操作系統(tǒng)論文-處理機調度技術探討

處理機調度技術探討轉眼間《計算機操作系統(tǒng)》這門課程已經結束了，通過這門課的學習，我的處理機的調度技術有了一定的了解。處理機調度算法對整個計算機系統(tǒng)的綜合性能指標有重要影響。一、處理機調度的三個層次可把處理機調度分成三個層次：高級調度、中級調度、低級調度。由于處理機調度程序不可能選擇全部駐留在外存的進程，因此，在調度一個進程占有處理機之前，系統(tǒng)必須按某種策略把外存中處于后備狀態(tài)的作業(yè)選擇出來，并創(chuàng)建進程和分配內存，為進程執(zhí)行準備必需的資源。這一步稱為作業(yè)調度或高級調度。除了作業(yè)調度之外，還有一種稱為交換調度的中級調度。在有的系統(tǒng)中，把那些處于等待狀態(tài)或就緒狀態(tài)的進程換出內存，而把那些等待事件已經發(fā)生或已在外存交換區(qū)中等待了較長時間的進程換入內存。只有在進程被建立起來并且已獲得足夠的資源之后，系統(tǒng)才使用進程調度策略把處理機分配給選出進程。因此，處理機的調度涉及到三個層次的調度。進程調度的主要任務是選擇一個合適的進程占據(jù)處理機。根據(jù)系統(tǒng)的要求不一樣進程調度方法變化較大。比較常用的有RR(輪轉)法、FCFS(先來先服務)法、優(yōu)先級法和SRR(線性優(yōu)先級)法等。其中輪轉法主要用于分時系統(tǒng)，它具有較好的響應時間，且對每個進程來說都具有較好的公平性。FCFS法不利于執(zhí)行時間短的進程，而SRR法則是介于FCFS法和RR法之間的一種進程調度方法。二、處理機調度的功能一般情況下，當占用處理機的進程因為某種請求得不到滿足而不得不放棄CPU進入等待狀態(tài)時，或者當時間片到，系統(tǒng)不得不將CPU分配給就緒隊列中另一進程的時候，都要引起處理機調度。除此之外，進程正常結束、中斷處理等也可能引起處理機的調度。因此，處理機調度是操作系統(tǒng)核心的重要組成部分，它的主要功能如下：（1）記住進程的狀態(tài)，如進程名稱、指令計數(shù)器、程序狀態(tài)寄存器以及所有通用寄存器等現(xiàn)場信息，將這些信息記錄在相應的進程控制塊中。（2）根據(jù)一定的算法，決定哪個進程能獲得處理機，以及占用多長時間。（3）收回處理機，即正在執(zhí)行的進程因為時間片用完或因為某種原因不能再執(zhí)行的時候，保存該進程的現(xiàn)場，并收回處理機。處理機調度的功能中，很重要的一項就是根據(jù)一定算法，從就緒隊列中選出一個進程占用CPU運行?？梢?，算法是處理機調度的關鍵。三、處理機調度算法（1）先來先服調度算法（FIFO）這是最簡單的處理機調度算法，其基本思想是按照進程進入就緒隊列的先后順序調度并分配處理機執(zhí)行。先來先服務調度算法是一種不可搶占的算法，先進入就緒隊列的進程，先分配處理機運行。一旦一個進程占有了處理機，它就一直運行下去，直到該進程完成工作或者因為等待某事件發(fā)生而不能繼續(xù)運行時才釋放處理機。從表面上看，F(xiàn)IFO算法對所有作業(yè)都是公平的，并且一個作業(yè)的等待時間是可能預先估計的。但實際上這種算法是不利于小作業(yè)的，因為當一個大作業(yè)先進入就緒隊列時，就會使其后的許多小作業(yè)等待很長的時間。這對小作業(yè)來說，等待時間可能要遠遠超出它運行的時間。先來先服算法簡單，易于程序實現(xiàn)，但它性能較差，在實際運行的操作系統(tǒng)中，很少單獨使用，它常常配合其他調度算法一起使用。（2）時間片輪轉調度算法（RR）時間片輪轉調度算法的基本思想是：對就緒隊列中的每一進程分配一個時間片，時間片的長度q一般從10ms-1100ms不等。把就緒隊列看成是一個環(huán)狀結構，調度程序按時間片長度q輪流調度就緒隊列中的每一進程，使每一進程都有機會獲得相同長度的時間占用處理機運行。時間片輪轉調度算法在分時系統(tǒng)中，是一種既簡單又有效的調度策略。一個分時系統(tǒng)有許多終端。終端用戶在各自的終端設備上同時使用計算機。如果某個終端用戶的程序長時間地占用處理機，那么其他終端用戶的請求就不能得到即時相應。一般說來，終端用戶提出請求后，能在幾秒鐘內得到響應也就感到滿意了。