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  • 进程调度新要求:响应时间

    千次阅读 2020-02-29 16:18:29
    响应时间 T响应时间= T首次运行- T到达时间 引入响应时间的原因:如果使用STCF的调度方式,可以使周转时间最短,但是,如果短任务很多,则没有长任务执行的机会,对长任务来说很“不公平” 轮转 轮转的思想:...

    响应时间

    T响应时间 = T首次运行 - T到达时间

    引入响应时间的原因:如果使用STCF的调度方式,可以使周转时间最短,但是,如果短任务很多,则没有长任务执行的机会,对长任务来说很“不公平”

    轮转

    轮转的思想:设置一个时间片,一个进程使用完一个时间片后,切换到下一个进程。

    使用轮转算法,执行时间长的任务也有机会尽快的运行,从而较长的任务的响应时间也可以变短。

    时间片长度必须是时钟中断周期的倍数。(任务的切换依赖于时钟中断,时钟中断将CPU的控制权交给操作系统)

    这看起来又是一个完美的算法,是不是忽略了什么?时间片的长度是多少?

    任务切换时,需要进行上下文切换,这是一部分时间成本。如果时间片太短,频繁的上下文切换会占用大量的时间;如果时间片太长,则响应时间也会变长。所以,时间片具体的长度,需要权衡。

    轮转的周转时间

    如果只考虑响应时间,在时间片合适的情况下,轮转是很好的算法。

    现在,再来讨论一下轮转的周转时间

    进程编号 到达时刻 执行时间
    0 0 30
    1 0 30
    2 0 30

    暂时不考虑上下文切换的时间成本

    如果轮转时间为10,且每一个进程被调度的概率相同,则可能会有下面的运行情况:

    时刻 0 10 20 30 40 50 60 70 80
    运行的进程 0 1 2 0 1 2 0 1 2
    进程编号 完成时间
    0 70
    1 80
    2 90

    平均周转时间 = (70 + 80 + 90)/3

    如果不使用轮转,平均周转时间 = (30 + 60 + 90)/3

    可见,如果要考虑周转时间,轮转并不是一个好的算法

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  • 41. 进程间通信影响程序响应时间

    千次阅读 2013-10-05 23:05:44
    进程间通信影响程序响应时间  响应时间对软件的可用性是至关重要的。没什么比等待软件响应更令人烦躁了,特别是与软件交互中涉及到了重复的激励和响应。我们会感觉软件是在浪费我们的时间、影响我们的产出。然而,...

    进程间通信影响程序响应时间

            响应时间对软件的可用性是至关重要的。没什么比等待软件响应更令人烦躁了,特别是与软件交互中涉及到了重复的激励和响应。我们会感觉软件是在浪费我们的时间、影响我们的产出。然而,糟糕的响应时间的产生原因并没有被认真分析,特别是现代程序中。很多性能管理的文艺仍然专注于数据结构与算法,一些在某些场景中可能导致不同结果的问题,但在现代的多层的企业应用程序中不太可能是决定性能的主要因素。
            当这些应用程序出现性能问题时,我的经验是在数据结构和算法中寻找可改进的地方往往不是正确的方向。响应时间很大程度上决定于激励各应架构中的远程进程间通信(IPC)的数量。尽管可能有本地的瓶颈,但远程进程间的通信往往起主导作用。每个远程进程通信都会给总的响应时间造成一定不可忽视的延时,这些单独的延迟会叠加到一起,特别是它们顺序发生时。
             使用对象关系映射的应用程序中的波纹式载入是一个首要的例子。波纹载入描述了为了创建一个对象图而顺序执行的很多个数据库调用以选择所需的数据(见 Lazy Load,《企业应用软件架构模式》,Martin Fowler著)。当数据库客户端是一个中间层的渲染网页的应用服务器时,数据库的调用通常是单线程中顺序执行的。他们单个的延时会累积到总的响应时间中去。即使每个数据库调用中用10ms,需要1000次调用的网页(这并不罕见)会花费至少10秒的响应时间。其它的例子包括Web服务调用,浏览器的HTTP请求,分布对象调用,请求回答报文,以及自定义网络协议中的数据网格交互。一个激励所需的进程间通信越多,总的响应时间就越大。
            有一些相对显著的、著名的减少每个激励的进程间通信的策略。一个是应用吝啬原则,优化进程间的接口,以便通过最少的交互来仅仅交换所需的正确数据。另一个策略是尽可能并行化进程间的通信,这样总的响应时间就主要由最长延时的通信决定了。第三个策略是缓存先前的通信的结果,这样后续可以通用本地缓存避免进程间通信。
             当你在设计一个应用程序时,请留意对于每个激励的进程间通信的数量。在分析性能差的程序时,我经常发现进程间通信与激励的比例一般是1000比1。减少这个比例,不管是通过缓存还是并行化,或者其它技术,比通过选择数据结构或者调整排序算法的效果要好得多。
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  • 本次试验是使用程序来模拟操作系统中进程调度的三种不同的调度策略,分别为最短作业有限、时间片轮转、最高响应比。 模拟的情况下,进程数为8,进程所需执行时间为随机产生的整数,单位为1S,默认进程同时到达。 ...

