最新-第三章处理机调度与死锁-课件.ppt
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1、2023-2-14操作系统1处理机调度与死锁处理机调度与死锁第三章第三章2023-2-14操作系统23.1 处理机调度的基本概念处理机调度的基本概念3.1.1 3.1.1 高、中、低三级调度高、中、低三级调度 1 1、高级调度(作业调度、长程调度、接纳调度)、高级调度(作业调度、长程调度、接纳调度)将外存作业调入内存,创建将外存作业调入内存,创建PCBPCB等,插入就绪队列。等,插入就绪队列。一般用于批处理系统,分一般用于批处理系统,分/实时系统一般直接入内实时系统一般直接入内存,无此环节。存,无此环节。调度特性调度特性1.1.接纳作业数(内存驻留数)接纳作业数(内存驻留数)太多太多周转时间周
2、转时间(T)(T)长长太少太少资源利用率和系统吞吐量低资源利用率和系统吞吐量低2.2.接纳哪些作业(接纳策略):即采用何种调度算接纳哪些作业(接纳策略):即采用何种调度算法:法:FCFSFCFS、短作业优先等、短作业优先等2023-2-14操作系统3处理机调度的基本概念(处理机调度的基本概念(2)2 2、低级调度(进程调度,短程调度)、低级调度(进程调度,短程调度)主要是由分派程序(主要是由分派程序(DispatcherDispatcher)分派处理机。)分派处理机。1.1.非抢占方式:非抢占方式:简单,实时性差简单,实时性差 (如如win31)win31)2.2.抢占方式抢占方式(1 1)时
3、间片原则)时间片原则(2 2)优先权原则)优先权原则(3 3)短作业优先原则。)短作业优先原则。2023-2-14操作系统4 v运行频率:低运行频率:低中中高高。2023-2-14操作系统53.1.2调度的队列模型调度的队列模型一、仅有进程调度的队列模型一、仅有进程调度的队列模型就绪队列就绪队列CPU阻塞队列阻塞队列交互用户交互用户时间片完时间片完进程调度进程调度进程完成进程完成等待事件等待事件事件出现事件出现2023-2-14操作系统63.1.2调度的队列模型调度的队列模型二、具有高二、具有高/低级模型低级模型就绪队列就绪队列CPU阻塞队列阻塞队列时间片完时间片完进程调度进程调度进程进程完成
4、完成等待事件等待事件1事件事件1出现出现后备队列后备队列阻塞队列阻塞队列等待事件等待事件2事件事件2出现出现作业调度作业调度2023-2-14操作系统7三、具有三级调度就绪队列就绪队列CPU就绪,挂起队列就绪,挂起队列时间片完时间片完进程调度进程调度进程进程完成完成后备队列后备队列阻塞,挂起队列阻塞,挂起队列事件出现事件出现作业调度作业调度阻塞队列阻塞队列等待事件等待事件挂起挂起事件出现事件出现中级调度中级调度交互型作业交互型作业2023-2-14操作系统83.1.3选择调度方式和算法的若干准选择调度方式和算法的若干准则则 一、面向用户的准则一、面向用户的准则1 1周转时间短(常用于批处理系统
5、)周转时间短(常用于批处理系统)概念:作业从提交概念:作业从提交 完成的时间完成的时间.分为:分为:(1 1)作业驻外存等待调度时间)作业驻外存等待调度时间(2 2)进程驻内存等待调度时间)进程驻内存等待调度时间(3 3)进程执行时间)进程执行时间(4 4)进程阻塞时间)进程阻塞时间2023-2-14操作系统9 平均周转时间平均周转时间 平均带权周转时间平均带权周转时间 T/TT/Ts s为带权周转时间为带权周转时间,T T为周转时间,为周转时间,T Ts s为实际服务时间;为实际服务时间;可可见带权见带权w w越小越好。越小越好。3.1.3选择调度方式和算法的若干选择调度方式和算法的若干准则
6、准则 11niiTnT11nisiTTnW2023-2-14操作系统102 2响应时间快:(常用于评价分时系统)响应时间快:(常用于评价分时系统)概念:键盘提交请求到首次响应时间概念:键盘提交请求到首次响应时间(1 1)输入传送时间)输入传送时间(2 2)处理时间)处理时间(3 3)响应传送时间)响应传送时间3 3截止时间的保证(常用于评价实时系统)截止时间的保证(常用于评价实时系统)4 4优先权准则:(即需要抢占调度)优先权准则:(即需要抢占调度)3.1.3选择调度方式和算法的若干选择调度方式和算法的若干准则准则 2023-2-14操作系统11二、面向系统的准则二、面向系统的准则1 1吞吐量
