第二章.3节 CPU调度Ⅰ

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（PS：个人课下整理的操作系统笔记，OneNote直接拷贝过来的，图片看不了就将就一下，配合张伟老师的PPT看效果更好）

一、基本概念

1.CPU调度是多道程序的基础，通过在进程之间切换CPU，操作系统可以提高计算机的效率

2.CPU调度程序从内存的就绪队列中选择一个进程，并为之分配CPU

3.分派程序把CPU控制权交给由短期调度程序选择出来的进程

   其功能包括：

• 上下文切换
• 切换到用户模式
• 跳转到用户程序的合适位置以重启程序

   分派延迟（Dispatch latency）：停止一个进程而启动另一个进程执行所花费的时间

4.非抢占调度方案（当CPU分配给该进程，必须等到该进程完成或切换到等待状态才可以分配给别的）与抢占调度方案要知道

 

二、调度准则（Criteria）

1.算法衡量准则：

1. （MAX）CPU utilization（利用率）：as soon as possible
2. （MAX）Through put（吞吐量）：单位时间完成进程的数量
3. （Min）Turnaround time（周转时间）=CPU执行时间+等待时间（在ready队列中的时间）——从进程提交到完成的时间间隔，包括等待进入内存，内存中等待，CPU执行，IO执行
4. （Min）Waiting time（等待时间）：进程在就绪队列中的等待时间之和
5. （Min）Response time（响应时间）：从提交请求到第一次响应的时间（体现在分时系统中）

2.在对不同的算法进行比较时，使用平均等待时间作为评价标准

3.各类准则：

 

• 先到先服务（FCFS——First-come，first-Served）调度，非抢占
  • 先请求CPU的进程先得到CPU
  • 甘特图：

• FCFS对进程到达顺序敏感，即当上述进程按P2,P3,P1到达平均等待时间更短。
• 护航现象（Convoy effect）：所有进程都等待一个大进程释放CPU，导致CPU和设备利用率非常低

 

• 最短作业优先调度（SJF——Shortest-Job-First）调度，抢占（SRTF，最短剩余remain时间调度）或者非抢占，SJF调度的平均等待时间最小，最优调度算法
  • 先赋给具有最短CPU区间的进程，如果两个进程CPU区间相同，再按照FCFS。
  • 甘特图：

• 困难：无法预测下一个CPU区间长度，并不知道下一个进程的CPU区间

所以SJF常用于长期调度，而短期调度由于无法获得下一个CPU区间长度，只能近似SJF

• 采用相关算法预测下一个CPU区间长度：

后面的权1-α比前面的权α要小。

• 非抢占SJF调度的例子：

1. 当P1进程执行的过程中，还没有结束时，P2P3P4进程到达就绪队列中，按照SJF算法，先P3，再P2P4（CPU区间相同，但是P2先到），所以得到如上甘特图。
2. 周转时间 = 执行时间（Burst time）+等待时间

      = 完成时间（甘特图一个进程两端的右下端的数字）-到达时间（arrival time）

此公式可以算出每个进程的等待时间

 

• 优先级（Piority）调度，数越小优先级越高，抢占（如果新到达进程的优先权高于当前运行进程的优先权，那么抢占优先权调度算法会抢占CPU），非抢占（非抢占优先权调度算法只是将新进程加到就绪队列的头部）
  • 先赋给具有最高优先级的进程，如果优先级相同，按照FCFS调度
  • 优先级调度算法存在的问题：饥饿（starvation）或称为无穷阻塞（indefinite blocking），某个低优先级的进程可能会无穷等待

解决方案：老化（aging），提高等待很长时间进程的优先级

 

• 时间片轮转法（RR——Round Robin），为分时系统设计，抢占
  • 类似于FCFS，但是增加了抢占在进程间切换，定义一个较小的时间单元（时间量或时间片）
  • 因此存在CPU区间的进程可能会发生以下两种情况之一：
    1. CPU burst＜=一个时间片的

等到进程执行完，CPU自动释放该进程并立即执行就绪队列中的下一个

1. CPU burst＞一个时间片的

一个时间片执行完触发定时器，定时器产生中断，操作系统中断，进行上下文切换，这个还没有执行完的进程加入到就绪队列的尾部，CPU选择就绪队列的下一个进程

• 上下文切换的影响：通常选择时间片>上下文切换的时间