《CPU调度》课件

调度CPU调度是操作系统中的核心概念之一CPU它负责管理资源，分配给不同的进程或线程CPU课程目标了解调度概念掌握常见调度算法学习实时调度算法掌握多核调度算法CPU CPU掌握调度基本原理和方法包括、、、了解、等实时调度算法了解多核调度算法的挑战CPU FCFSSJF RRMLFQ EDFRM CPU等算法和解决方案调度概述CPU调度是操作系统中至关重要的核心功能，负责管理和分配CPU资源，确保系统高效运行CPU调度算法决定了进程在上的执行顺序，影响着系统性能CPU CPU、响应时间和公平性调度的作用CPU提高利用率提高系统吞吐量保证系统公平性提高系统响应速度CPU多个进程共享资源，避通过合理调度，提高系统单位为所有进程提供公平的快速响应用户的请求，提升用CPU CPU免空闲，最大程度利用时间内完成的任务数量，提升使用机会，避免某些进程长时户体验，例如，及时处理用户CPU能力系统效率间占用，影响其他进程输入或网络请求CPU CPU运行调度算法的指标吞吐量平均周转时间单位时间内完成的任务数量，反从作业提交到完成的时间，反映映系统处理能力系统对用户响应速度平均等待时间利用率CPU作业等待执行的时间，反映系统被占用的时间比例，反映系CPU对用户延迟统资源利用效率先来先服务调度算法FCFS简单易懂1实现简单公平2按顺序执行效率低3不考虑任务大小先来先服务算法是最简单的调度算法之一它按照进程到达的顺序进行调度，先到达的进程先执行，直到完成这种算法简单易懂FCFS，但效率较低，因为它没有考虑任务的大小和优先级算法的特点与缺陷FCFS先来先服务公平性响应时间资源利用率按照作业到达顺序进行调度，保证了每个作业都能得到处理短作业等待时间长，影响系统可能导致长时间空闲，资CPU简单易懂的机会效率源利用率低最短作业优先调度算法SJF概念1优先执行执行时间最短的进程优势2平均等待时间最短缺陷3难以预测进程的执行时间应用场景4适用于批处理系统算法是调度的常见算法之一，通过优先调度执行时间最短的进程，可以有效减少平均等待时间，提高系统效率但由于难以准确预测进程SJF CPU的实际执行时间，该算法在实际应用中存在局限性算法的特点与缺陷SJF高效性复杂度高

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22.算法能有效地减少平均等算法需要预先知道每个作SJF SJF待时间和平均周转时间，提高业的执行时间，这在实际应用系统效率中往往难以实现饥饿问题实施困难

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44.当系统中持续出现短作业时，在实际操作中，很难精确地预长作业可能无法获得时间测每个作业的执行时间，难以CPU，导致饥饿现象准确地实现算法SJF时间片轮转调度算法RR定义时间片轮转算法是一种基于时间片的调度算法，将时间划CPU分为固定长度的时间片，并将时间片轮流分配给每个就绪进程运行流程每个进程运行一个时间片后，无论是否执行完毕，都会被挂起并放入就绪队列尾部，接着下一个进程从队列头部开始执行特点时间片轮转算法可以有效地防止进程长时间占用，从而提高CPU系统的吞吐量，但时间片长度需要根据实际情况进行调整，过短会造成频繁切换，降低效率算法的特点与缺陷RR公平性响应时间短算法能确保每个进程都能得到算法能快速响应用户请求，提RR RR时间片，提高系统公平性高用户体验CPU时间片大小进程切换时间片过大，系统效率低；时间频繁的进程切换会导致系统开销片过小，系统开销过大增加，降低系统性能多级反馈队列调度算MLFQ法多个队列1将进程分配到不同优先级的队列中，优先级高的队列享MLFQ有更快的服务动态调整2进程在队列之间迁移，根据其运行时间和行为调整优先级时间片轮转3每个队列使用时间片轮转调度算法，确保所有进程都能获得一定时间片算法的特点MLFQ多级反馈队列时间片轮转反馈机制公平性和响应性多个优先级队列，不同优先级每个队列使用时间片轮转算法如果进程在高优先级队列中运平衡了不同类型进程的需求，的进程在不同的队列中等待，时间片长度随优先级递增行完时间片，则降级到低优先提高系统整体效率和响应速度级队列优先级调度算法概述1优先级调度算法根据每个进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先获得时间优先级可以是静态分配的，也可以是CPU动态调整的优点2可以根据进程的重要性进行调度，保证重要进程的优先执行，例如实时系统中的关键任务缺点3如果优先级分配不合理，可能会导致低优先级进程长期无法获得时间，甚至出现饥饿现象CPU优先级调度算法的特点与缺陷优势劣势优先级调度算法可以为重要的任务提供更高的优先级，从而提高系可能会导致优先级低的任务长时间等待，甚至饿死，影响系统的公统性能和效率平性实时调度算法概述实时调度算法专门用于处理实时系统，这些系统要求在规定的截止时间内完成任务实时调度算法考虑了任务的截止时间和优先级，确保关键任务得到及时执行最早截止时间优先算法EDF算法原理算法根据任务的截止时间进行排序，优先调度截止时间最早EDF的任务优势算法可以最大限度地提高系统吞吐量，并减少任务的延迟EDF应用场景算法适用于对时间敏感的任务，例如实时控制系统、多媒体EDF应用等算法的特点EDF最优性复杂度实时性算法可以保证在可调度性条件下，所算法的调度过程相对复杂，需要对所算法是一种非常有效的实时调度算法EDF EDFEDF有任务都能按时完成这意味着如果任务有任务的截止时间进行排序和比较在实，它可以保证实时任务的及时响应，避免集可以在给定的时间内完成，算法一时系统中，任务的截止时间可能随时发生任务延误和系统崩溃EDF定可以找到一种调度方案，让所有任务都变化，需要动态调整调度方案这会增加能按时完成系统开销，影响系统性能速率单调调度算法RM确定性1确保任务在截止时间前完成优先级2根据任务执行时间确定优先级调度3优先调度执行时间最短的任务速率单调算法是一种实时调度算法，它根据任务的执行时间来确定优先级执行时间最短的任务具有最高优先级，并优先被调度执行该算法确保了所有任务都可以在它们的截止时间前完成速率单调算法的特点RM静态优先级可预测性