7、高(特别用于批处理):单位吞吐量高(特别用于批处理):单位时间完成作业数时间完成作业数2 2处理机利用率好:(因处理机利用率好:(因CPUCPU贵,特别贵,特别用于大中型多用户系统)用于大中型多用户系统)3 3各类资源的平衡利用。(折算标准)各类资源的平衡利用。(折算标准)3.1.3选择调度方式和算法的若干选择调度方式和算法的若干准则准则 2023-2-14操作系统123.2调度算法调度算法是一个资源分配是一个资源分配问题问题 3.2.13.2.1先来先服务和短作业(进程)优先调度算法先来先服务和短作业(进程)优先调度算法 1.1.FCFSFCFS优点:简单,有利于长作业优点:简单,有利于长作
8、业 即即CPUCPU繁忙型作业繁忙型作业缺点:没考虑进程的优先级缺点:没考虑进程的优先级进程进程名名到达到达时间时间服务服务时间时间开始开始执行执行时间时间完成完成时间时间周转周转时间时间带权带权周转周转时间时间A010111B110011011001C21101102100100D31001022021991.992023-2-14操作系统132.2.短作业短作业(进程进程)优先调度算法优先调度算法SJ(P)F:提高了平均周转时间和平均带权周转时间(从而提提高了平均周转时间和平均带权周转时间(从而提高了系统吞吐量)高了系统吞吐量)特点:对长作业不利,有可能得不到服务,不能保特点:对长作业不利
9、,有可能得不到服务,不能保证紧迫性作业被及时处理,估计时间不易确定。证紧迫性作业被及时处理,估计时间不易确定。2023-2-14操作系统14图图3.4FCFS和和SJF比较比较进程名进程名 A B C D E平均平均到达时间到达时间 0 1 2 3 4服务时间服务时间 4 3 5 2 4FCFS完成时间完成时间 4 7 12 14 18周转时间周转时间 4 6 10 11 149带权周转时间带权周转时间 1 2 2 5.5 3.52.8SJF完成时间完成时间 4 9 18 6 13周转时间周转时间 4 8 16 3 98带权周转时间带权周转时间 1 2.67 3.1 1.5 2.252.120
10、23-2-14操作系统153.2.2高优先权优先调度算法高优先权优先调度算法1.1.优先权调度算法类型优先权调度算法类型(作业、进程作业、进程)针对进程调度又有如下两种算法:针对进程调度又有如下两种算法:非抢占式优先权算法非抢占式优先权算法 抢占式优先权算法,实时性更好。抢占式优先权算法,实时性更好。2023-2-14操作系统162.2.优先权类型:优先权类型:静态优先权:静态优先权:进程优先权在整个运行期不变。进程优先权在整个运行期不变。确定优先权依据确定优先权依据(1 1)进程类型)进程类型(2 2)进程对资源的需求;)进程对资源的需求;(3 3)根据用户需求。)根据用户需求。特点:简单,
11、但低优先权作业可能长期不被调度。特点:简单,但低优先权作业可能长期不被调度。动态优先权:动态优先权:如:优先权随执行时间而下降,随等待时间而升高。如:优先权随执行时间而下降,随等待时间而升高。2023-2-14操作系统173.2.2高优先权优先调度算法高优先权优先调度算法(2)3.3.高响应比优先算法:高响应比优先算法:响应比响应比Rp=Rp=(等待时间服务时间)(等待时间服务时间)/服务时间服务时间 作为优先权作为优先权 优点:长短兼顾优点:长短兼顾 缺点:需计算缺点:需计算RpRp特点:特点:响应比响应比Rp=Rp=(tw+tstw+ts)/ts/ts(优先权相当于相应比)(优先权相当于相
12、应比)(1 1)短作业()短作业(tsts小,小,twtw相同)相同)R RP P大。大。(2 2)tsts(要求服务时间)相同的进程间相当于(要求服务时间)相同的进程间相当于FCFSFCFS。(3 3)长作业等待一段时间仍能得到服务。)长作业等待一段时间仍能得到服务。2023-2-14操作系统183.2.3基于时间片的轮转调度算法基于时间片的轮转调度算法(进程进程)1.1.时间片轮转时间片轮转时间片大小的确定时间片大小的确定 太大:退化为太大:退化为FCFSFCFS;太小:系统开销过大太小:系统开销过大系统对响应时间的要求;系统对响应时间的要求;就绪队列中进程的数目;就绪队列中进程的数目;系