    本次试验是使用程序来模拟操作系统中进程调度的三种不同的调度策略,分别为最短作业有限、时间片轮转、最高响应比。

    模拟的情况下,进程数为8,进程所需执行时间为随机产生的整数,单位为1S,默认进程同时到达。

    以下是实验的代码:

    Process.java是测试类,用于生成进程列表和测试三种不同的调度策略。

    SJF.java是模拟实现最短作业优先的调度策略。

    RR.java是模拟实现时间片轮转的调度策略。

    HRRN.java是模拟最高响应比的调度策略。

    工程下载地址:

    http://download.csdn.net/detail/qq_24369113/9711633

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /**
     * Created by 32706 on 2016/12/8.
     * 用于生成随机的进程列表,并测试三种不同的调度算法
     */
    public class Process {
    
        public static List<double []> task_info=new ArrayList<>();//进程列表
        public static  int task_num=8;//进程数
    
    
        public static  void init_task()//初始化进程列表
        {
            for(int i=0;i<task_num;i++)
            {
                double[] t=new double[4];
                t[0]=i;//进程号
                t[1]=0;//到达时间
                t[2]=0;//响应比
                t[3]=(int)(Math.random()*100)%20+1;//需要运行时间
                task_info.add(t);
            }
        }
    
        public static void main(String arg[])
        {
            Process.init_task();//初始化进程列表
    
    
            System.out.println("最短作业优先================================================");
            SJF.init_task(task_info,task_num);
            SJF.SJF();//最短作业优先
    
    
            System.out.println("\n\n最高相应比================================================");
            HRRN.init_task(task_info,task_num);
            HRRN.HRRN();//高相应比
    
    
            System.out.println("\n\n时间片轮转================================================");
            RR.init_task(task_info,task_num);
            RR.CircleTime();//时间片轮转
    
    
    
    
    
    
    
        }
    }
    




    import java.text.SimpleDateFormat;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Date;
    import java.util.List;
    
    /**
     * Created by 32706 on 2016/12/8.
     * 最短时间优先算法
     */
    public class SJF {
    
        private static int task_num = 8;
        public static List<double[]> task_time = new ArrayList<>();
        private static SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("HHmmss");
        private static SimpleDateFormat tm = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
        private static List<double[]> execute_time = new ArrayList<>();
    
    
    
        public static void SJF() {
    
            for (int i = 0; i < task_num; i++) {
                try {
                    double[] t = get_task(task_time);
                    int current_task_time = (int) t[3];
                    int task_NO = (int) t[0];
                    System.out.print(tm.format(new Date()) + "第" + task_NO + "号进程开始执行====");
    
                    Thread.sleep(1000 * current_task_time);
                    System.out.println("  " + tm.format(new Date()) + "执行完成=====用时为" + current_task_time + "S");
    
    
                    double exe_time =System.currentTimeMillis() - t[1];
                    double[] e = new double[2];
                    e[0] = task_NO;
                    e[1] = exe_time;
                    execute_time.add(e);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
    
                }
    
            }
    
    
           show_time();
    
