操作系统原理之进程调度与死锁(三)

一、进程调度的功能与时机

进程调度：进程调度的功能由操作系统的进程调度程序完成

具体任务：按照某种策略和算法从就绪态进程中为当前空闲的cpu选择在其上运行的新进程。

进程调度的时机：进程正常或异常结束、进程阻塞、有更高优先级进程到来、时间⽚用完时都会导致进程调度。

二、进程调度算法

什么样的算法是好的算法？

• 周转时间短：作业从提交给系统开始，到作业完成，花费时间短

　       　

               

 

• 响应时间快：从用户提交作业开始，到系统开始响应，花费时间短
• 截止时间的保证：保证作业在“开始截止时间”前开始，在“完成截止时间”前完成
• 系统吞吐量高：系统在单位时间内完成的作业量多
• 处理机利用率好：cpu的利用率尽可能高

进程调度算法：

先来先服务调度算法（fcfs） ：从就绪队列的队首选择最先到达就绪队列的进程，为该进程分配cpu

周转时间=进程的周转时间

系统平均周转时间=所有进程的周转时间之和，然后除以进程个数

 带全平均周转时间w=每个进程的周转时间除以该进程的服务时间，然后相加，最后除以进程个数

缺点：服务时间段的进程等待时间较长，整个周转时间较长。

 

短进程优先调度算法（spf）：从就绪队列中选择估计运行时间最短的进程，为该进程分配cpu

 优点 ：与fcfs算法相比，短进程优先算法能有效降低进程的平均等待时间，提高系统吞吐量

  缺点： 对长进程不利；不能保证紧迫进程的处理；进程长短由用户估计，不一定准确。

优先权调度算法：统将cpu分配给就绪队列中优先权最高的进程 

• 非抢占式：运行期间，有更高优先权的进程到来，也不能剥夺cpu
• 抢占式：运行期间，有更高优先权的进程到来，就可以抢占cpu

优先权类型

• 静态优先权：创建时确定，运行期间保持不变 
• 动态优先权：创建时确定，随着进程推进或等待时间增加而改变

该算法存在的问题：无穷阻塞(饥饿问题)；解决的方案（老化技术）：增加等待时间很长的进程的优先权 

时间片轮转调度算法（rr）：

系统将所有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分给队首进程，并令其执行一个时间片。当时间片用完时，调度程序终止当前进程的执行，并将它送到就绪队列的队尾。

 

 

1、时间片⼤小确定时

t=nq       t:系统响应时间        n:进程数量     q:时间片

• 系统对响应时间的要求：响应时间要求越短，时间片越小
• 就绪队列中进程的数目：进程数量越多，时间片越小
• 系统的处理能力：处理能力越好，时间片越小

【例】进程a、b、c、d需要运行的时间分别为20ms、10 ms、15 ms、5 ms，均在0时刻到达。到达的先后次序为a、b、c、d。如果时间片分别为1 ms和5ms，计算各个进程的带权周转时间和平均带权周转时间。

 

 

 

多级队列调度算法：将就绪队列分成多个独⽴队列，每个队列有自己的调度算法

优先级高队列  p1 、p2、 p3 、p4     

优先级低队列  p5、 p6 、p7             

多级反馈队列调度算法：建立多个优先权不同的就绪队列，每个队列有大小不同的时间片

 队列优先权越高，时间片越短

 队列优先权越低，时间片越长

 

 三、实时系统中的调度

实现实时调度的基本条件：

1、提供必要的调度信息：就绪时间 、开始截止时间 、完成截止时间、处理时间、 资源要求 、优先级

2、系统处理能力强：假定系统中有m个周期性的实时进程，它们的处理时间可表示为ci，周期时间表示为pi，则在单处理机情况下，必须满足如下公式的限制条件：

 

 

3、采用抢占式调度机制(使用最广泛的方式)

4、具有快速切换机制：   对外部中断的快速响应能力    快速的进程切换能力

 

常用的实时调度算法：

 1、最早截止时间优先算法edf（淘宝&京东）：开始截止时间越早，进程优先级越高，越优先获得cpu

 

 2、最低松弛度优先算法llf：根据实时进程的紧迫程度来进行调度的算法

 

 

 

 

四、进程切换

五、 多处理器调度

六、 死锁