《处理机调度》课件

处理机调度欢迎来到处理机调度课件本课件将带您深入了解处理机调度的基本概念、算法以及应用场景处理机调度概述处理机调度是操作系统中重要的组成部分，调度程序根据特定的策略选择一个就绪进程调度目标是提高系统效率，例如提高吞吐量负责管理和分配处理机的使用权分配给处理机、缩短响应时间、平衡负载处理机调度的目标提高利用率缩短作业周转时间保证公平性CPU尽可能地让CPU处于繁忙状态，减少CPU从作业提交到作业完成的时间间隔，包括所有进程都能获得公平的CPU时间片，避空闲时间，提高系统吞吐量和效率等待时间和运行时间，目标是缩短作业周免个别进程长时间占用CPU，导致其他进转时间，提高系统响应速度程长时间等待处理机调度的策略策略算法目标处理机调度策略决定了哪一个进程被允不同的调度算法使用不同的策略来选择处理机调度的目标是最大化系统吞吐量许使用处理机策略应该选择一个最合进程例如，先来先服务算法选择最先，最小化平均等待时间，优化响应时间适的进程，以提高系统的效率和性能到达的进程；最短作业优先算法选择最，保证公平性和实时性等短的任务；轮转算法给每个进程分配相同的时间片先来先服务调度算法简单易懂1实现起来简单，易于理解公平性2所有进程都按到达顺序执行低效性3无法考虑进程的运行时间先来先服务调度算法是较为简单的调度算法，它按照进程到达的顺序进行调度该算法易于实现，且保证了所有进程的公平性，但由于没有考虑进程的执行时间，可能会导致短作业被长作业阻塞，降低系统效率最短作业优先调度算法优先级基于作业的预计运行时间，优先执行预计运行时间最短的作业优点平均周转时间和平均等待时间较短缺点可能导致长作业饥饿，因为始终被短作业抢占最短剩余时间优先调度算法算法概述1选择剩余执行时间最短的进程优先执行优点2平均周转时间和平均带权周转时间较短缺点3可能造成短进程饥饿，即长进程一直占用CPU轮转调度算法时间片效率每个进程分配一个固定时间片，执行完后进入就绪队列尾部，等待再次调时间片的设置影响效率，时间片过短会导致频繁切换，增加开销；过长会度降低响应速度123公平性轮转调度算法保证所有进程都能获得处理机时间，避免了进程长时间等待多级反馈队列调度算法多个队列1根据优先级划分多个队列，优先级高的队列优先处理时间片轮转2每个队列使用时间片轮转调度算法，但每个队列的时间片长度不同动态迁移3当进程在某个队列中运行完时间片后，会根据其运行情况迁移到其他队列实时调度算法硬实时1严格的时限要求软实时2允许一定程度的延迟周期性实时3任务周期性执行非周期性实时4任务随机出现批处理系统调度算法先来先服务最短作业优先优先级调度FCFS SJF最简单的算法,按进程到达顺序执行执行时间最短的进程优先，有利于提高系根据进程优先级决定执行顺序，高优先级统吞吐量进程优先交互式系统调度算法优先级调度响应时间优先级调度算法根据进程的优先级来分配CPU时间，优先级高的进程优先交互式系统强调快速响应用户请求，例如点击鼠标或按下键盘键执行123时间片轮转时间片轮转调度算法将CPU时间分成时间片，每个进程轮流执行一个时间片实时系统调度算法硬实时1严格时间限制软实时2允许延迟周期性3定期执行非周期性4不定期执行内存管理调度算法分页式管理将逻辑地址空间划分为固定大小的页，物理地址空间划分为大小相同的页框分段式管理将逻辑地址空间划分为多个段，每个段可以是不同大小的段页式管理将逻辑地址空间划分为段，并将每个段进一步划分为页磁盘调度算法扫描算法先来先服务算法磁头从当前位置开始，按顺序扫描整个磁道，处理所有请按照请求到达的顺序处理磁盘请求求1234最短寻道时间优先算法循环扫描算法每次选择距离磁头最近的请求进行处理磁头扫描完一个方向后，再反向扫描，处理所有请求调度算法CPU分配资源提高系统效率1CPU2决定哪个进程或线程应该获得通过有效地管理CPU资源，最CPU资源，以及使用多长时间大限度地提高系统性能保证公平性3确保所有进程或线程都能获得合理的CPU时间片就绪队列的管理就绪队列队列管理调度算法就绪队列用于存放所有处于就绪状态的进程有效的就绪队列管理包括调度算法决定哪个就绪进程将被分配到，这些进程已经获得了所需的资源并且等待CPU上运行•加入进程CPU的分配•删除进程•队列组织进程阻塞队列的管理等待事件队列管理