进程调度

调度的基本概念

调度的最根本目标

• 保证CPU资源和其他资源利用的合理性和有效性

• 合理性：根据调度策略合理分配处理机，既要保证系统实现特殊功能的要求，又要使各个作业合理使用处理机资源

• 有效性：按调度策略使处理机和I/O设备得到合理有效的分配，资源充分利用

• Scheduler程序：制定调度策略

  Dispatcher程序：用于将处理机资源的控制权分配给选中的进程

调度的类型

• 高级调度/作业调度：按算法从后备作业队列中选择满足条件的作业，分配资源，创建PCB，入主存就绪队列
  • 用于多道批处理系统，执行频率低
• 低级调度/进程调度：按算法从就绪队列中选择满足条件的进程，分配CPU运行
  • 抢占/非抢占
  • 必须有进程调度，频率高
• 中级调度/内存调度：将主存中长期未执行的进程，按算法入盘交换区；满足执行条件后再入主存

选择准则

• 面向用户四准则
  • 响应时间
  • 周转时间：作业提交到完成经过的时间
  • 截止时间保证
  • 优先权准则
• 面向系统三准则
  • 系统吞吐量：单位时间内处理的任务数
  • CPU利用率
  • 各类资源的平均利用

调度中的时间

周转时间

• 周转时间 = 作业完成时间 - 作业提交时间
• 平均周转时间 = (作业1周转时间 + ... +作业n周转时间) / n
• 带权周转时间 = 作业周转时间 / 作业实际运行时间
• 平均带权周转时间 = (作业1带权周转时间 + ... + 作业n带权周转时间) / n

等待时间

• 进程等待处理机的时间之和
• 衡量调度算法优劣的标准

响应时间

• 从用户提交请求到系统首次产生响应所用时间

典型调度算法

先来先服务FCFS(First Come First Serve)

• 思想：第一个来的第一个服务
• 优点：简单，易于实现；公平；
• 缺点：平均等待时间长；短作业不利；紧迫性作业不利；
• 若一个进程很长时间得不到运行，则称为“饿死现象”，FCFS不会饿死

短作业优先SJF(Shortest Job First)

• 思想：最短的作业先 抢占式/非抢占式
• 优点：平均等待时间最小；系统吞吐量增加；
• 缺点：长作业不利；需要知道每个作业所需的执行时间；

时间片轮转RR(Round Robin)

• 思想：按时间片轮着来，下一个运行的进程按照队列形式选出
• 优点：平均响应时间短
• 缺点：性能与时间片大小有关
• 如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。结束的进程会从运行队列中清除，剩下的时间片随进程结构的清除而清除，并不影响到其他进程的调度

优先权调度PSA(Priority)

• 思想：优先权最高的先 一般数小优先权大

• 类型：抢占式/非抢占式

• 优先权类型：静态优先权、动态优先权

  • 

高响应比优先HRRN(Highest Response Ratio Next)

• 思想：最高响应比是下一个 动态优先权

• 响应比R_p=1+(等待时间/要求运行时间) 等待时间在动态变化

多级队列调度(Multilevel Queue)

• 思想：系统设置多个就绪队列，分配不同优先权，先调用优先权高的进程，高优先权队列为空时才调度低一级优先权队列中的进程。

多级反馈队列（优点融合）

• 思想：
  1. 设置多个不同的优先权就绪队列
  2. 各队规定一时间片，优先权越高，时间片越小
  3. 新进程先入高优先权队列，执行规定时间片，未完成，入下一级队尾
  4. 高优先权队列为空，执行下一级队列进程...
  5. 若有新入就绪队列的进程，中止低优先权队列进程执行。被中止进程入本队队尾
  6. 最后一级队列采用时间片轮转
• 优点:
  • 终端型作业用户：短作业优先
  • 短批处理作业用户：周转时间较短
  • 长批处理用户：经过前面几个队列得到部分执行，不会长期得不到处理

实时系统及多核系统的调度

实时系统

完成截止时间转为开始截止时间要求，满足实时任务对截止时间的要求

蓝色为A周期；红色为B周期；箭头为在一个周期内最晚要开始任务的时间，即开始截止时间；

箭头在前面的任务更紧迫；

• 实时系统要求
  • 提供必要的调度信息
  • 抢占式调度方式
  • 有较强的中断处理机构
  • 具有快速任务分配机制