转 进程的调度方式

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进程调度详细总结

一、概念：

无论是在批处理系统还是分时系统中，用户进程数一般都多于处理机数、这将导致它们互相争夺处理机。另外，系统进程也同样需要使用处理机。这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列中的某一个进程，以使之执行。

二、进程的四个基本属性：

 1.多态性 从诞生、运行，直至消灭。

 

  

　　2.多个不同的进程可以包括相同的程序

 

　　3.三种基本状态 它们之间可进行转换

 

　　4.并发性 并发执行的进程轮流占用处理器

三、进程的三种基本状态：

1.等待态：等待某个事件的完成；

 

　　2.就绪态：等待系统分配处理器以便运行；

 

　　3.运行态：占有处理器正在运行。

 

　　运行态→等待态 往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。

 

　　等待态→就绪态 则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。

 

　　运行态→就绪态 不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。

 

　　就绪态→运行态 系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态

四、进程调度的方式：

非剥夺方式

　　分派程序一旦把处理机分配给某进程后便让它一直运行下去，直到进程完成或发生 

 

某事件而阻塞时，才把处理机分配给另一个进程。

剥夺方式

　　当一个进程正在运行时，系统可以基于某种原则，剥夺已分配给它的处理机，将之分配给其它进程。剥夺原则有：优先权原则、短进程优先原则、时间片原则。

 

　　例如，有三个进程P1、P2、P3先后到达，它们分别需要20、4和2个单位时间运行完毕。

 

　　假如它们就按P1、P2、P3的顺序执行，且不可剥夺，则三进程各自的周转时间分别为20、24、

 

　　26个单位时间，平均周转时间是23.33个时间单位。

 

　　假如用时间片原则的剥夺调度方式，可得到：

 

　　可见：P1、P2、P3的周转时间分别为26、10、6个单位时间(假设时间片为2个单位时间)，平均周转时间为14个单位时间。

 

　　衡量进程调度性能的指标有：周转时间、响应时间、CPU-I/O执行期。

五、进程调度算法：

1、先进先出算法（FIFO）

　　算法总是把处理机分配给最先进入就绪队列的进程，一个进程一旦分得处理机，便一直执行下去，直到该进程完成或阻塞时，才释放处理机。

 

　　例如，有三个进程P1、P2和P3先后进入就绪队列，它们的执行期分别是21、6和3个单位时间，

 

　　执行情况如下图：

 

　　对于P1、P2、P3的周转时间为21、27、30，平均周转时间为26。

 

　　可见，FIFO算法服务质量不佳，容易引起作业用户不满，常作为一种辅助调度算法。

 

2、最短CPU运行期优先调度算法(SCBF--Shortest CPU Burst First)

 

　　该算法从就绪队列中选出下一个“CPU执行期最短”的进程，为之分配处理机。

 

　　例如，在就绪队列中有四个进程P1、P2、P3和P4，它们的下一个执行 

  

进程调度

期分别是16、12、4和3个单位时间，执行情况如下图：

 

　　P1、P2、P3和P4的周转时间分别为35、19、7、3，平均周转时间为16。

 

　　该算法虽可获得较好的调度性能，但难以准确地知道下一个CPU执行期，而只能根据每一个进程的执行历史来预测。

3、时间片轮转法：

　　前几种算法主要用于批处理系统中，不能作为分时系统中的主调度算法，在分时系统中，都采用时间片轮转法。

 

　　简单轮转法：系统将所有就绪进程按FIFO规则排队，按一定的时间间隔把处理机分配给队列中的进程。这样，就绪队列中所有进程均可获得一个时间片的处理机而运行。

4、多级反馈队列：

 

　　多级队列方法：将系统中所有进程分成若干类，每类为一级。　多级反馈队列方式是在系统中设置多个就绪队列，并赋予各队列以不同的优先权。

六、引起进程调度的原因：

进程调度发生在什么时机呢？这与引起进程调度的原因以及进程调度的方式有关。

 

　　(1)正在执行的进程执行完毕。这时，如果不选择新的就绪进程执行，将浪费处理机资源。

 

　　(2)执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等状态。

 

　　(3)执行中进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞；或调用了v原语操作激活了等待资源的进程队列。

 

　　(4)执行中进程提出I/O请求后被阻塞。

 

　　(5)在分时系统中时间片已经用完。

 

　　(6)在执行完系统调用等系统程序后返回用户进程时，这时可看作系统进程执行完毕，从而可调度选择一新的用户进程执行。

 

　　以上都是在不可剥夺方式下的引起进程调度的原因。在CPU执行方式是可剥夺时．还有

 

　　(7)就绪队列中的某进程的优先级变得高于当前执行进程的优先级，从而也将引发进程调度。

七、各种系统采用的进程调度算法：

1、UNIX系统：　

UNIX操作系统采用可剥夺的动态优先级调度算法。进程的优先级由赋给它的优先数确定，优先数越小，优先级越高。在该算法中，进程的优先数随着它占用CPU的时间增加而增加。当进程占用CPU的时间减少时，其优先数也随着减少。

补充：作为一个分时的、多任务、多用户操作系统，要保证公平地对待各个用户的进程，使各终端用户的响应时间不至太一长.所以UNIX操作系统采用了这种调度算法。但这种算法不能满足关键任务的需求，从而使传统的UNIXrK操作系统缺乏实时性。

2、LINUX系统：

Linux中的进程如果从调度策略划分，可以分为两类，普通进程和实时进程。实时进程又可分为两类，FIFO，RR。实时进程的优先级远远大于普通进程。Linux的处理策略是如果有实时进程处于可运行状态，那么优先运行实时进程，知道所有的实时进程或者结束，或者被杀掉，或者处于阻塞状态。也就是说如果实时进程一直在运行，那么普通的进程就会被活活饿死。由于实时进程和普通进程所采用的调度策略不同，下面分别介绍。

（一）普通进程调度

每一个普通进程都有一个静态优先级。这个值会被调度器用来与作为参考来调度进程。在内核中调度的优先级的区间为[100，139]，数字越低，优先级越高。

（二）实时进程调度

每一个实时进程都会与一个实时优先级相关联。实时优先级在1到99之间。不同与普通进程，系统调度时，实时优先级高的进程总是先于优先级低的进程执行。知道实时优先级高的实时进程无法执行。实时进程总是被认为处于活动状态。

如果有数个 优先级相同的实时进程，那么系统就会按照进程出现在队列上的顺序选择进程。假设当前CPU运行的实时进程A的优先级为a，而此时有个优先级为b的实时进程B进入可运行状态，那么只要b<a，系统将中断A的执行，而优先执行B，直到B无法执行（无论A，B为何种实时进程）。

不同调度策略的实时进程只有在相同优先级时才有可比性：

1. 对于FIFO的进程，意味着只有当前进程执行完毕才会轮到其他进程执行。由此可见相当霸道。
2. 对于RR的进程。一旦时间片消耗完毕，则会将该进程置于队列的末尾，然后运行其他相同优先级的进程，如果没有其他相同优先级的进程，则该进程会继续执行。
总而言之，对于实时进程，高优先级的进程就是大爷。它执行到没法执行了，才轮到低优先级的进程执行。等级制度相当森严啊。