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22.每个任务的优先级由其执行速率决定，速率越高，优先级越算法能够保证满足所有任务的截止时间，前提是任务的RM高执行速率之和不超过系统资源的总容量易于实现适用范围

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44.算法的实现相对简单，因为每个任务的优先级在系统启算法适用于周期性任务，且任务的执行时间和周期是固RM RM动前就已经确定定的实时调度算法的评价指标时间延迟资源利用率

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22.实时调度算法最重要的指标之实时调度算法的目标是最大限一，它衡量系统响应时间的快度地利用系统资源，例如CPU慢、内存和网络带宽任务完成率可预测性

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44.衡量实时调度算法能够成功完实时调度算法应该能够预测任成所有实时任务的比例务的完成时间，以便及时调整资源分配实时调度算法的应用场景汽车控制系统航空控制系统工业自动化医疗设备实时调度算法确保汽车关键系实时调度算法用于飞机控制系实时调度算法控制机器人运动实时调度算法用于医疗设备，统及时响应，例如刹车、转向统，例如导航、自动驾驶仪和和执行操作，如焊接、组装和例如心率监测仪、呼吸机和手和引擎控制飞行控制加工术机器人多核调度算法概述CPU随着计算机技术的发展，多核已经成为主流多核能够同时运行多个CPU CPU任务，提高系统性能多核调度算法需要考虑多个内核之间的资源分配和任务调度，以充分利用CPU资源，提高系统效率CPU多核调度算法的挑战CPU任务分配同步与通信将多个任务分配到不同的核多个核心之间需要协调工作，确CPU心上，以最大程度地利用计算资保数据共享和同步，以避免冲突源，同时确保公平性和高效性和死锁缓存一致性功耗管理当多个核心同时访问相同数据时多核的功耗管理更加复杂，CPU，需要确保缓存数据的一致性，需要根据任务负载和系统状态动以避免数据不一致问题态调整频率和电压CPU常见多核调度算法CPU进程调度算法线程调度算法如多级反馈队列算法，为每个如时间片轮转算法，将线程分配MLFQ RR核心分配一个队列，并根据优先级进给不同的核心，并轮流执行行调度并行调度算法亲和性调度算法将任务分解成多个子任务，并分配给将线程绑定到特定的核心，以减少线不同的核心，以提高执行效率程迁移和缓存丢失多核调度算法的特点CPU并行处理资源利用率提升更复杂的调度策略性能优化多核调度算法可以有效地多核调度算法可以充分利多核调度算法需要考虑核多核调度算法可以根据任CPU CPU CPUCPU将任务分配到多个核心上，实用每个核心，提高资源利心之间的协作，以及任务之间务类型和系统负载，动态调整CPU现并行处理，提高系统吞吐量用率，减少系统等待时间的依赖关系，因此需要更复杂调度策略，提高系统性能的调度策略调度算法的选择与优化系统需求性能目标根据应用程序的类型和资源要求选择合适的调度算法，如实时考虑利用率、响应时间、吞吐量等性能指标，优化调度算CPU系统、批处理系统或交互式系统法以实现最佳性能系统配置动态调整根据系统配置和资源限制，调整调度算法参数，如时间片长度随着系统负载变化，动态调整调度算法参数，以适应不断变化、优先级策略等的系统环境总结调度算法对操作系统效率至关重要不同算法各有优劣，选择合适的算法CPU需要根据系统特点进行权衡。