OS学习笔记三：处理器调度

Posted 2022-07-26 jiankunking

一、 处理器调度的相关概念

1、CPU调度

CPU调度其任务是控制 、协调进程对CPU的竞争。

即按一定的调度算法从就绪队列中选择一个进程，把CPU 的使用权交给被选中的进程如果 没有就绪进程，系统会安排一个 系统空闲进程或idle

2、进程切换

进程切换：是指一 个进程让出处理器，由另一个进程占用处理器的 过程

• 进程 切换主要包括两部分工作：

• 切换全局页目录以加载一个新的地址空间
• 切换 内核栈 和硬件上下文，其中硬件上下文包括了内核执行新进程需要的全部信息 ， 如CPU 相关 寄存器

切换过程包括了 对原来运行进程各种状态 的保存和对 新的进程各种状态 的恢复

3、进程上下文切换具体步骤

场景：进程A 下CPU ，进程B 上CPU

1. 保存进程A 的上下文环境（程序计数器、程序状态字、其他寄存器…… ）
2. 用新状态和其他相关信息更新进程A 的PCB
3. 把进程A 移至合适的队列（就绪、阻塞…… ）
4. 将进程B 的状态设置为运行态
5. 从进程B 的PCB 中恢复 上下文（程序计数器 、 程序状态字、其他寄存器…… ）

4、进程上下文切换开销

• 直接开销：内核完成切换所用 的CPU 时间

• 保存和恢复寄存器……
• 切换地址空间 （相关指令比较 昂贵）

• 间接开销

• 高速缓存(Cache) 、缓冲区缓存(Buffer Cache) 和TLB(Translation Look-aside Buffer)

二、设计调度算法要考虑的几个问题

1、调度算法衡量指标

• 吞吐量 Throughput — 每单位时间完成的进程数目
• 周转时间TT(Turnaround Time)
  每个进程从提出请求到运行完成的时间
• 响应时间RT(Response Time)
  从提出请求到第一次回应的时间
• 其他

• CPU 利用率(CPU Utilization)

CPU 做有效工作的时间比例

• 等待时间(Waiting time)

每个进程在就绪队列(ready queue) 中等待的时间

三、多处理器调度算法设计

• 不仅要决定选择哪一个 进程执行
• 还需要决定在 哪一个CPU 上执行
• 要 考虑进程在多个CPU 之间迁移时的开销
• 高速缓存失效、TLB 失效
• 尽可能使进程总是在同一个CPU 上执行
• 如果每个进程可以调度到所有CPU 上，假如进程上次在CPU1 上执行，本次被调度到CPU2 ，则会 增加高速缓存 失效、TLB 失效； 如果 每个 进程尽量调度到指定的CPU 上，各种失效就会减少
• 考虑 负载 均衡问题

四、批处理系统中采用的调度算法

• 先来先服务（FCFS-First Come First Serve ）
• 最短作业优先（SJF-Shortest Job First ）
• 最短剩余时间优先（SRTN-Shortest Remaining Time Next ）
• 最高相应比优先（HRRN-Highest Response Ratio Next ）

五、交互式系统中采用的调度算法

• 轮转调度（RR-Round Robin ）
• 最高优先级调度（HPF—Highest Priority First ）
• 多级反馈队列（Multiple feedback queue ）
• 最短进程优先（Shortest Process Next ）

六、WINDOWS 线程调度

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作者：jiankunking​