操作系统学习--CPU调度（2）

布满荆棘的人生 2022-01-13 23:03 272阅读 0赞

CPU调度，是多道程序操作系统的基础。

计算机的吞吐率指的是计算机在单位时间内所处理的进程数。

CPU调度，通过在进程之间切换CPU，从而提高计算机的吞吐量。

我们知道进程的执行包括CPU执行和I/O等待周期，进程需要在这两种状态下不断切换。

CPU的调度从总体上来说出现在下面四种情况下：

（1）   当一个进程从运行状态切换到等待状态；

（2）   当一个进程从运行状态切换到就绪状态；

（3）   当一个进程从等待状态切换到就绪状态；

（4）   当进程运行终止时；

对于上述四种情况，其中第（1）和（4）种情况只存在进程的选择问题，一个新的进程必须被选择执行。

现如今有很多的CPU调度算法，那么不同调度算法具体效果如何，我们需要有一些评判标准，下面是一些判断的标准：

（1）   CPU的利用率。我们需要CPU能够尽可能高的得到使用。

（2）   吞吐量。计算机在一个时间单元内所能完成的进程数量。

（3）   周转时间。一个进程从提交到最终执行完成所需要的时间称为周转时间。

（4）   等待时间。指的是进程在就绪队列中等待所花的时间。

（5）   响应时间。指的是进程从提交到产生第一响应的时间。

下面说说常见的CPU调度算法。

（1）   先到先服务调度算法（FCFS,first-come first served）

顾名思义，就是谁先来就先执行谁。该算法是非抢占的，即一旦CPU被分配给了某个进程，那么必须等到这个进程终止或是进入等待状态才能将CPU释放分配给其他的进程使用。对于这个调度算法，如果最先到的是个需要CPU区间长度较长的进程，后面跟了几个CPU区间长度较短的进程，那么这些较短的进程就必须等待那个长进程执行完以后才能执行，因为是非抢占的，所以平均的等待时间就会很长。

（2）   最短作业优先调度（shortest-job-first，SJF）

针对上面FCFS提到的问题，我们可以使用最短作业优先调度来解决。这种调度是一种优先级调度，是按照CPU区间长度来进行优先级的划分的。该调度算法总是让具有最短CPU区间长度的进程优先执行。该算法的困难在于如何知道下一个CPU区间的长度。SJF经常用于长期调度。

（3）   优先级调度（priority scheduling algorithm）

优先级调度是为每个进程都分配一个优先级别，高优先级进程会先于低优先级进程执行，具有相同优先级的进程采用FCFS调度算法进行调度。优先级调度可以是抢占的也可以是非抢占的。当一个进程到达就绪队列后，会跟正在运行的进程的优先级进行比较，如果新到的进程优先级高于正在运行进程的优先级，那么抢占优先级调度会抢占CPU，而非抢占优先级调度会将该新进程添加到就绪队列的头部。优先级调度的一个主要问题是无穷阻塞或者饥饿。因为低优先级级别的进程可能会出现一直不被执行的状况。解决该问题的方法就是老化。老化是一种技术，它用于不断提高在系统中等待时间很长的进程的优先级。从而使得该进程能够有机会被执行。

（4）   轮转调度（round-robin scheduling algorithm）

轮转调度是专门为分时系统设计的。在该调度算法中引入了时间片的概念，时间片一般在10~100ms。将就绪队列设计为一个循环队列。调度算法循环遍历就绪队列中的每一个进程，为每一个进程分配一个时间片，如果再该时间片内进程完成，则顺序遍历下一个进程就绪执行，如果再该时间片内进程未完成，则将进程添加到就绪队列的尾部，并进行上下文切换选择就绪队列中的下一个进程进行执行。轮转调度算法的性能很大程度上依赖于时间片的大小，一般时间片的长度要大于上下文切换的时间，但也不能太大，否则轮转调度就转换为FCFS调度算法了。

（5）   多级队列调度

按照不同进程的不同调度需要，我们可以将就绪队列分成若干个不同的独立队列，每个队列都有自己的调度算法。

（6）   多级反馈队列调度

在多级队列调度算法中，进程会被分配给一个队列，并且这种分配是永久性的，不能从一个队列转移到另外一个队列，这种设置的优点是调度开销较低，但是不够灵活，与这种调度算法相反的是多级反馈队列调度算法，该算法允许在进程在队列之间移动。其思想是当一个进程使用过多的CPU时间时，它会被转移到更低的优先级队列中区。在较低优先级队列中等待较长时间的进程会被转移到较高的优先级队列中去，这样做是为了防止无穷阻塞或者饥饿现象的发生。

到此为止，我想你对CPU调度大概有所了解了吧，想要了解详情，还得自己看书啊呵呵。。。