《调度与处理器分配》课件

《调度与处理器分配》本课件旨在深入讲解计算机操作系统中调度与处理器分配的基本概念、关键技术和应用场景我们将从调度的定义和目标出发，探索各种调度策略的优劣，并进一步探讨处理器分配的机制、策略和负载均衡等重要内容最后，我们将介绍并行化计算的概念和实现方法，帮助您理解现代计算机系统中的并行处理技术课程导入课程目标课程内容深入理解操作系统的核心概念调度与处理器分配调度定义、目标、策略掌握各种调度策略及其优缺点处理器分配概念、目标、策略了解处理器分配的机制和策略负载均衡概念、评估、修正学习并行计算的概念和实现方法并行化概念、挑战、模型什么是调度调度是指操作系统管理和分配系统资源（如CPU、内存、磁盘等）的过程，它决定了哪个进程或线程在何时获取资源，从而实现多任务处理调度的目标提高系统吞吐量降低平均等待时间12在单位时间内完成的任务数量更多减少进程或线程等待资源的时间保证公平性提升系统响应时间34所有进程或线程都能获得公平的资源分配机会缩短用户请求的响应时间调度的策略不同的调度策略根据不同的目标和优先级来分配系统资源，常见策略包括先来先服务调度、短作业优先调度、最短剩余时间优先调度、最高响应比优先调度等先来先服务调度先来先服务调度是一种简单直观的策略，按照进程到达系统的顺序依次分配资源，先到达的进程先执行它容易实现，但无法考虑作业的长度，可能导致短作业等待时间过长短作业优先调度短作业优先调度策略优先分配资源给预计运行时间较短的作业，以减少系统整体等待时间它适合处理大量短作业，但在处理长作业时会导致等待时间过长最短剩余时间优先调度最短剩余时间优先调度是短作业优先策略的改进，它考虑的是作业剩余的运行时间，优先执行剩余时间最短的作业这种策略可以有效缩短平均等待时间，但需要提前预估作业的运行时间最高响应比优先调度最高响应比优先调度策略综合考虑了作业的等待时间和运行时间，它优先执行响应比最高的作业，响应比是指等待时间与运行时间的比值这种策略可以平衡长作业和短作业的等待时间，但需要计算响应比，增加系统开销调度算法的比较与应用算法优点缺点应用场景先来先服务简单易实现无法考虑作业简单的批处理长度系统短作业优先降低平均等待长作业等待时大量短作业的时间间过长系统最短剩余时间更有效地缩短需要预估作业实时系统，需优先等待时间运行时间要快速响应最高响应比优平衡长短作业计算开销较大需要平衡长短先等待时间作业的系统处理器分配的概念处理器分配是指操作系统将CPU资源分配给不同进程或线程的过程，它决定了哪个进程或线程可以占用CPU进行执行处理器分配的目标最大化利用率提高系统吞吐量CPU12尽量减少CPU空闲时间，提在单位时间内完成的任务数量高资源利用效率更多保证公平性满足不同进程需求34所有进程或线程都能获得公平根据不同进程的优先级和资源的CPU时间分配机会需求进行分配处理器分配的策略处理器分配策略主要分为静态分配和动态分配两种，静态分配在系统启动时就分配好每个进程的CPU时间片，而动态分配则根据系统运行情况动态调整进程的CPU时间片静态分配静态分配策略简单易实现，适合处理固定数量的进程，每个进程都拥有固定的CPU时间片但这种策略无法根据实际运行情况进行调整，可能导致一些进程长时间等待CPU时间，影响系统性能动态分配动态分配策略根据系统运行情况动态调整进程的CPU时间片，可以根据进程的优先级、资源需求等进行动态调整，提高资源利用率和系统性能但动态分配策略的实现比较复杂，需要额外的系统开销动态分配算法常用的动态分配算法包括时间片轮转算法、优先级调度算法、多级反馈队列调度算法等，这些算法根据不同的策略分配CPU时间片，以达到不同的目标负载均衡负载均衡是指将来自多个用户的请求分散到多个服务器上处理，以避免单个服务器过载，提高系统性能和可用性它是一种重要的技术，尤其是在多服务器系统中，可以有效地提高系统性能和可靠性负载评估负载评估是指评估系统当前的负载情况，包括CPU使用率、内存使用率、网络流量等通过评估系统负载，可以判断系统是否处于正常状态，以及是否需要采取措施进行负载均衡失衡检测失衡检测是指检测系统中不同服务器之间的负载是否均衡，如果发现某个服务器负载过高，而其他服务器负载较低，则需要采取措施进行负载均衡失衡修正失衡修正是指通过调整服务器的配置或策略，将过高的负载转移到负载较低的服务器上，以达到负载均衡的目的常见的失衡修正方法包括负载均衡算法、服务器扩容、服务器迁移等并行化概念并行化是指将一个任务分解成多个子任务，并由多个处理器或核心同时执行，以提高任务执行效率它是一种重要的技术，可以有效地加速计算密集型任务的执行速度并行化的挑战任务分解通信同步将任务分解成可并行的子任务，子任务之间需要通信和同步，以并且每个子任务的执行时间要足保证正确性通信和同步的开销够短会影响性能数据分布负载均衡需要将数据分配到不同的处理器需要保证每个处理器都有足够的上，并保证数据的一致性任务执行，避免某些处理器过载而其他处理器闲置并行计算模型共享内存模型消息传递模型所有处理器共享同一个内存空间，可处理器之间通过消息传递进行通信和以方便地进行数据共享和同步同步，适合分布式计算数据并行模型任务并行模型将数据分成多个部分，每个处理器处将任务分成多个子任务，每个处理器理一部分数据执行一个或多个子任务程序分区识别并行任务1分解成子任务2分配给处理器3通信和同步4数据分布5程序分区是将程序代码分解成可并行的子任务，并将子任务分配到不同的处理器上执行分区粒度分区粒度是指将程序代码分解成子任务的细致程度，细粒度分区可以提高并行效率，但会增加通信和同步的开销，而粗粒度分区可以降低通信和同步的开销，但可能降低并行效率分区策略分区策略是指选择哪些部分代码进行并行化，以及如何将代码分解成子任务常用的分区策略包括数据分区、任务分区、循环并行化等通信同步通信同步是指在并行执行过程中，不同处理器之间需要进行数据交换和同步，以保证程序的正确性常用的通信同步方法包括共享内存、消息传递、同步屏障等数据分布数据分布是指将程序所需的数据分配到不同的处理器上，以减少数据传输的开销，提高并行效率常用的数据分布策略包括数据复制、数据分块、数据散列等性能评估12吞吐量响应时间单位时间内完成的任务数量完成任务所需的时间34加速比效率并行执行时间与串行执行时间的比值并行执行时间与处理器数量的乘积之比优化建议选择合适的并行模型1优化分区策略2减少通信同步开销3平衡负载4总结与展望本课件介绍了操作系统的调度与处理器分配的基本概念和关键技术，并探讨了并行计算的概念和实现方法随着计算机硬件技术和软件技术的不断发展，调度与处理器分配技术将会越来越重要，未来将更加关注高效、智能、可扩展的调度与处理器分配技术，以满足日益增长的计算需求。