        }
    
    
        public  static void show_time()
        {
            double sum_time=0;
            for(int i=0;i<execute_time.size();i++)
            {
                double[] t=execute_time.get(i);
                System.out.println("task:"+t[0]+":周转时间="+(int)(t[1]/1000)+"S");
                sum_time+=t[1];
            }
            System.out.println("使用最短作业优先的策略,平均周转时间为:"+(int)(sum_time/execute_time.size()/1000)+"S");
        }
    
        public static double[] get_task(List<double[]> task_time) {
            double[] rt = new double[4];
            double smallest_time = 50;
    
            int t = -1;
            for (int i = 0; i < task_time.size(); i++) {
                if (task_time.get(i)[3] < smallest_time) {
                    smallest_time = task_time.get(i)[3];
                    t = i;
                }
            }
            rt = task_time.get(t);
            task_time.remove(t);
    
            return rt;
        }
    
        static void init_task(List<double[]> task_info, int tn) {
            task_num = tn;
            for (int i = 0; i < task_num; i++) {
                double[] t = task_info.get(i);
                t[1] = System.currentTimeMillis();
    
                task_time.add(t);
    
            }
        }
    
    
    }
    




    import java.text.SimpleDateFormat;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Date;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
    
    /**
     * Created by 32706 on 2016/12/8.
     * 时间片轮转调度算法
     */
    public class RR {
    
        private  static SimpleDateFormat tm= new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
        private  static  int task_num=8;
        private  static  int Circle_size=4;//定义时间片大小
        public  static  ArrayBlockingQueue task_q=new ArrayBlockingQueue(task_num);//进程队列
        private  static  List<double[]> execute_time=new ArrayList<>();//进程执行时间
    
        public  static  void CircleTime()
        {
            try {
                while (true) {
                    double[] t = new double[4];
                    t = (double[])task_q.take();
                    int current_task_time=(int)t[3];
                    int task_NO=(int)t[0];
                    System.out.print(tm.format(new Date())+"第" +task_NO+"号进程开始运行====");
                    if(current_task_time<=Circle_size)//如果能够在本时间片中运行完成
                    {
                        Thread.sleep((long) current_task_time*1000);//模拟运行所需时间
                        System.out.println(tm.format(new Date())+"结束执行=====本次用时"+current_task_time+"S");
                        double[] exe_t=new double[2];
                        exe_t[0]=task_NO;
                        exe_t[1]=System.currentTimeMillis()-t[1];//计算该进程所用的周转时间
                        execute_time.add(exe_t);//加入到周转时间队列
                    }
                    else {//如果不能再本次时间片中运行完
                        t[3]=t[3]-Circle_size;
                        task_q.put(t);
                        Thread.sleep(Circle_size*1000);
                        System.out.println(tm.format(new Date())+"本次时间片用完~~~~~进程等待");
                    }
    
    
                    if(task_q.size()==0)//如果进程队列为空了,就退出循环
                        break;
    
    
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
    
            }
            show_time();//显示每个进程的调度时间
    
        }
    
    
        public static  void show_time()//显示每个进程的调度时间
        {
            double sum_time=0;
            for(int i=0;i<execute_time.size();i++)
            {
                double[] t=execute_time.get(i);
                System.out.println("task:"+t[0]+":周转时间="+(int)(t[1]/1000)+"S");
                sum_time+=t[1];
            }
            System.out.println("使用时间片轮转的策略,平均周转时间为:"+(int)(sum_time/execute_time.size()/1000)+"S");
    
        }
    
        static void init_task(List<double []> in,int tn)//初始化进程列表
        {
            task_num=tn;
            for(int i=0;i<task_num;i++)
            {
                double [] t=in.get(i);
                t[1] = System.currentTimeMillis();//获得进程到达时间
                try {
                    task_q.put(t);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
            }
        }
    }
    

    import java.text.SimpleDateFormat;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Date;
    import java.util.List;
    
    /**
     * Created by 32706 on 2016/12/8.
     */
    public class HRRN {
        private  static SimpleDateFormat tm= new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
        public  static List<double []> task_info=new ArrayList<>();//进程信息列表
        public static  int task_num=8;//进程数
        private static List<double[]> execute_time = new ArrayList<>();//进程周转时间列表
    
    
        public static  void HRRN(){
    
            for(int i=0;i<task_num;i++)
            {
                get_ratio();//每次循环时计算一次响应比
                double [] tem=get_a_task();//从进程列表中得到一个最高响应比的任务
                System.out.print(tm.format(new Date())+"第"+(int)tem[0]+"号进程开始运行====");
                try {
                    Thread.sleep((long) tem[3]*1000);//模拟进程执行所需要的时间
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(tm.format(new Date())+"进程结束运行=====用时为"+(int)tem[3]+"S");
                double[] exe_t=new double[2];
                exe_t[0]=tem[0];
                exe_t[1]=System.currentTimeMillis() - tem[1];
                execute_time.add(exe_t);
    
