CPU调度 操作系统笔记整理系列

Posted 2022-12-03 雨宙

CPU调度

调度算法

多级队列调度

1. 多级队列调度算法将ready队列分成多个单独队列
2. 根据进程属性，如内存大小、进程优先级、进程类型等，一个进程永久分到一个队列
3. 每个队列有自己的调度算法，如FCFS、RR等
4. 队列之间应有调度，通常采用固定优先级抢占调度，系统进程、交互进程、交互编辑进程、批处理进程、学生进程，五个队列优先级由高到低，每个队列与更低层队列相比具有绝对的领先，例如，只有系统进程、交互进程和交互编辑进程队列都为空，批处理队列内的进程才可运行
5. 另一种队列之间的调度方法是，在队列之间划分时间片，每个队列都有一定比例的CPU时间，可用于调度队列内的进程，例如，前台队列可以有80%的CPU时间，而后台队列可以有20%的CPU时间

多级反馈队列调度

1. 使用多级队列调度算法时，进程被永久地分配到某个队列
2. 与多级队列调度算法相反，多级反馈队列调度算法允许进程在队列之间迁移
3. 根据不同CPU执行的特点来区分进程，如果进程使用过多的CPU时间，那么它会被移到更低的优先级队列，在较低优先级队列中等待过长的进程会被移到更高优先级队列，阻止饥饿的发生
4. 举个栗子，如图，每个进程在进入ready队列后，就被添加到队列0内，队列0内的每个进程都有8ms的时间片，如果一个进程不能在这一时间片内完成，那么它就被移到队列1的尾部，如果队列0为空，队列1头部的进程会得到一个16ms的时间片，如果不能完成那么将被抢占，并添加到队列2，只有当队列0和1为空时，队列2内的进程才可根据FCFS来运行
   
5. 通常，多级反馈队列调度程序可由下列参数来定义：
   （1）队列数量
   （2）每个队列的调度算法
   （3）用以确定何时升级到更高优先级队列的方法
   （4）用以确定何时降级到更低优先级队列的方法
   （5）用以确定进程在需要服务时将会进入哪个队列的方法（进程刚进入ready队列）

多处理器调度

1. 当有多个CPU可用时，CPU调度更加复杂
2. 负载分配
3. 非对称多处理：只有一个处理器访问系统数据结构
4. 对称多处理：每个处理器自我调度
5. 处理器亲和性：避免将进程从一个处理器移到另一个处理器，而是试图让一个进程运行在同一个处理器上

实时调度

1. 硬实时系统：要求在保证的时间内完成关键任务
2. 软实时系统：不保证会调度关键实时进程，只保证这类进程会优先于非关键进程

算法评估

确定性模型

1. 分析评估法：使用给定的算法和系统负荷，生成一个公式或数字，以便评估在该负荷下的算法性能
2. 确定性模型：使用预先给定的算法和系统工作负载，计算在给定负载下每个算法的性能
3. 优点：确定性模型简单快速，给出精确的数值，允许比较算法
4. 缺点：确定性模型要求输入精确数字，而且它的答案只适用于这个情况

排队模型

1. 两种分布：CPU和I/O的执行分布 进程到达系统的时间分布
2. 计算机系统可描述成服务器网络，每个服务器都有一个等待进程队列，CPU是具有ready队列的服务器，I/O系统是具有设备队列的服务器
3. 排队网络分析：已知到达率和服务率，可以计算使用率、平均队列长度、平均等待时间等
4. Little公式：n= w×λ，n为平均队列长度，w为队列平均等待时间，λ为新进程到达队列的平均达到率
5. 优点：比较调度算法
6. 缺点：能够处理的算法和分布相当有限

仿真

1. 为了获得更为精确的调度算法评价，可以使用仿真，代价昂贵

实现

1. 用于评估一个调度算法唯一完全精确方式是：对它进行编程，放在操作系统内，并且观测它如何工作
2. 困难：代价高 使用算法的环境改变