CPU调度

  • 调度算法
  • 评价指标
  • 多处理调度
  • 实时调度
  • 调度案例
  • 评估调度算法



调度的基础：

  1. CPU与I/O操作并行执行（由硬件决定）
  2. 任何进程中都是CPU与I/O交替执行（使得进行I/O操作时，CPU可以让其它进程先运行）

I/O操作完成之后，一定需要内核处理一下，才可以产生下一个I/O操作
所有陷入到操作系统以后的工作，都可能发生调度（从内核返回时）

不可抢占型调度，合作型（都处于运行态，但进程自身进行不下去了）：

  • 当一个进程从运行态切换到等待态
  • 当一个进程终止时

抢占型调度，可剥夺型（可能产生“竞争条件”）：

  • 当一个进程从运行态切换到就绪态
  • 当一个进程从等待态切换到就绪态

对于非抢占调度，一旦CPU分配给一个进程，那么该进程会一直使用CPU直到进程终止或切换到等待状态。

短期调度：在内存作业中选择就绪执行的作业，并为它们分配CPU
中期调度：作为一种中等程度的调度程序，尤其被用于分时系统，一个交换方案的实施，将部分运行程序移出内存，之后从中断处继续执行
长期调度（作业调度程序）：确定哪些作业调入内存以执行。

三者主要的不同是执行的频率，短期调度必须经常调用一个新进程，由于在系统中，长期调度处理移动的作业时，并不频繁被调用，可能在进程离开系统时才被唤起。

调度算法

  • 先到先服务调度（FCFS）
    会产生护航效果，该算法是非抢占的。一旦CPU被分配给了一个进程，该进程就会保持CPU直到释放CPU为止，即程序终止或是请求I/O。
  • 最短作业优先调度（SJF）
    对于给定的一组进程，SJF算法的平均等待时间最小。经常用于长期调度。困难在于如何知道下一个CPU区间的长度。
    该算法可能是抢占的或非抢占的。抢占SJF调度有时称作最短剩余时间优先调度。
  • 优先级调度
    可以分为抢占型或非抢占型；
    内部定义优先级使用一些测量数据以计算进程优先级，如时间极限、内存要求、打开文件的数量和平均I/O区间与平均CPU区间之比都可以用于计算优先级
    外部定义优先级是通过操作系统之外的准则来定义的，如进程重要性、用于支付使用计算机的费用类型和数量、赞助工作的单元、其它（通常为政治）因素。
    可能会出现无穷阻塞或饥饿（可以利用老化来解决）
  • 轮转法调度（RR）：为分时系统设计，可以抢占
    通过时钟中断（而不是进程告诉内核）得知时间片用完了
    时间片过大相当于先进先出调度，时间片过小的话进程切换开销大
  • 多级队列调度
    优先级（从高到低）：系统进程、交互进程、交互编辑进程、批处理进程、学生进程
  • 多级反馈队列调度：允许进程在队列之间移动。主要思想是根据不同CPU区间的特点以区分进程。如果进程使用过多CPU时间，那么它会被转移到更低优先级队列
    参数有：队列数量、每个队列的调度算法、用以确定何时升级到更高优先级队列的方法、用以确定何时降级到更低优先级队列的方法、用以确定进程在需要服务时应进入哪个队列的方法

评价指标

  • CPU利用率：所有进程使用CPU的时间/CPU的时间
  • 吞吐量：单位时间内完成的进程个数
  • 周转时间：从进程提交到进程完成的时间（从创建到结束），包括等待进入内存、在就绪队列中等待、在CPU上执行和I/O执行；周转时间通常受输出设备速度的限制。
  • 等待时间（在就绪状态的等待时间，而非在等待态的时间）：CPU调度算法并不影响进程运行和执行I/O的时间，它只影响进程在就绪队列中等待所花的时间。
  • 响应时间：从用户提出请求到给出反馈的时间

需要使CPU使用率和吞吐量最大化，而周转时间、等待时间、响应时间最小化。

多处理调度

  • 非对称多处理
  • 对称多处理

实时调度

  • 软实时
  • 硬实时：有严格的时间约束，不满足则失败

调度案例

  • Solaris调度
  • Windows XP调度
  • Linux调度

评估调度算法

准则包括：

  • 最大化CPU使用率
  • 最大化吞吐量

评估方法

  • 确定模型法
  • 排队模型法
    Little公式：描述了就绪队列在稳定时的任务情况
  • 模拟法