唤醒机制进程进入阻塞队列的原因包括等待I/O通常使用链表或队列数据结构来管理阻塞当进程等待的事件发生时，系统会唤醒该完成，等待信号量或互斥量，等待其他进队列，方便快速插入和删除进程进程并将其从阻塞队列移至就绪队列，以程的资源或服务便重新竞争CPU资源进程切换开销的分析保存上下文将当前进程的寄存器、程序计数器等状态信息保存到内存加载上下文将新进程的上下文信息加载到CPU寄存器中内存切换将当前进程的内存页面换出，并将新进程的页面换入进程调度的性能指标12吞吐量利用率CPU单位时间内完成的任务数CPU处于忙碌状态的时间占总时间的比例34响应时间周转时间从提交请求到系统开始响应的时间从作业提交到作业完成的时间处理机调度算法的选择系统需求性能指标12不同类型的操作系统和应用程选择调度算法时，需要考虑诸序对调度算法有不同的需求如CPU利用率、平均周转时间例如，实时操作系统需要低延和平均等待时间等性能指标迟，而批处理系统需要高吞吐量成本3一些调度算法可能比其他算法更复杂，因此可能需要更多的资源来实现处理机调度算法的应用实例在现代操作系统中，处理机调度算法被广泛应用于各种场景例如，在多用户系统中，处理机调度算法用于分配处理器资源，以确保不同用户的程序能够公平地获得处理时间在实时系统中，处理机调度算法用于满足实时任务的严格时间要求，例如控制系统和嵌入式系统处理机调度算法的对比分析性能指标适用场景CPU利用率、吞吐量、响应时间不同的调度算法适合不同的应用场、周转时间等指标用于评估不同算景，例如批处理系统、交互式系统法的效率和性能或实时系统复杂度算法的实现复杂度和运行开销也是需要考虑的因素，影响系统性能和资源消耗处理机调度算法的发展趋势云计算移动计算云计算环境下，虚拟化技术和资源共移动设备资源有限，需要轻量级、高享成为主流，需要更灵活的调度算法效的调度算法，以满足移动应用的低以优化资源分配和提高性能延迟和高吞吐量需求人工智能人工智能的快速发展推动着对更智能的调度算法的需求，以支持大规模并行计算和复杂的机器学习任务处理机调度算法的研究方向云计算环境下的调度移动设备的调度多核处理器的调度云计算环境下的调度需要考虑资源的动态分移动设备的调度需要考虑资源受限、功耗限多核处理器的调度需要考虑线程之间的同步配和管理，以满足用户需求，并提高资源利制和用户体验等因素，以提高系统性能和延和通信，以充分发挥多核性能，提高并行计用率长电池续航时间算效率处理机调度算法的未来展望人工智能云计算未来，人工智能技术将进一步融云计算环境下，处理机调度算法入处理机调度算法，实现更加智需要适应分布式、异构的资源环能化的调度策略境物联网物联网设备的普及将催生全新的处理机调度需求，例如实时性、资源约束等处理机调度算法的挑战与机遇云计算人工智能物联网云计算环境下的调度算法需要适应大规模分人工智能应用需要高效的调度算法来管理计物联网设备的实时性要求更高，调度算法需布式系统，并考虑资源分配、任务迁移和容算资源，并优化模型训练和推理过程要考虑低延迟、高可靠性和资源约束等因素错等问题处理机调度算法的前沿技术处理机调度算法领域正在不断发展，新的技术和方法层出不穷一些前沿技术包括•基于机器学习的调度算法•云计算环境下的调度算法•异构计算环境下的调度算法•边缘计算环境下的调度算法•量子计算环境下的调度算法处理机调度算法的创新思路自适应调度云环境调度深度学习调度根据系统状态动态调整调度策略，例如根针对云计算环境的特性，例如虚拟化、弹利用深度学习技术分析历史数据，预测未据进程优先级、资源占用情况等进行自适性伸缩等，设计新的调度算法，提高资源来负载变化，并根据预测结果动态调整调应调整利用率和服务质量度策略处理机调度算法的发展历程早期1先来先服务（FCFS）和最短作业优先（SJF）算法，简单易实现，但性能有限中期2轮转调度（RR）和多级反馈队列（MFQ）算法，提高了系统效率，但仍存在不足现代3实时调度（RT）算法和多核调度算法，针对特定需求优化，提升了系统性能结论与讨论调度算法选择调度算法优化不同的调度算法有不同的优缺点，可以通过多种方法优化调度算法，需要根据具体情况选择合适的算法例如动态调整调度参数，使用混合调度策略等未来展望随着多核处理器、云计算等技术的发展，处理机调度算法将会面临新的挑战和机遇。