采用時間片輪轉算法，可以使系統(tǒng)即時地相應各終端用戶的請求。時間片輪轉調度算法的性能極大的依賴于時間片長度q的取值，如果時間片過大。則RR算法就退化為FIFO算法了；反之，如果時間片過小，那么，處理機在各進程之間頻繁轉接，處理機時間開銷變得很大，而提供給用戶程序的時間將大大減少。（3）優(yōu)先級法優(yōu)先數(shù)法的基本思想是：對就緒隊列中的每個進程，首先按某種原則定義一個優(yōu)先數(shù)來表示它，處理機調度時，每次選擇就緒隊列中優(yōu)先數(shù)最大者（也可規(guī)定優(yōu)先數(shù)愈小，其優(yōu)先權愈高），讓它占用處理機運行。確定優(yōu)先數(shù)一般可以有以下幾種考慮：頻繁使用外部輸入、輸出設備的進程優(yōu)先數(shù)大。這樣有利于提高CPU使用效率；重要程序的進程優(yōu)先數(shù)大，怎樣有利于用戶靈活操作；進入計算機系統(tǒng)時間長的進程優(yōu)先數(shù)大，這樣有利于縮短作業(yè)的完成時間；交互式用戶作業(yè)進程優(yōu)先數(shù)大，這樣有利于提高中斷響應時間。優(yōu)先數(shù)的設置可以采用靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。靜態(tài)設置方式就是指系統(tǒng)在建立一個進程時，就按照某種原則為進程制定一個優(yōu)先數(shù)，這個優(yōu)先數(shù)在進程存在期間一直保持不變。而動態(tài)設置方式是指系統(tǒng)在進程存在期間經常改變進程的優(yōu)先數(shù)，如何動態(tài)的改變進程的優(yōu)先數(shù)，依賴于具體操作系統(tǒng)的設計目標。四、處理機調度模型：1、僅有進程調度的調度隊列模型在分時系統(tǒng)中通常僅設置了進程調度。此時系統(tǒng)有一個就緒隊列，每個進程運行一個時間片，進程運行一個時間片后如未完成，則被放在就緒隊列末尾。如進程運行中因等待某事件（例如申請I/O而等待I/O完成），則需排入阻塞隊列，系統(tǒng)因阻塞的原因不同可設幾個阻塞隊列。2、有進程調度和中級調度隊列模型在具有虛擬存儲器技術的分時系統(tǒng)中（例如UNIX系統(tǒng)等），一般采用具有進程調度和中級調度的調度模型。在該模型中比第一種模型增加了中級調度，也增加了外存進程就緒隊列和外存進程阻塞隊列。中級調度時或從內存就緒隊列調到外存的就緒隊列，或從內存阻塞隊列調到外存阻塞隊列，或從外存進程就緒隊列調到內存就緒隊列。3、具有高級調度和低級調度的調度隊列模型在多道批處理系統(tǒng)中，一般處理機管理設置作業(yè)和進程兩級調度。它比第一個模型增加了高級調度。模型增加了在磁盤的作業(yè)后備隊列，作業(yè)調度的任務是從作業(yè)后備隊列中選一個作業(yè)為它創(chuàng)建至少一個進程，并分配資源，將它排入內存進程就緒隊列末尾。4、同時具有三級調度的調度隊列模型在通用系統(tǒng)的多模式OS中，一般采用具有三級調度的調度隊列模型，由于多模式OS同時支持批處理、分時和實時處理，所以它必須具有以上模型，具有三級調度的調度隊列模型是第二、三兩模型的綜合五、思考總結：高級調度的主要功能是根據(jù)一定的算法，從輸入的一批作業(yè)中選出若干個作業(yè)，分配必要的資源，如內存、外設等，為它建立相應的用戶作業(yè)進程和為其服務的系統(tǒng)進程（如輸入、輸出進程），最后把它們的程序和數(shù)據(jù)調入內存，等待進程調度程序對其執(zhí)行調度，并在作業(yè)完成后作善后處理工作。低級調度的主要功能是根據(jù)一定的算法將CPU分派給就緒隊列中的一個進程。為了使內存中同時存放的進程數(shù)目不至于太多，有時就需要把某些進程從內存中移到外存上，以減少多道程序的數(shù)目，為此設立了中級調度。進程只有在得到CPU之后才能真正活動起來，所有就緒進程經由進程調度才能獲得CPU的控制權；實際上，進程調度完成一臺物理的CPU轉變成多臺虛擬（或邏輯）的CPU的工作；進程調度的實現(xiàn)策略往往決定了操作系統(tǒng)的類型，其算法優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的性能。可能很多，無法把它們都