《A处理机调度》课件

处理机调度A处理机调度是操作系统中一项重要的功能，它负责管理和分配处理机资源它决定哪个进程或线程能够获得处理机，以及它们应该运行多长时间课程目标了解处理机调度基本概念掌握常见的调度策略理解处理机调度在操作系统中的学习各种调度算法及其优缺点，重要作用例如先来先服务、短作业优先等理解多处理机调度问题学习实时调度技术探讨如何将多个任务分配到多个了解实时系统对调度算法的要处理器上，并提高系统效率求，并掌握常用的实时调度算法处理机调度概述多任务管理资源分配性能优化处理机调度是操作系统核心功能之一，负调度程序根据预定义的策略分配处理机时合理的调度策略可以提高系统吞吐量、减责管理多个任务或进程对处理机的访问间，确保各个任务都能获得必要的处理时少响应时间，优化系统整体性能间调度策略调度算法调度策略类型调度算法是处理机调度策略的核心，它根据不同的目标和策略选常见的调度策略类型包括先来先服务FCFS、短作业优先择合适的进程进行执行SJF、时间片轮转RR、多级反馈队列MFQ等算法的目标包括提高系统吞吐量、缩短平均响应时间等不同的调度策略适用于不同的场景，需要根据实际需求进行选择最长工作时间方法最长工作时间方法是一种简单的调度算法，它总是选择执行时间最长的任务这种方法假设执行时间最长的任务最能有效地利用处理机资源优先级1根据执行时间排序选择2选择执行时间最长的任务执行3执行所选任务完成4继续执行下一个任务最短完成时间方法任务排序1根据每个任务的预计完成时间进行排序最短优先2优先处理预计完成时间最短的任务动态调整3随着新任务的到来，重新排序并调整调度计划最短完成时间方法旨在最小化所有任务的总完成时间此方法在时间敏感的应用程序中非常有用，例如实时数据处理和紧急任务管理通过优先处理预计完成时间最短的任务，可以快速完成工作，并提高系统的整体效率最短等待时间方法概述最短等待时间方法是一种简单的调度策略，它将优先级分配给等待时间最短的进程优缺点这种方法可以有效减少进程的平均等待时间，但它可能会导致饥饿问题，即某些进程可能永远无法获得处理机资源应用场景最短等待时间方法通常用于交互式系统，例如在线游戏或web服务器，因为这些系统需要快速响应用户请求最少赶工时间方法123定义计算应用最少赶工时间方法是按照最短的赶工赶工时间是指任务完成所需的时间减此方法适用于需要在限定时间内完成时间对任务进行排序，目的是尽量减去截止日期，最少赶工时间方法通常多个任务的项目，例如软件开发、产少项目的总完成时间使用优先级队列实现品设计等多处理机调度问题资源分配通信协调多个处理器需要分配给多个任务，以处理器之间需要协调工作，以确保任提高整体效率务顺利进行负载平衡调度算法任务分配要均衡，以防止某些处理器需要使用合适的算法来分配任务，以负载过重提高效率最长工作时间方法最长工作时间方法是一种贪心算法该算法假设每个任务可以立即开始执行它选择最长工作时间，并将它分配给空闲处理器，以此来最大限度地减少空闲时间排序1根据工作时间对任务排序，从最长到最短分配2将最长任务分配给空闲处理器执行3执行已分配的任务，直到完成最短完成时间方法排序1根据每个任务的执行时间进行排序分配2将最短的任务优先分配给处理机完成3逐个完成排序后的任务最短完成时间方法是一种贪婪算法，它试图通过优先处理最短的任务来最小化所有任务的总完成时间最少资源消耗方法基本原理1该方法的目标是将资源分配给那些能够最快完成任务的进程，从而减少资源的闲置时间，提高资源利用率资源分配2根据进程所需的资源量和完成任务所需的预计时间，将资源分配给最有可能快速完成任务的进程资源回收3当进程完成任务后，释放其所占用的资源，以便其他进程可以利用这些资源实时调度严格的时限要求对时间敏感12实时任务必须在规定的时间内实时调度算法需要确保每个任完成，否则会造成系统故障或务都能够在规定的时间内完数据丢失成，并避免任务之间的冲突资源管理3实时系统需要对系统资源进行有效的管理，以保证任务能够及时完成先来先服务算法先来先服务FCFS先来先服务算法是最简单、最直观的调度算法之一它按照进程到达系统的时间顺序进行调度，先到达的进程先执行特点FCFS算法易于实现，但公平性较差如果一个长作业先到达，则它会占用处理器很长时间，导致后面到达的短作业等待时间过长适用场景FCFS算法适合于批处理系统或对响应时间要求不高的系统短作业优先算法基本思想短作业优先算法根据作业执行时间进行排序，将执行时间短的作业优先分配给处理器它能够有效地提高系统吞吐量，并减少平均等待时间优势短作业优先算法适用于处理大量短作业的情况，能够有效地提高系统效率劣势短作业优先算法对长作业很不利，可能会导致长作业长时间等待，造成饥饿现象适用场景短作业优先算法适用于处理大量短作业的系统，例如批处理系统或交互式系统时间片轮转算法基本思想1为每个进程分配一个时间片，轮流执行执行过程2每个进程执行完时间片后，会被强制挂起，并将CPU资源分配给下一个进程特点3能够保证所有进程获得CPU资源，提高系统吞吐量多级反馈队列算法高优先级队列1短作业优先中优先级队列2时间片轮转低优先级队列3先来先服务多级反馈队列算法是结合了多种调度算法的优势，通过多个队列来处理不同类型的作业，每个队列都有不同的优先级和调度策略高优先级队列用于处理短作业，使用短作业优先策略，可以快速完成这些作业中优先级队列使用时间片轮转算法，可以公平地处理多个中等长度的作业低优先级队列使用先来先服务算法，用于处理较长的作业实时调度算法性能分析算法优点缺点先来先服务算法简单易实现可能导致短作业等待时间过长短作业优先算法提高系统吞吐量可能导致长作业饥饿时间片轮转算法公平性较好时间片过短会导致效率降低多级反馈队列算法平衡了吞吐量和响应时间复杂度较高协作式多处理机调度共享资源任务分配多个处理器协同工作，共享系统操作系统将任务分配给多个处理资源，如内存和外设器，提高系统效率同步协调性能提升处理器之间需要协调工作，确保协作式调度可以有效提高系统吞数据一致性和正确性吐量和响应速度协作式调度的好处提高效率资源优化可扩展性强通过将任务分解并分配给不同的处理器，协作式调度可以有效地利用系统资源，避通过添加新的处理器，协作式调度可以轻协作式调度可以显著缩短任务的完成时免单个处理器长时间空闲，从而提高整体松扩展以处理更大的工作负载，提高系统间资源利用率的处理能力协作式调度的实现线程创建1创建线程对象，并初始化线程相关数据线程挂起2当线程遇到等待或阻塞状态时，会自动挂起线程唤醒3当等待条件满足或被其他线程唤醒时，线程恢复运行线程终止4线程完成任务或被其他线程终止，线程结束运行协作式调度通过线程自身控制来实现调度，当线程主动放弃CPU控制权时，其他线程才有可能被调度运行互斥与同步问题互斥同步互斥是指多个进程不能同时访问共享资源访问资源的顺序很重要，避免资源冲突同步是指多个进程协调工作，确保按顺序执行需要保证进程之间的协同，才能实现正确的结果死锁概念与预防死锁定义死锁预防预防方法预防原则多个进程相互等待对方释放资通过破坏死锁产生的四个必要资源分配策略，避免相互等系统必须严格执行死锁预防策源，导致所有进程都无法继续条件，避免死锁的发生待，确保资源按顺序分配略，确保安全性和稳定性执行死锁检测与解决

