[計(jì)算機(jī)軟件及應(yīng)用]os-03中斷與處理機(jī)調(diào)度(已修改)
2025-04-26 00:42 本頁面
【正文】 操作系統(tǒng)原理 金 海 溶 辦公室： JK329 第 3章 處理器調(diào)度 ? 處理器調(diào)度的類型 ? 調(diào)度算法 ? Linux進(jìn)程調(diào)度 ? Windows 2022/xp線程調(diào)度 中斷 ? 中斷： 在進(jìn)程運(yùn)行過程中出現(xiàn)某種緊急情況，必須中止當(dāng)前正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)去處理其它事件，處理完畢后恢復(fù)原來程序的運(yùn)行。 ? 中斷系統(tǒng)： 中斷裝置 +中斷處理程序 ? 中斷分類： 內(nèi)中斷和外中斷；硬中斷和軟中斷；可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷；強(qiáng)迫性中斷和自愿性中斷 ? P4959 ：選擇性自學(xué) 第 3章 處理器調(diào)度 ? 操作系統(tǒng)必須為多個(gè)進(jìn)程可能有競(jìng)爭(zhēng)的請(qǐng)求分配計(jì)算機(jī)資源。對(duì)處理器而言，可分配的資源是在處理器上的執(zhí)行時(shí)間，分配途徑是調(diào)度 ? 處理器調(diào)度 ：指采用合理的策略和方法在多個(gè)可運(yùn)行實(shí)體間分配 CPU資源。 ? 處理器調(diào)度算法 ：按照什么原則和方法分配處理器資源 ? 處理機(jī)調(diào)度必須設(shè)計(jì)成可以滿足多個(gè)目標(biāo)，例如公平、任何進(jìn)程都不會(huì)餓死、有效地使用處理器時(shí)間和低開銷等 調(diào)度算法設(shè)計(jì)指標(biāo) ? 面向用戶準(zhǔn)則所關(guān)心的性能指標(biāo) – 周轉(zhuǎn)時(shí)間 T :指一個(gè)進(jìn)程從提交到完成之間的時(shí)間間隔，包括實(shí)際執(zhí)行時(shí)間加上等待時(shí)間（等待 +就緒）。 – 帶權(quán)的周轉(zhuǎn)時(shí)間 W： 周轉(zhuǎn)時(shí)間與執(zhí)行時(shí)間的比值 – 響應(yīng)時(shí)間 從提交一個(gè)請(qǐng)求到開始處理的時(shí)間間隔。 – 最后期限 當(dāng)可以指定進(jìn)程完成的最后期限時(shí)，調(diào)度原則將服從于其他目標(biāo)，使得距最后期限最近 – 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間： p61 – 平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間 ： p61 ? 面向 系統(tǒng)準(zhǔn)則所關(guān)心的性能指標(biāo) – 吞吐量 單位時(shí)間內(nèi)完成的任務(wù)數(shù)。調(diào)度策略將試圖使得每個(gè)時(shí)間單位完成的進(jìn)程數(shù)目最大。 – 處理器使用率 處理器忙的時(shí)間百分比。盡量是 CPU處于繁忙狀態(tài)。 – 公平 進(jìn)程應(yīng)該被平等對(duì)待，沒有一個(gè)進(jìn)程會(huì)被餓死 – 強(qiáng)制優(yōu)先級(jí) 當(dāng)進(jìn)程被指定了優(yōu)先級(jí)，調(diào)度策略會(huì)先選擇高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程 – 平衡資源 保持系統(tǒng)中所有資源忙。這個(gè)準(zhǔn)則也可用于中程調(diào)度和長(zhǎng)程調(diào)度 調(diào)度算法設(shè)計(jì)指標(biāo) 處理器調(diào)度的類型（級(jí)別） ?多道程序的關(guān)鍵是調(diào)度。典型的調(diào)度類型有： ? 長(zhǎng)程調(diào)度 (作業(yè)調(diào)度 ,高級(jí)調(diào)度）決定加入到待執(zhí)行的進(jìn)程池中 ? 中程調(diào)度 （交換調(diào)度 ,中級(jí)調(diào)度）將進(jìn)程調(diào)入內(nèi)存 ,或者將進(jìn)程交換到硬盤 ? 短程調(diào)度 （進(jìn)程調(diào)度，低級(jí)調(diào)度）決定哪一個(gè)就緒進(jìn)程將被處理器執(zhí)行 ? 線程調(diào)度 ：決定哪一個(gè)線程被處理器執(zhí)行 就緒 /掛起 新建 就緒 運(yùn)行 退出 阻塞 短程調(diào)度 阻塞 /掛起 中程調(diào)度 長(zhǎng)程調(diào)度 長(zhǎng)程調(diào)度 中程調(diào)度 ?