操作系统-第四章处理机调度

操作系统-第四章处理机调度引言进程调度的基本概念先来先服务调度算法最短剩余时间优先调度算法优先级调度算法多级反馈队列调度算法总结与展望引言01处理机调度是操作系统中用于分配处理机资源给等待运行的进程的子系统。其目的是确保所有进程都能获得必要的计算资源，以完成其任务。随着多核处理器和分布式系统的普及，处理机调度在提高系统吞吐量、响应时间和资源利用率方面起着越来越重要的作用。目的和背景背景目的调度算法的分类非抢占式调度：在这种调度算法中，一旦一个进程被调度并分配了处理机，它将一直运行直到完成或主动放弃处理机。常见的非抢占式调度算法有先来先服务（FCFS）和最短作业优先（SJF）。抢占式调度：在这种调度算法中，一个正在运行的进程可以被一个更高优先级的进程或具有某些属性的进程中断。常见的抢占式调度算法有最短剩余时间优先（SRTF）、最高响应比优先（HRRN）和时间片轮转（RR）。静态调度：在这种调度算法中，所有进程的优先级在进程到达时就已经确定，并且在整个运行过程中保持不变。常见的静态调度算法有非抢占式的先来先服务（FCFS）和抢占式的最高优先级优先（HPN）。动态调度：在这种调度算法中，进程的优先级可能会随着系统状态的变化而改变。常见的动态调度算法有最短剩余时间优先（SRTF）、最高响应比优先（HRRN）和时间片轮转（RR）。进程调度的基本概念02

进程调度的概念进程调度操作系统根据一定的调度算法，将处理机分配给进程，以实现进程的执行。进程调度的目标提高处理机的利用率，减少等待时间，实现公平合理的资源分配。进程调度的基本单位时间片，即分配给进程的执行时间长度。就绪状态阻塞状态运行状态终止状态进程的状态01020304进程已获得所需资源，等待分配处理机。进程因等待某个条件成立而无法继续执行，需要等待其他进程释放资源。进程正在占用处理机执行。进程执行完毕或因错误而结束执行。当新进程被创建时，操作系统需要为其分配资源，并确定其调度策略。进程创建时进程切换时进程完成时当一个进程的时间片用完或因等待某个事件而阻塞时，操作系统需要切换到另一个就绪状态的进程。当一个进程正常结束或因某种原因被终止时，操作系统需要回收其占用的资源。030201进程调度的时机先来先服务调度算法03

算法描述按照作业到达的先后顺序进行调度，优先级从高到低依次为先来先服务。当一个作业等待时，该算法将按照到达的顺序依次将作业放入等待队列中。当处理机空闲时，该算法将按照等待队列的顺序依次取出作业进行处理。实现简单，公平性较好，适合用于批处理系统。优点效率较低，因为短作业等待长作业完成，可能导致资源利用率不高。缺点算法优缺点适用于作业长短差异不大，且到达时间比较均匀的情况。适用场景对于短作业较多的情况，该算法可能会导致资源利用率不高，因此不适合使用。不适用场景适用场景最短剩余时间优先调度算法04按照进程剩余运行时间来决定调度顺序，剩余时间最短的进程优先获得处理器。算法基本思想每次调度时，选择剩余时间最短的进程，将其加入就绪队列头部，并更新其剩余时间。算法实现剩余时间包括进程到达时间和等待时间之和，因此需要考虑进程到达时间和等待时间的变化。考虑因素算法描述优点能够快速地完成短作业，减少平均等待时间，提高系统吞吐量。缺点对于长作业可能会产生饥饿现象，因为短作业会不断抢占处理器，导致长作业等待时间增加。算法优缺点适用场景适用于短作业环境，如批处理系统、实时系统等。不适用场景对于长作业较多的环境，如分时系统，可能会导致长作业等待时间过长，影响系统性能。适用场景优先级调度算法05总结词01静态优先级调度算法是在进程创建时分配一个优先级，该优先级在整个运行期间保持不变。详细描述02静态优先级调度算法根据进程的性质、紧迫程度和重要性等因素，在进程创建时分配一个优先级。该优先级决定了进程的执行顺序，优先级高的进程将优先获得处理机。适用场景03静态优先级调度算法适用于确定性的、可预测的场景，例如批处理系统、某些实时系统等。静态优先级调度算法总结词动态优先级调度算法是根据进程的行为和需求动态调整其优先级。详细描述动态优先级调度算法根据进程的资源需求、I/O等待时间、CPU使用情况等因素，动态地调整进程的优先级。这种算法能够更好地适应变化的情况，提高系统的吞吐量和响应时间。适用场景动态优先级调度算法适用于交互式系统和许多实时系统，因为它可以根据系统的实际情况和用户的需求进行动态调整。动态优先级调度算法算法优缺点与适用场景简单易实现优先级调度算法相对简单，容易在操作系统中实现。可预测性对于高优先级的进程，可以预测其执行顺序，有助于满足紧迫性和重要性的需求。适用于不同性质进程：优先级调度算法可以适用于不同性质和需求的进程，根据其重要性和紧迫程度进行调度。算法优缺点与适用场景可能导致饥饿如果系统中存在大量高优先级的进程，低优先级的进程可能会长时间得不到执行，导致饥饿问题。不利于系统资源的均衡利用高优先级的进程可能会长时间占用处理机，导致其他进程等待时间过长，不利于系统资源的均衡利用。算法优缺点与适用场景难以确定合适的优先级：确定进程的优先级需要一定的经验和判断力，而且随着系统负载和需求的不断变化，可能需要频繁调整优先级。算法优缺点与适用场景静态优先级调度算法适用于批处理系统，可以根据作业的性质和重要程度为其分配不同的优先级。批处理系统动态优先级调度算法适用于实时系统，可以根据任务的时间要求和紧迫程度动态调整其优先级，确保关键任务的及时完成。实时系统算法优缺点与适用场景多级反馈队列调度算法06定义多个就绪队列，每个队列具有不同的优先级，优先级高的队列具有更高的调度优先级。如果所有队列都为空，则调度程序会等待直到有进程到达或某个队列中的进程变得可运行。当一个进程释放处理器时，调度程序首先检查最高优先级队列是否为空。如果为空，则调度程序会检查次高优先级队列，依此类推。当一个进程从等待状态变为就绪状态时，它将被移到相应优先级队列的末尾。算法描述算法优缺点可以根据进程的紧迫程度和重要程度来动态调整优先级，从而提高系统的吞吐量和响应时间。优点实现复杂度高，需要维护多个就绪队列，并且需要频繁地移动进程，增加了系统开销。缺点0102适用场景该算法特别适用于那些需要处理不同优先级和紧急程度的任务，如实时系统、银行系统等。多级反馈队列调度算法适用于需要处理大量并发进程且对系统性能要求较高的场景，如服务器、大型计算机等。总结与展望07按照进程到达的顺序进行调度，优先级相同的情况下，等待时间最长的进程最先获得处理机。先来先服务（FCFS）最短作业优先（SJF）优先级调度多级反馈队列优先调度预计运行时间最短的进程，以减少平均等待时间。根据进程优先级进行调度，优先级高的进程优先获得处理机。将进程按照到达时间和优先级放入不同的队列中，按照队列的顺序进行调度。调度算法的总结未来研究方向自适应调度根据系统负载和资源使用情况动态调整调度策略，以实现更好的性能和响应时