11.死锁检测算法

22.资源回收检测系统中是否存在死锁，并强行剥夺参与死锁进程的资识别出参与死锁的进程源，并释放回系统

33.进程回滚

44.进程终止将参与死锁进程回滚到之前的强制终止参与死锁进程，释放安全状态，重新分配资源其占有的资源进程间通信共享内存消息传递12在共享内存中，多个进程共享进程通过消息队列进行通信，一个地址空间，可直接访问彼传递数据块或结构化数据此数据管道套接字34管道是用来连接两个进程的通套接字是网络通信的接口，允信通道，以实现数据流传输许不同进程或主机之间进行通信信号量机制信号量同步互斥等待队列信号量是一个整数变量，用于信号量用于同步多个进程，确信号量可以实现互斥访问，确当一个进程尝试访问一个已经控制对共享资源的访问它表保它们以协调的方式访问共享保一次只有一个进程可以访问被占用的资源时，它会被添加示允许访问该资源的计数资源，避免冲突和数据不一共享资源到等待队列中，直到信号量值致变为正数，允许它访问资源监控程序监控程序的作用监控程序的类型监控程序负责监测系统运行状态它们可以实时收集系统数据，常见的监控程序类型包括系统监控、应用监控、网络监控等并根据预设的规则进行分析和判断例如，系统监控程序可以监测CPU使用率、内存占用率、磁盘当检测到异常情况时，监控程序会及时发出警报，通知管理员进空间等，而应用监控程序可以监测网站流量、数据库连接数等行处理处理机资源分配分配策略调度算法性能评估处理机资源分配是指将可用的处理机时间不同的调度算法，例如先来先服务、短作通过性能指标，如平均等待时间、平均周分配给不同的进程或线程业优先、时间片轮转等，都会影响处理机转时间等，可以评估处理机资源分配的有资源的分配效率效性作业流水线调度流水线调度概述流水线调度是一种有效调度方法，它将作业划分为多个阶段，并按照顺序执行流水线调度优点提高资源利用率，减少作业的平均完成时间，提高系统吞吐量调度策略常用的流水线调度策略包括最短作业优先、最长作业优先、优先级调度等示例场景制造业中，流水线生产线就是一个典型的作业流水线调度场景课程总结本课程深入探讨了处理机调度原理与实践从调度策略到算法分析，涵盖了多种关键概念学生能够理解调度目标、评价指标，并掌握常见调度算法的应用。