恶补《操作系统》2_2——王道学习笔记

2.2_1 处理机调度的概念、层次

基本概念:通常进程数量大于处理机数量,所以要按照一定的算法选择一个进程,并将处理机分配给它运行,以实现进程的并发执行

1 三个层次

  1. 高级调度(作业调度)

辅助外存与内存之间的调度,作业调入时会建立相应的PCB,作业调出时才撤销PCB,调入可由操作系统决定,调出由作业运行结束才调出

  1. 中级调度(内存调度)

将暂时不用的进程放到外存(PCB不外放),提高内存利用率和系统吞吐量,进程状态为挂起状态,形成挂起队列。(发生频率比高级的要高)

  1. 低级调度(进程调度)

最基本,用算法为进程分配处理机资源,几十ms一次

2 三层调度的联系、对比

七状态模型=五状态+就绪挂起+阻塞挂起

(五状态前面学了,进程的"挂起态"分为就绪挂起、阻塞挂起)

2.2_2 进程调度的时机、切换与过程调度方式

进程调度就是上一节中的低级调度。

1、时机

什么时候需要进程调度?

  • 主动放弃(进程正常终止、运行过程中发生异常而终止、进程主动请求阻塞)
  • 被动放弃(分给进程的时间片用完、有更紧急的事需要处理、有更高优先级的进程进入就绪队列)

什么时候不能进行进程调度?

  • 在处理中断的过程中
  • 在操作系统内核程序临界区中
  • 临界资源:一个时段段内各进程互斥地访问临界资源;
  • 临界区:访问临界资源的那段代码;
  • 内核程序临界区:用来访问某种内核数据结构,如会访问就绪队列,导致其上锁;
  • 在原子操作过程中(原语)

2、切换与过程

"狭义的调度"与"进程切换"的区别?

  • 狭义:选择一个要运行的进程
  • 广义:狭义+进程切换(一个让出 另一个占用)

进程切换的过程需要做什么?

  • 对原来运行进程各种数据的保存
  • 对新的进程各种数据的恢复

3、方式

非剥夺调度方式(非抢占式)

  • 只允许进程主动放弃处理机

剥夺调度方式(抢占式)

  • 进程被动放弃,可以优先处理紧急任务,适合分时操作系统、实时操作系统

2.2_3 调度算法的评价指标

1、CPU利用率

CPU利用率=CPU忙碌的时间/总时间

其他设备同理:利用率=忙碌的时间/总时间

例:

2、系统吞吐量

系统吞吐量=总共完成了多少道作业/总共花了多少时间

3、周转时间

(1)周转时间(提交作业的时间-完成作业花费的时间)

(2)平均周转时间(各作业周转时间之和/作业数)

(3)带权周转时间(作业周转时间/作业实际运行的时间)

(4)平均带权周转时间(各作业带权周转时间/作业数)

(1)和(3)都是越小越好

4、等待时间

进程或作业等待处理机状态时间的和

进程:等待被服务的时间之和

作业:建立后的等待时间+作业在外存后备队列中等待的时间

5、响应时间

从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

2.2_4 FCFS、SJF、HRRN调度算法(适合早期批处理)

1、先来先服务(FCFS)

先到达先进行服务

作业-后备队列;进程-就绪队列;

非抢占式

公平、算法简单

对长作业有利、对短作业不利(如:排队买奶茶)、不会饥饿

2、短作业优先(SJF,shortest job first)

最短(服务时间最短)的作业优先得到服务,时间相同,先到达的先被服务

(1)非抢占式(SJF):选最短需要时间的作业先进入运行态

(2)抢占式(SRTN):有新作业进入就绪队列或有作业完成了,考察队列中的最小需要时间的作业

在所有进程都几乎同时到达时,采用SJP调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少

若无红色前提,抢占式的短作业/进程的平均时间最少

优点:"最短的"平均等待时间,平均周转时间

缺点:对短作业有利,对长作业不利,可能产生长作业饥饿现象

3、高响应比优先(HRRN)

要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间

在每次调度时先计算各个作业/进程的响应比,选择响应比最高的作业/进程为其服务

响应比=(等待时间+要求服务时间)/要求服务时间

非抢占式

进程主动放弃CPU时,需要该算法选取就绪队列的作业

不会饥饿

2.2_5 时间片轮转、优先级调度、多级反馈队列

(适合交互式系统的调度算法)

1、时间片轮转算法(RR)

(1)算法思想:公平轮流地位各个进程服务,让每个进程在一定时间间隔内都可以得到响应

(2)算法规则:按照各进程到达就绪队列的顺序,轮流让各个进程执行一个时间片(如100ms)。若进程未在一个时间片内执行完,则剥夺处理机,将进程重新放到就绪队列对位重新排队。

(3)优点:响应块,适用于分时操作系统

(4)缺点:由于高频率的进程切换,因此有一定的开销;不区分任务的紧急程度

不会饥饿

(5)时间片不能太大,会增大进程响应时间,可能会退化为先来先服务调度算法。

2、优先级调度算法

(1)算法思想:根据任务的紧急程度来决定处理顺序

(2)算法规则:每个进程/作业有各自的优先级,调度时选择优先级最高的作业/进程;当优先级相同,就选择先到达的;

(3)适用:作业/进程/IO

(4)抢占式/不可抢占均有(不可抢占:注意进程主动放弃处理机的情况;抢占式:如果到达发现自己优先级最高,可以抢占处理机)

(5)通常:系统进程优先级高于用户进程,前台进程优先级高于后台进程,操作系统更偏好I/O进程

(6)可以从追求公平、提升资源利用率等角度考虑改变优先级

(7)可能会饥饿

3、多级反馈队列调度算法

(1)算法思想:对其它算法调度的这种权衡

(2)算法实现:设置多级就绪队列,各级队列优先级从高到低,时间片从小到大。新进程到达时先进入第一级队列,按照FCFS原则排队等待被分配时间片。若用完时间片进程还未结束,则进程进入下一级队列对位。如果此时已经在最下级的队列,则重新放回最下级队列末尾。啊只有第K级队头的进程为空时,才会为K+1级对头的进程分配时间片,被抢占处理机的进程重新放回原队列队尾。

(3)优点:对各个进程相对公平(FCFS的优点),每个新到达的进程都可以很快就得到响应(RR的优点);短进程只用较少的时间就可以完成(SPF的优点);不必实现估计进程的运行时间(避免用户作假);可灵活地调整对各类进程的偏好程度,比如CPU密集型进程、IO密集型进程

默认抢占式;会饥饿;

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