处理机调度:多道程序环境下,动态的把处理机分配给就绪队列中的一个进程使之执行。
提高处理机的利用率、改善系统性能,很大程度上取决于处理机调度的性能。
处理机调度便成为OS设计的中心问题之一。分配的任务由处理机调度程序完成。
作业进入系统驻留在外存的后备队列上,再至调入内存运行完毕,可能要经历下述三级调度。
1.高级调度
2.中级调度
3.低级调度
高级调度
又称作业调度或长程调度(Long-Term Scheduling),接纳调度(Admission Scheduling)
主要在早期批处理阶段,处理在外存上的作业。
决定外存后备队列中的哪些作业调入内存;
为它们创建进程、分配必要的资源;
将新创建的进程排在就绪队列上,准备执行。
作业调度决定的细节
在每次执行作业调度时,都须作出两个决定:
1.接纳多少作业——取决于多道程序度。应根据系统的规模和运行速度等情况综合考虑。
2.接纳哪些作业——取决于采用的调度算法。如先来先服务,短作业优先等
系统运行并不一定存在高级调度
批处理系统:作业进入系统后先驻留外存,故需要有作业调度。
分时系统:为及时响应,作业由终端直接送入内存,故不需作业调度。
实时系统中,通常也不需作业调度。
进程调度方式
1)非抢占方式(Non-preemptive Mode)
一旦处理机分配给某进程,该进程一直执行。决不允许其他进程抢占已分配运行进程的处理机。
2)抢占方式(Preemptive Mode)
允许调度程序根据某种原则,暂停某个正在执行的进程,将处理机重新分配给另一进程。
调度程序的任务职能:调度和分派。
(1) 记录系统中所有进程的有关情况
(2) 确定分配处理机的原则
(3) 分配处理机给进程
(4) 从进程收回处理机
三种调度的频率和复杂度
进程调度:运行频率最高,算法不能太复杂,以免占用太多的CPU时间。分时系统通常10~100ms便进行一次。
作业调度:一个作业运行完毕退出系统时即触发重新调度一个新作业入内存,周期较长,大约几分钟一次。因而也允许作业调度算法花费较多的时间。
中级调度:运行频率基本上介于上述两种调度之间。
调度队列模型
不论高级、中级或者低级调度,都涉及到进程队列,由此形成了三类调度队列模型。从这三种方式中体验调度的过程。
1.仅有进程调度的调度队列模型
2.具有高级和低级调度的调度队列模型
3.同时具有三级调度的调度队列模型
.选择调度方式和调度算法的若干准则
1)面向用户的准则
2)面向系统的准则
不同系统需求各有侧重
批处理系统
平均周转时间短
系统吞吐量高
处理机利用率好
分时系统
响应时间快
均衡
实时系统
截至时间的保证
可预测性
调度的实质就是一种资源分配。不同的系统和系统目标,通常采用不同的调度算法——适合自己的才是最好的。
1、先来先服务调度算法FCFS
按照作业提交,或进程变为就绪状态的先后次序分派CPU;
新作业只有当当前作业或进程执行完或阻塞才获得CPU运行
被唤醒的作业或进程不立即恢复执行,通常等到当前作业或进程出让CPU。 (所以,默认即是非抢占方式)
2. 短作业(进程)优先调度算法SJF/SPF
优点:
通过上表可见采用SJF/SPF算法,平均周转时间、平均带权周转时间都有明显改善。SJF/SPF调度算法能有效的降低作业的平均等待时间,提高系统吞吐量。
方式:
分抢占和非抢占两种方式,上例为简单的非抢占式。
SJF/SPF的不足:
1. 对短作业有利,但同时造成了对长作业的不利。
2.由于作业(进程)的长短含主观因素,不一定能真正做到短作业优先。
3.未考虑作业的紧迫程度,因而不能保证紧迫性作业(进程)的及时处理。
3. 高优先权优先调度算法HPF
优先权 =(等待时间+要求服务时间)/要求服务时间
= 响应时间 / 要求服务时间
4. 基于时间片的轮转调度算法RR
分时系统新需求:及时响应用户的请求;采用基于时间片的轮转式进程调度算法。
早期分时系统采用的是简单的时间片轮转法,进入90年代后广泛采用多级反馈队列调度算法。
(1)时间片轮转算法
将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则,排成一个队列。
每次调度时将CPU分派给队首进程,让其执行一个时间片。时间片的长度从几个ms到几百ms。
在一个时间片结束时,发生时钟中断。
调度程序据此暂停当前进程的执行,将其送到就绪队列的末尾,并通过上下文切换执行当前就绪的队首进程。
进程阻塞情况发生时,未用完时间片也要出让CPU
时间片长度的选择要与完成一个基本的交互过程所需的时间相当,保证一个基本的交互过程可在一个时间片内完成。
(2)多级反馈队列算法FB
1)设置多个就绪队列,各队列有不同的优先级,优先级从第一个队列依次降低。
2) 赋予各队列进程执行时间片大小不同, 优先权越高,时间片越短。
3)当一个新进程进入内存,引发的调度过程
准备调度:先将它放入第一个队列的末尾,按FCFS原则排队等待调度。
IF时间片内完成,便可准备撤离系统;
IF时间片内未能完成,调度程序便将该进程转入第二队列的末尾等待再次被调度执行。
当第一队列中的进程都执行完,系统再按FCFS原则调度第二队列。在第二队列的稍放长些的时间片内仍未完成,再依次将它放入第三队列。
依次降到第n队列后,在第n队列中便采取按时间片轮转的方式运行。
多级反馈队列调度算法的性能
多级反馈队列调度算法具有较好的性能,能较好的满足各种类型用户的需要。
终端型作业用户。大多属于较小的交互性作业,只要能使作业在第一队列的时间片内完成,便可令用户满意。
短批处理作业用户。周转时间仍然较短,至多在第二到三队列即可完成。
长批处理作业用户。将依次在1~n级队列中轮转执行,不必担心作业长期得不到处理。
实时系统
指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。
指计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性,也取决于结果产生的时间,如果系统的时间约束条件得不到满足,将会发生系统出错。
实时任务:具有明确时间约束的计算任务,有软/硬,随机/周期性之分。
硬实时任务:必须满足任务对截止时间的要求
软实时任务:联系着一个截止时间,但不严格,可偶尔错过,不会对系统造成大的影响。
实现实时调度的基本条件
1.提供必要的信息
为了实现实时调度,系统应向调度程序提供有关任务的下述信息:
就绪时间。该任务成为就绪状态的时间。
开始截止时间、完成截止时间。
处理时间。从开始执行到完成所需时间。
资源要求。任务执行时所需的一组资源。
优先级。根据任务性质赋予不同优先级
2.系统处理能力足够强
3.采用抢占式调度机制
4.具有快速切换机制
对外部中断的快速响应能力。
利用快速硬件中断机构,可在紧迫的外部事件请求中及时响应。
快速的任务分派能力。
使系统中的运行功能单位适当的小,提高切换速度。类如线程的思想
实时调度算法的分类
根据实时任务的性质
硬实时调度算法
软实时调度算法;
按调度方式
非抢占调度算法
抢占调度算法;
根据调度时间不同
静态调度算法
动态调度算法。
多处理机环境下
集中式调度
分布式调度