《抢占式调度》课件

抢占式调度RESUMEREPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARY目录CONTENTS抢占式调度的定义抢占式调度的基本原理抢占式调度的实现方式抢占式调度的优缺点抢占式调度与其他调度的比较抢占式调度的应用实例REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME01抢占式调度的定义抢占式调度是一种操作系统任务调度算法，它允许高优先级的任务中断正在执行的低优先级任务，从而确保高优先级任务能够及时得到执行。定义优先级抢占高优先级的任务可以打断低优先级任务的执行，开始执行高优先级任务。非合作性低优先级任务无法通过合作方式获得更多执行时间，只能等待高优先级任务完成后才能继续执行。时间片轮转对于同优先级的任务，通常采用时间片轮转的方式进行调度，即每个任务执行一定时间后自动切换到下一个任务。特点抢占式调度适用于实时系统、高优先级任务需要得到快速响应的场景，如航空航天、医疗设备、工业控制等领域。在这些场景中，高优先级任务的及时响应对于保证系统的安全和稳定性至关重要。适用场景REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME02抢占式调度的基本原理调度策略先来先服务（FCFS）按照作业到达的顺序进行调度，优先级相同的情况下，先到达的作业先被执行。优先级调度根据作业的优先级进行调度，优先级高的作业先被执行。最短作业优先（SJF）优先执行预计执行时间最短的作业，以提高系统吞吐量。时间片轮转将系统中的作业按照到达顺序排列，每次从队列头部取出一个作业执行，执行完毕后重新放入队列尾部，按照顺序继续执行下一个作业。优先级调度静态优先级在作业调度时，根据作业的类型、重要程度等因素，为作业分配一个固定的优先级。动态优先级在作业执行过程中，根据作业的状态和系统负载情况，动态调整作业的优先级。时间片的长度对系统性能和响应时间有较大影响，需要根据实际情况选择合适的时间片长度。时间片轮转调度需要进行频繁的上下文切换，需要关注上下文切换的开销对系统性能的影响。时间片轮转上下文切换开销时间片长度选择短作业优先短作业优先调度算法根据作业的长度进行调度，优先执行长度最短的作业。该算法可以减少作业的平均等待时间和平均周转时间，提高系统吞吐量。REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME03抢占式调度的实现方式当一个进程的时间片用完时，系统会强制剥夺该进程的CPU，将其从运行状态切换到就绪队列。时间片耗尽根据进程优先级的高低，优先级高的进程可以抢占优先级低的进程的CPU。优先级调度当系统中存在多个等待运行的进程时，优先选择运行时间较短的进程进行调度。短作业优先抢占式调度的时机进程在运行状态时，可以被其他进程抢占。运行状态当一个进程等待一定时间后仍未获得CPU，系统将其状态切换为就绪状态，此时可以被其他进程抢占。就绪状态当进程等待某个事件发生（如I/O操作）时，系统将其状态切换为阻塞状态，此时不能被抢占。阻塞状态抢占式调度的条件判断条件系统会根据一定的判断条件（如时间片耗尽、优先级高低等）来决定是否进行抢占。选择新进程根据调度算法（如时间片轮转、短作业优先等），系统选择一个新的进程进行调度。保存上下文在抢占之前，系统需要保存被抢占进程的上下文信息（如寄存器状态、内存指针等），以便将来能够恢复其执行。恢复上下文将新进程的上下文信息加载到CPU中，使其能够开始执行。抢占式调度的过程REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME04抢占式调度的优缺点资源利用率高由于高优先级任务可以抢占低优先级任务，资源可以得到更有效的利用，避免了资源的浪费。响应速度快由于高优先级任务可以更快地得到处理，因此系统对外部请求的响应速度也更快。高优先级任务优先处理抢占式调度能够确保高优先级的任务得到优先处理，从而满足实时性要求高的场景。优点可能导致任务饥饿如果高优先级任务持续不断地被调度，低优先级任务可能会永远得不到处理，从而导致任务饥饿。难以确定合适的优先级合理的优先级设置是抢占式调度的关键，但实际上确定任务的优先级可能非常困难。低优先级任务等待时间长由于高优先级任务可以抢占低优先级任务，低优先级任务可能需要等待很长时间才能得到处理。缺点实时性要求高的场景对于实时性要求高的场景，如通信协议中的数据包处理、实时控制系统等，抢占式调度是非常适合的。资源竞争激烈的场景当多个任务竞争同一资源时，抢占式调度可以确保高优先级任务获得更多资源，从而提高系统的整体性能。任务重要程度不同的场景在任务重要程度不同的场景中，如操作系统中的进程调度、网页浏览器的标签页调度等，抢占式调度可以根据任务的优先级进行调度，从而提高系统的响应速度和用户体验。适用场景分析REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME05抢占式调度与其他调度的比较非抢占式调度是一种调度策略，其中一旦任务开始执行，它将继续执行直到完成，不会被其他任务中断。在非抢占式调度中，任务的执行顺序由它们的到达顺序或静态优先级确定。非抢占式调度的优点是简单和可预测，但它不适用于具有不同优先级和紧急性的任务。非抢占式调度123静态优先级调度是一种调度策略，其中每个任务都有一个固定的优先级，优先级高的任务将优先于优先级低的任务执行。静态优先级调度适用于任务到达顺序已知且优先级不会改变的情况。静态优先级调度的优点是简单和可预测，但它不适用于具有不同紧急性和动态优先级变化的场景。静态优先级调度动态优先级调度01动态优先级调度是一种调度策略，其中任务的优先级可以在运行时动态地改变。02动态优先级调度适用于具有不同紧急性和动态优先级变化的场景，例如实时系统和多媒体处理。动态优先级调度的优点是灵活和适应性强，但它需要更多的计算资源和复杂的调度算法。03REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME06抢占式调度的应用实例实时操作系统在实时操作系统中，任务需要在规定的时间内完成，因此需要采用抢占式调度来确保任务能够及时响应。多任务处理在多任务处理环境中，为了提高系统的整体性能，需要采用抢占式调度来动态分配处理器资源，以实现任务的快速切换和执行。操作系统中的抢占式调度在并行计算框架中，任务可以同时在多个处理器上执行，为了提高并行计算的性能，需要采用抢占式调度来动态分配处理器资源，以实现负载均衡和高效的任务调度。并行计算框架在分布式计算系统中，任务需要在多个节点上执行，为了提高系统的整体性能，需要采用抢占式调度来动态分配节点资源，以实现任务的快速执行和节点资源的充