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