下一次允許哪一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入的 決策 可以基于簡(jiǎn)單的先來先服務(wù)原則，或者也可以基于管理系統(tǒng)性能的工具 ?使用的原則包括優(yōu)先級(jí)、期待執(zhí)行時(shí)間和 I/O需求 ?同樣，可以根據(jù)請(qǐng)求哪個(gè) I/O資源和試圖平衡 I/O使用的目的進(jìn)行決策 長(zhǎng)程調(diào)度 ?中程調(diào)度的目標(biāo)有 2個(gè)： ?解決內(nèi)存資源緊張的矛盾 ?減小并發(fā)度以降低系統(tǒng)開銷 ? 中程調(diào)度算法將結(jié)合存儲(chǔ)管理來設(shè)計(jì)。 中程調(diào)度 ?從執(zhí)行的頻率看 – 長(zhǎng)程調(diào)度程序的執(zhí)行頻率相對(duì)低些，并且僅僅是粗略地決定是否接受新進(jìn)程以及接受哪一個(gè) – 為進(jìn)行交換決策，中程調(diào)度程序執(zhí)行得略微頻繁一些 – 短程調(diào)度程序，即分派程序執(zhí)行得最頻繁，并且精確地決定下一次執(zhí)行哪一個(gè)進(jìn)程 短程調(diào)度 ?根據(jù)已占有處理機(jī)的進(jìn)程是否可被剝奪這一原則，調(diào)度方式（策略）可分為： ? 非剝奪方式： 一旦某個(gè)就緒進(jìn)程分得處理機(jī)之后，只要不是其自身的原因被阻塞 (如要求 I/O操作 ) 而不能繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，就一直運(yùn)行下去，直至運(yùn)行結(jié)束 ? 缺點(diǎn)：緊急進(jìn)程無法立即運(yùn)行，實(shí)時(shí)性差； 短進(jìn)程周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，公平性差。 進(jìn)程調(diào)度方式 ? 剝奪方式： 當(dāng)一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程沒有運(yùn)行完時(shí)，系統(tǒng)采取某種手段強(qiáng)行剝奪已分配給該進(jìn)程的處理器資源。而被剝奪的進(jìn)程重新回到就緒隊(duì)列中等待 ? 在剝奪方式下，可以通過剝奪處理器所有權(quán)的方式，暫停當(dāng)前進(jìn)程的運(yùn)行，已滿足更緊急進(jìn)程的處理要求。 進(jìn)程調(diào)度方式 進(jìn)程調(diào)度方式 ?有三個(gè)進(jìn)程 p1， p2， p3到達(dá)時(shí)間為： 0， 3， 4，優(yōu)先級(jí)依次增高，運(yùn)行所需的時(shí)間分別為 20， 4， 2，假設(shè)現(xiàn)按優(yōu)先級(jí)策略調(diào)度執(zhí)行，并且不采用時(shí)間片原則，請(qǐng)分別求出非剝奪方式和剝奪方式下各個(gè)進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時(shí)間。 P1（ 20） P3(2) P2(4) 周轉(zhuǎn)時(shí)間： p1＝ 20； p2＝ 23； p3＝ 18 P1（ 17） P3(2) P2(1) P1(3) P2(3) 周轉(zhuǎn)時(shí)間： p1＝ 26； p2＝ 6； p3＝ 2 當(dāng)時(shí)間片為 5時(shí)，采用優(yōu)先級(jí)策略，問非剝奪和剝 奪方式下，求各進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間 ?先來先服務(wù) (FCFS —— First Come First Service) ? 按照進(jìn)程就緒的先后順序來調(diào)度進(jìn)程，到達(dá)的越早，其優(yōu)先級(jí)越高 ? 獲得處理機(jī)的進(jìn)程，在未遇到其他情況時(shí)一直運(yùn)行下去 —— 采用的是非剝奪方式 ? FCFS算法具有公平的特點(diǎn)，不會(huì)發(fā)生餓死。但短進(jìn)程的等待時(shí)間長(zhǎng)，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng) 調(diào)度算法 p61 ?最短進(jìn)程 SPN（短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法） ? 減少 FCFS固有的對(duì)長(zhǎng)進(jìn)程的偏愛的另一種方法是最短進(jìn)程 (SPN) 策略， 這是一種
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