03-处理机调度

我会带着你远行 2021-08-19 12:44 379阅读 0赞

### 处理机调度 ###

*  基本概念
 *  调度分类
 *   *  高级调度（作业调度）
     *  中级调度（内存调度）
     *  低级调度（进程调度）
 *  进程调度
 *   *  时机
     *  方式
     *  切换与调度
 *  调度算法评价指标
 *   *  CPU利用率
     *  系统吞吐量
     *  周转时间
     *  等待时间
     *  响应时间
 *  调度算法

# 基本概念 #

当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事务无法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是“调度”研究的问题。

在多道程序系统中，进程的数量往往是多于处理机的个数的，这样不可能同时并行地处理各个进程。处理机调度，就是从就绪队列中按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程的并发行。

# 调度分类 #

## 高级调度（作业调度） ##

由于内存空间有限，有时无法将用户提交的作业全部放入内存，因此就需要确定某种规则来决定将作业调入内存的顺序。  
       高级调度（作业调度）。按一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个（或多个）作业，给它们分配内存等必要资源，并建立相应的进程（建立PCB），以使它们获得竞争多处理机的权利。  
       高级调度是外存与内存之间的调度。每个作业只调入一次，调出一次。作业调入时会建立相应的PCB，作业调出时才撤销PCB。高级调度主要指调入的问题，因为只有调入的时机需要操作系统来确定，但调出的时机必然是作业运行结束才调出。

## 中级调度（内存调度） ##

引入了虚拟存储技术之后，可将暂时不能运行的进程调至外存等待。等它重新具备了运行条件且内存又稍有空闲时，再重新调入内存。  
       这么做的目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。  
       暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态。值得注意的是，PCB并不会一起调到外存，而是会常驻内存。PCB中会记录进程数据在外存中的存放位置，进程状态等信息，操作系统通过内存中的PCB来保持对各个进程的监控、管理。被挂起的进程PCB会被放到的挂起队列中。  
       中级调度(内存调度)，就是要决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。  
       一个进程可能会被多次调出、调入内存，因此中级调度发生的频率要比高级调度更高。

**进程的挂起态与七状态模型**：  
       暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态(挂起态)  
       挂起态又可以进一步细分为就绪挂起、阻塞挂起两种状态  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdfemhhb18_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
       注意“挂起”和“阻塞”的区别，两种状态都是暂时不能获得CPU的服务，但挂起态是将进程映像调到外存去了，而阻塞态下进程映像还在内存中。  
       有的操作系统会把就绪挂起、阻塞挂起分为两个挂起队列，甚至会根据阻塞原因不同再把阻塞挂起进程进一步细分为多个队列。

## 低级调度（进程调度） ##

低级调度(进程调度)，其主要任务是按照某种方法和策略从就绪队列中选取一个进程， 将处理机分配给它。  
       进程调度是操作系统中最基本的一种调度，在一般的操作系统中都必须配置进程调度。进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次。

# 进程调度 #

## 时机 ##

**需要进行进程调度与切换的情况**：

1.  当前运行的进程主动放弃处理机

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（如等待 I/O）

1.  当前运行的进程被动放弃处理机

分给进程的时间片用完；  
             有更紧急的事处理（如 I/O 中断）；  
             有更高优先级的进程进入就绪队列

**不能进行进程调度与切换的情况**：

1、在处理中断的过程中。中断处理过程复杂，与硬件密切相关，很难做到在中断处理过程中进程进程切换。  
             2、进程在操作系统内核程序临界区中。  
             3、在原子操作过程中（原语）。原子操作不可中断，要一气呵成（如修改PCB中进程状态标注，并把PCB放到对应队列）。

## 方式 ##

非剥夺调度方式，又称非抢占方式。即，只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中即便有更紧迫的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，直到该进程终止或主动要求进入阻塞态。

剥夺调度方式，又称抢占方式。当一个进程正在处理机上执行时，如果有一个更重要或更紧迫的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的进程，将处理机分配给更重要紧迫的那个进程。

## 切换与调度 ##

“狭义的进程调度”与“进程切换”的区别:  
       狭义的进程调度指的是从就绪队列中选中一个要运行的进程。(这个进程可以是刚刚被暂停执行的进程,也可能是另一个进程，后一种情况就需要进程切换)  
       进程切换是指一个进程让出处理机，由另一个进程占用处理机的过程。

广义的进程调度包含了选择一个进程和进程切换两个步骤。

进程切换的过程主要完成了:  
       1.对原来运行进程各种数据的保存  
       2.对新的进程各种数据的恢复（如:程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等处理机现场信息，这些信息一般保存在进程控制块）

# 调度算法评价指标 #

## CPU利用率 ##

>        指 CPU “忙碌” 的时间占总时间的比例。

**利用率 = 忙碌的时间 / 总时间**

## 系统吞吐量 ##

>        单位时间内完成作业的数量。

**系统吞吐量 = 总共完成了多少道作业 / 总共花了多少时间**

例：某计算机系统处理完 10 道作业，共花费 100 秒，则系统吞吐量为？

10 / 100 = 0.1 道 / 秒。

## 周转时间 ##

>        作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间。

**周转时间 = 作业完成时间 - 作业提交时间**

**平均周转时间 = 各作业周转时间之和 / 作业数**

**带权周转时间 = 作业周转时间 / 作业时间运行时间  
                              = （作业完成时间 - 作业提交时间） / 作业时间运行时间**

**平均带权周转时间 = 各作业带权周转时间之和 / 作业数**

## 等待时间 ##

>        指进程/作业处于等待处理机状态时间之和，等待时间越长，用户满意度越低。  
>        对于进程来说，等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和，在等待I/O完成的期间其实进程也是在被服务的，所以不计入等待时间。  
>        对于作业来说，不仅要考虑建立进程后的等待时间，还要加上作业在外存后背队列中等待的时间。

## 响应时间 ##

>        指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

# 调度算法 #

[处理机调度算法][Link 1]

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[Link 1]: https://blog.csdn.net/wang_zhao_/article/details/103412739