            }
    
            show_time();//显示每个进程的周转时间
    
        }
    
        public  static void show_time()//显示每个进程的周转时间
        {
            double sum_time=0;
            for(int i=0;i<execute_time.size();i++)
            {
                double[] t=execute_time.get(i);
                System.out.println("task:"+t[0]+":周转时间="+(int)(t[1]/1000)+"S");
                sum_time+=t[1];
            }
            System.out.println("使用最高响应比的策略,平均周转时间为:"+(int)(sum_time/execute_time.size()/1000)+"S");
    
        }
    
       public static  double[] get_a_task()//根据响应比,返回一个最高相应比进程
       {
           double[]rt=new double[4];
           double max_ratio=0;
           int NO=-1;
           for(int i=0;i<task_info.size();i++)
           {
               if(task_info.get(i)[2]>max_ratio)
               {
                   rt=task_info.get(i);
                   max_ratio=task_info.get(i)[2];
                   NO=i;
               }
           }
           task_info.remove(NO);//如果一个进程被选中,则在进程列表中删除掉
           return rt;
    
    
       }
    
        public static  void init_task(List<double[]> in,int tn)//初始化进程列表
        {
            task_num=tn;
            for(int i=0;i<in.size();i++)
            {
                double[] t=in.get(i);
                t[1]=System.currentTimeMillis();//获得进程到达时间
                task_info.add(t);
            }
        }
    
        public static  void  get_ratio()//计算每一个进程当前的响应比
        {
            for(int i=0;i<task_info.size();i++)
            {
                double[] t=task_info.get(i);
                task_info.remove(i);
                double ratio=(System.currentTimeMillis()-t[1])/t[3]+1;//计算响应比
                t[2]=ratio;
                task_info.add(t);
    
            }
    
        }
    
    
    
        public static void main(String arg[])//用于本类测试
        {
            Process.init_task();
            init_task(Process.task_info,Process.task_num);
            HRRN();
        }
    
    }
    





    实验结果如下所示:

    "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\bin\java" -Didea.launcher.port=7534 "-Didea.launcher.bin.path=D:\软件\intellij idea\IntelliJ IDEA 2016.2.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_102\jre\lib\rt.jar;E:\java project\process scheduling\out\production\process scheduling;D:\软件\intellij idea\IntelliJ IDEA 2016.2.2\lib\idea_rt.jar" com.intellij.rt.execution.application.AppMain Process
    最短作业优先================================================
    11:50:19第1号进程开始执行====  11:50:22执行完成=====用时为3S
    11:50:22第0号进程开始执行====  11:50:26执行完成=====用时为4S
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    11:50:45第2号进程开始执行====  11:50:59执行完成=====用时为14S
    11:50:59第4号进程开始执行====  11:51:13执行完成=====用时为14S
    11:51:13第5号进程开始执行====  11:51:31执行完成=====用时为18S
    11:51:31第6号进程开始执行====  11:51:49执行完成=====用时为18S
    task:1.0:周转时间=3S
    task:0.0:周转时间=7S
    task:3.0:周转时间=15S
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    task:6.0:周转时间=90S
    使用最短作业优先的策略,平均周转时间为:38S
    
    
    最高相应比================================================
    11:51:49第2号进程开始运行====11:52:03进程结束运行=====用时为14S
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    task:2.0:周转时间=14S
    task:1.0:周转时间=17S
    task:0.0:周转时间=21S
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    task:7.0:周转时间=40S
    task:4.0:周转时间=54S
    task:5.0:周转时间=72S
    task:6.0:周转时间=90S
    使用最高响应比的策略,平均周转时间为:42S
    