13、统的处理能力(系统的处理能力(CPUCPU能力):(应保证一个时间片处理完常用命令)能力):(应保证一个时间片处理完常用命令)2023-2-14操作系统193.2.3基于时间片的轮转调度算法基于时间片的轮转调度算法2.2.多级反馈队列调度多级反馈队列调度 特点:长、短作业兼顾,有较好的响应时间特点:长、短作业兼顾,有较好的响应时间(1 1)短作业一次完成;)短作业一次完成;(2 2)中型作业周转时间不长;)中型作业周转时间不长;(3 3)大型作业不会长期不处理。)大型作业不会长期不处理。2023-2-14操作系统20就绪队列就绪队列1至至CPUS1就绪队列就绪队列2S2至至CPU就绪队列就绪队
14、列3S3至至CPU就绪队列就绪队列nSn至至CPU时间片:时间片:S1S2S3Sn图图35多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法2023-2-14操作系统21多级反馈队列调度算法示例图多级反馈队列调度算法示例图2023-2-14操作系统22多级反馈队列调度算法小结多级反馈队列调度算法小结:首先系统中设置多个就绪队列首先系统中设置多个就绪队列 每个就绪队列分配给不同时间片,优先级高的为第一级队每个就绪队列分配给不同时间片,优先级高的为第一级队列,时间片最小,随着队列级别的降低,时间片加大列,时间片最小,随着队列级别的降低,时间片加大 各个队列按照各个队列按照FCFSFCFS调度算法,最后一个队
15、列是按照时间片调度算法,最后一个队列是按照时间片轮转调度轮转调度 一个新进程就绪后进入第一级队列一个新进程就绪后进入第一级队列 进程由于等待而放弃进程由于等待而放弃CPUCPU后,进入等待队列,一旦等待的事后,进入等待队列,一旦等待的事件发生,则回到第一级队列。件发生,则回到第一级队列。当有一个优先级更高的进程就绪时,可以抢占当有一个优先级更高的进程就绪时,可以抢占CPUCPU,被抢占,被抢占进程回到原来一级就绪队列末尾。进程回到原来一级就绪队列末尾。当第一级队列为空时,就去调度第二级队列,以此类推当第一级队列为空时,就去调度第二级队列,以此类推 当时间片到后,进程放弃当时间片到后,进程放弃C
16、PUCPU,回到下一级队列。,回到下一级队列。2023-2-14操作系统233.3.13.3.1实现实时调度的基本条件实现实时调度的基本条件1 1提供必要的调度信息提供必要的调度信息(1 1)就绪时间;)就绪时间;(2 2)开始)开始/完成截止时间;完成截止时间;(3 3)处理时间;)处理时间;(4 4)资源要求;)资源要求;(5 5)优先级;)优先级;2 2系统处理能力强系统处理能力强3.3实时调度实时调度NPCPCmiiimiii111Ci为处理时间,为处理时间,Pi为周期时间(基于周期性实时任务)为周期时间(基于周期性实时任务)2023-2-14操作系统243.3.采用抢占调度方式采用抢
17、占调度方式 剥夺方式:一般都采用此剥夺方式:一般都采用此 非剥夺方式(实现简单):一般应使实时任务较小,非剥夺方式(实现简单):一般应使实时任务较小,以及时放弃以及时放弃CPUCPU。4.4.具有快速切换机制具有快速切换机制 具有快速响应外部中断能力。具有快速响应外部中断能力。快速的任务分派能力快速的任务分派能力3.3实时调度实时调度2023-2-14操作系统253.3.2实时调度算法的分类实时调度算法的分类1.1.非抢占式调度算法非抢占式调度算法 时间片轮转时间片轮转 秒级秒级 非抢占式优先权(协同)非抢占式优先权(协同)秒秒-毫秒级毫秒级2.2.抢占式调度算法抢占式调度算法 时钟中断抢占优
18、先权时钟中断抢占优先权 毫秒级毫秒级 基于抢占点抢占基于抢占点抢占 立即抢占立即抢占immediate preemption immediate preemption 毫秒毫秒-微秒级微秒级 只要不在临界区即抢占(中断引发)只要不在临界区即抢占(中断引发)2023-2-14操作系统26进程1进程2进程n实时进程调度时间调度时间实时进程要求调度实时进程要求调度调度实时进程运行调度实时进程运行a 非抢占轮转调度非抢占轮转调度b 非抢占优先权调度非抢占优先权调度当前进程实时进程实时进程要求调度实时进程要求调度当前进程运行完成当前进程运行完成调度时间调度时间2023-2-14操作系统27c 基于时钟中
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