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由于不同使用场景下对操作系统的要求不同,CPU调度策略本身不是一个确定的答案。例如在导弹、卫星上面的操作系统,一般都是采取实时调度。这里以PC机为例,简述PC机上操作系统的CPU调度策略。
一.引言
进程状态的转换:
(1) 就绪→执行
处于就绪状态的进程,当CPU调度执行该进程后,该进程便由就绪状态转变成执行状态。
(2) 执行→就绪
处于执行状态的进程在其执行过程中,因分配给它的一个时间片已用完而不得不让出CPU,于是进程从执行状态转变成就绪状态。
(3) 执行→阻塞
正在执行的进程因等待某种事件发生而无法继续执行时,便从执行状态变成阻塞状态。
(4) 阻塞→就绪
处于阻塞状态的进程,若其等待的事件已经发生,于是进程由阻塞状态转变为就绪状态。
二.CPU调度需要考虑的因素
(1) 周转时间
周转时间
:从进程提交到进程完成的时间。包括等待进入内存的时间、就绪队列中等待的时间、IO操作的时间、CPU运行计算的时间。
如何缩短周转时间?——SJF短作业优先策略
(2) 响应时间
响应时间
:计算机对用户操作做出反应的时间
如何有效控制内存中的每一个进程的响应时间?——时间片轮转调度(RR)
按照时间片调度CPU资源给每一个进程,时间片的大小需要在一定的区间范围内折衷:10-100ms
如果时间片过大,将导致响应时间过长,而如果过小,又会导致吞吐量过小。
(3) 如何在周转时间和响应时间之间寻找折衷处理办法
当前台任务和后台任务同时存在的时候(前台任务多IO,强调响应时间;后台任务多计算,强调周转时间),我们既需要用时间片轮转调度
来保证响应时间,同时也需要在这个基础上设定动态优先级策略
,考虑短作业优先
,一定程度上
前台任务优先执行。
三.Schedule调度函数实例(linux0.11下的精妙代码)
/* this is the scheduler proper: */
while (1) {
c = -1;
next = 0;
i = NR_TASKS;
p = &task[NR_TASKS];
/*遍历就绪态进程,同时寻找counter值最大的进程。如果最大的counter值>0,
那么跳出循环执行switch_to(next),该进程由就绪态转变为执行态*/
while (--i) {
if (!*--p)
continue;
/*counter在其中既有时间片的作用(counter=0即意味着CPU分配的时间片
个数降为了0),还有执行优先级策略的作用(counter值越大优先级越高)*/
if ((*p)->state == TASK_RUNNING && (*p)->counter > c)
c = (*p)->counter, next = i;
}
if (c) break;
/*当所有就绪态的时间片都用完的时候,遍历重置所有进程的时间片大小:
就绪态时间片大小重置为初值;阻塞态时间片大小不断增加(最终收敛于
初值大小的两倍)*/
for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)
if (*p)
{
(*p)->counter = ((*p)->counter >> 1) + (*p)->priority;
}
}
switch_to(next);
}
Schedule函数中用同一个counter变量同时做到了时间片轮转调度和动态优先级调用的功能。阻塞线程阻塞的时间越久,执行重置counter大小的次数就越多,counter的值也在越来越大,优先级就自然越来越高。
简单清晰,精彩绝伦!
关于counter变量的作用,另外还有一点精妙的地方:后台进程的执行完全按照counter控制的优先级策略进行轮转调度,每一次时间片用完之后就对应着counter的复位,如此不断轮转,最终的效果就是类似于SJF的短作业优先策略。