    
    时间片轮转================================================
    11:53:19第0号进程开始运行====11:53:23结束执行=====本次用时4S
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    11:53:38第5号进程开始运行====11:53:42本次时间片用完~~~~~进程等待
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    11:53:50第2号进程开始运行====11:53:54本次时间片用完~~~~~进程等待
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    11:54:02第5号进程开始运行====11:54:06本次时间片用完~~~~~进程等待
    11:54:06第6号进程开始运行====11:54:10本次时间片用完~~~~~进程等待
    11:54:10第7号进程开始运行====11:54:14本次时间片用完~~~~~进程等待
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    11:54:26第6号进程开始运行====11:54:30本次时间片用完~~~~~进程等待
    11:54:30第7号进程开始运行====11:54:33结束执行=====本次用时3S
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    11:54:35第4号进程开始运行====11:54:37结束执行=====本次用时2S
    11:54:37第5号进程开始运行====11:54:41本次时间片用完~~~~~进程等待
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    11:54:47第6号进程开始运行====11:54:49结束执行=====本次用时2S
    task:0.0:周转时间=4S
    task:1.0:周转时间=7S
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    task:7.0:周转时间=74S
    task:2.0:周转时间=76S
    task:4.0:周转时间=78S
    task:5.0:周转时间=88S
    task:6.0:周转时间=90S
    使用时间片轮转的策略,平均周转时间为:57S
    
    Process finished with exit code 0





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    通过一个多道编程的具体例子,来看看多道编程时计算机里面事件的发生顺序和多道编程环境下系统响应时间的提升。

    假定我们有4个程序,每个程序花费80%的时间进行I/O,20%的时间使用CPU,每个程序的启动时间和其需要使用CPU进行计算机的分钟数如表4-1所示。


    从0点0分开始到0点10分,系统里只有1个程序,因此属于单道编程状态。单道编程时CPU的利用率为20%,因此第1个程序在该10分钟里总共使用了CPU达2分钟(其他8分钟都用来进行I/O了)。0点10分到0点15分,系统里面有两个程序,因此属于2道编程。2道编程时CPU利用率为36%,则在5分钟时间内,CPU使用了1.8分钟。假定这两个程序完全平等,则每个程序使用CPU的时间是0.9分钟。至此,程序1总共运行了2.9分钟CPU时间,程序2运行了0.9分钟CPU时间。

    从0点15分开始到0点20分,系统里面有3个程序,因此属于3道编程状态。3道编程时CPU的利用率为48.8%,则在这5分钟时间内,CPU被占用了大约2.4分钟(其他2.6分钟都用来I/0了)。同样,假定所有程序完全平等,则每个程序使用CPU的时间为0.8分钟。至此,程序1总共运行了3.7分钟CPU时间,程序2运行了1.7分钟CPU时间,程序3运行了0.8分钟CPU时间。此时,程序1离结束所需要的CPU时间最短,仅为0.3分钟。

    从0点20分开始,系统里面有4份额程序,因此属于4道编程。我们知道4道编程时CPU利用率为59%而如果程序1想再运行0.3分钟CPU时间,则整个系统需运行时间约为2分钟(2分钟时间内CPU共被使用1.2分钟,平均每个程序使用CPU时间为0.3分钟)因此在0点22分时,第一个程序执行完毕,系统变为3道编程。

       此时,程序1结束,程序2总共运行了2分钟CPU时间,程序3运行了1.1分钟CPU时间程序4运行了0.3分钟CPU时间。此时,程序3离所需的CPU时间最短,为0.9分钟。那么系统需要运行多长时间才能使程序3获得0.9分钟的CPU时间呢?答案是5.6分钟。因为3道编程的CPU利用率大约为48%,而5.6分钟内CPU的时间约是2.7分钟。三个程序平分,每个程序运行了0.9分钟CPU时间。因此,到0点27.6分钟,系统里只剩下两个程序。而在1.6分钟后,即0点28.2分钟时,程序2将结束运行,剩下程序4一个程序。该程序则在0点31.7分钟时结束运行。整个事件发生顺序,如图4-5所示。








    多道编程比起单道编程,系统平时响应时间缩短了11.375分钟,响应时间减少了41.37%。多道编程带来的好处到底有多少和每个程序的性质、多道编程的度数、进程切换消耗等有关。但一般说来,只要度数适当,多道编程总是利大于弊。


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进程响应时间