大类的进程优先执行;如果两个进程处于同一个大类,则采用时间片轮转来执行。

    3.6 其他调度算法

    除了上面介绍的各种算法外,有的操作系统还实现了一些其他算法,他们包括:保证调度、彩票调度、用户公平调度。保证调度算法保障每个进程使用1/nCPU时间,保证调度不一定要轮转,每次给的时间片不一定要一样。彩票调度算法,在该算法里,给每个进程分发一定数量的彩票,而调度器则从所有彩票里随机抽取一张彩票,持有该彩票的进程就获得CPU。用户公平调度算法按照每个用户而不是每个进程来进行公平分配。

     

    4. 实时调度算法

    4.1 最早截止任务优先算法(EDF

    EDF调度算法就是最早截止的任务先做。如果新的工作来了,比正在运行的程序截止时间更靠前,那么就抢占当前进程。

     

    4.2 最短周期优先算法(RMS

    EDF算法相对的是所谓的RMS调度算法。该算法在进行调度前先计算出所有任务的优先级,然后按照计算出来的优先级进行调度,任务执行中间既不接收新的进程,也不进行优先级的调整或进行CPU抢占。

     

    5. 优先级倒挂

    优先级倒挂指的是一个低优先级任务持有一个被高优先级认为所需要的共享资源。这样高优先级任务因为资源缺乏而处于受阻状态,一直到低优先级任务释放资源为止。

    三种方法防止优先级倒挂:

    第一:使用中断禁止。这种办法的核心是通过禁止中断来保护临界区。在采用此种策略的系统中只有两个优先级:可抢占优先级和中断禁止优先级。

    第二:优先级上限。思路是让共享的临界区有自己的优先级,并让访问临界区的进程获得临界区的优先级。这样,只要临界区的优先级设置得足够高,就可以避免优先级倒挂。

    第三:优先级继承。如果要完全杜绝优先级倒挂,则需要在任何时候都确保等待资源的进程所具有的优先级必须低于持有资源的进程的优先级。在优先级继承的方式下,当一个高优先级进程等待一个低优先级进程所持有的资源的时候,这个低优先级进程将暂时获得高优先级进程的优先级级别。

     

     

     

     

     

     

     

      

    转载于:https://www.cnblogs.com/chen-bw/p/8257150.html

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空空如也

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进程调度的定义