6.1 进程调度概念
进程调度就是指在合适的时候以一定策略选择一个就绪进程运行.
调度的目标
- 响应速度尽可能块
- 进程处理的时间尽可能短
- 系统吞吐量尽可能大
- 资源利用率尽可能高
- 对所有进程要公平
- 避免饥饿
- 避免死锁
上述部分原则之间存在自相矛盾!
进程调度的目标(两个量化的衡量指标)
周转时间/平均周转时间
进程提交给计算机到最终完成所花费的时间
意义:说明进程在系统中停留时间的长短
带权周转之间/平均带权周转时间
w=t / t_r
t:进程的周转时间
t_r: 进程的运行时间
意义: 进程在系统相对停留时间
6.2 典型调度算法
先来先服务调度(First Come First Serve)
算法
按照作业进入系统的时间先后来挑选作业.先进入系统的作业优先被运行
特点
- 容易实现,效率不高
- 只考虑作业的等候时间,而没考虑运行时间的长短.因此一个晚来但是很短的作业可能需要等待很长时间才能被运行.所以算法不利于短作业.
短作业优先调度算法(Short Job First)
算法
参考运行时间,选取运行时间最短的作业投入运行
特点
- 易于实现,效率不高
- 忽视了作业等待时间,一个早来但是很长的作业将会在很长时间得不到调度,易出现资源"饥饿"的现象.
响应比高者优先调度算法
响应比定义
- 作业的响应时间和运行时间的比值
- 响应比=响应时间/运行时间=(等待时间+运行时间)/运行时间=1+等待时间/运行时间
算法
计算每个作业的响应比,选择响应比最高的作业优先投入运行.
特点
响应比=1+等待时间/运行时间
- 如果作业等待时间相同,则运行时间越短的作业,其响应比越高,因此越容易被调度.有利于短作业.
- 如果作业运行时间相同,则等待时间越长的作业,其响应比越高,因此越容易被调度.有利于等候长的作业.
优先数调度算法
算法
根据进程优先数,把CPU分配给最高的进程.
进程优先数=静态优先数+动态优先数
- 静态优先数:进程创建时确定,在整个进程运行期间不再改变.
- 动态优先数:在运行期间可以改变
静态优先数的确定
- 基于进程所需的资源多少
- 基于程序运行时间的长短
- 基于进程的类型[IO/CPU,前台/后台,核心/用户]
动态优先数的确定
- 当使用CPU超过一定时长时;
- 当进行I/O操作后
- 当进程等待超过一定时长时
循环轮转调度算法(ROUND-ROBIN)
概念
- 把所有就绪进程按先进先出的原则拍成队列.新来进程加到队列末尾.
- 进程以时间片q为单位轮流使用CPU. 刚刚运行一个时间片的进程排列到队尾,等候下一轮运行.
- 队列逻辑上是环形的.
优点
- 公平性:每个就绪进程有平等机会获得CPU
- 交互性:每个进程等待(N-1)*q的时间就可以重新获得CPU
时间片q的大小
- 如果q太大:交互性差;退化为FCFS调度算法
- 如果q太小,进程切换频繁,系统开销增加
改进
- 时间片的大小可变
- 组织多个就绪队列
6.3 Linux进程调度
Linux进程类型
普通进程
- 采用动态优先级调度
- 调度程序周期性地修改优先级(避免饥饿)
实时进程
- 采用静态优先级来调度
- 由用户预先指定,以后不会改变
Linux进程的优先级
静态优先级
- 进程创建时指定或由用户修改
动态优先级
- 在进程运行期间可以按调度策略改变
- 非实时进程采用动态优先级,由调度程序计算
- 只要进程占用CPU，优先级就随时间流失而不断减小
- task_struct的counter表示动态优先级
调度策略
实时进程
SCHED_FIFO(先进先出)
- 当前实时进程一直占用CPU直到退出或阻塞或被抢占
- 阻塞后再就绪时被添加到同优先级队列的末尾
SCHED_RR(时间片轮转)
- 与其它实时进程以Round-Robin方式共同使用CPU
- 确保同优先级的多个进程能共享CPU
非实时进程(普通进程)
- Sched_other(动态优先级)
- counter成员表示动态优先级
调度策略的改变
- 系统调用sched_setscheduler()改变调度策略
- 实时进程的子孙进程也是实时进程
调度时机
中断处理过程中直接调用schedule()
- 时钟中断,I/O中断,系统调用和异常
- 内核被动调度的情形
中断处理过程返回用户态时直接调用schedule()
内核线程可直接调用schedule()进行进程切换
用户态进程只能通过陷入内核后在中断处理过程中被动调度
进程切换
概念
- 内核挂起当前CPU上的进程并恢复之前挂起的某个进程
- 任务切换,上下文切换
与中断上下文的切换有差别
- 中断前后在同一进程上下文中,只是用户态转向内核态执行
进程上下文包含了进程执行需要的所有信息
- 用户地址空间: 包括程序代码,数据,用户堆栈等
- 控制信息:进程描述符,内核堆栈等
- 硬件上下文
进程调度和切换的流程
都是通过schedule()函数.
