Chapter 3.1处理机调度

1 处理机调度的概念

  在多道程序系统中,进程的数量往往多于处理机的个数,这样不可能同时并行地处理各个进程。处理机的调度就是从就绪队列中按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行,以实现进程的并发执行。(处于就绪态的进程,万事俱备,只差CPU)

作业运行流程图


2 处理机调度的方式

  调度的方式:高级调度、中级调度、低级调度。

  2.1 高级调度

  由于内存空间有限,有时无法将用户提交的作业全部放入内存中,因此需要确定某种规则来决定作业调入内存的顺序。

  高级调度(作业调度):按照一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个或多个作业,给他们分配内存等必要资源,并建立相应的进程(建立PCB),以使它(们)获得竞争处理机的权利。

  高级调度是外存与内存之间的调度。每个作业只调入一次,调出一次。作业调入时会建立相应的PCB,作业调出时才撤销PCB。高级调度主要是指调入的问题,因为只有调入的时机需要操作系统来确定,但调出的时机必然是作业运行结束才调出。

  2.2 中极调度——又称为“对换”——见存储器(内存)管理

在引入虚拟存储技术之后,可以将暂时不能运行的进程调至外存等待(进程处于挂起状态),等它重新具备了运行条件且内存又稍有空间时,再重新调入内存,挂在就绪队列上等待。

  这样做是为了提高内存利用率和系统吞吐量

  暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态,但是进程的PCB不会一起调到外存,而是会常驻内存。PCB中会记录进程数据在外存中的存放位置进程状态等信息,操作系统通过内存的PCB来保持对各个进程的监控、管理。

  中级调度(内存调度),就是按照某种规则,从挂起队列中选择合适的进程将其数据重新调回内存。

  一个进程可能会被多次调出、调入内存。因此中级调度发生的频率比高级调度更高。

挂起和阻塞的区别:

两种状态都是暂时不能获得CPU的执行权,但是挂起状态是将进程映像调到外存去,(但是进程的PCB还在内存中、放入PCB挂起队列)而阻塞态下进程映像还在内存中。

  低级调度(进程调度):其主要任务是按照某种方法和策略从就绪队列中选取一个进程,将处理机分配给它。

  进程调度是操作系统中最基本的一种调度,在一般的操作系统中都必须配置进程调度。

  进程调度的频率很高,一般几十毫秒一次。这样才能保证多进程在宏观是同时进行的。

3 处理机调度小结

三种调度之间的联系:

        作业调度(中级调度)从外存的后备队列中选择一批作业进入内存,为它们建立进程,这些进程被送入就绪队列,然后进程调度从就绪队列中选出一个进程,并把其状态改为运行状态,把CPU分配给它。

中级调度是为了提高内存的利用率,系统将那些暂时不能运行的进程挂起来。当内存空间宽松时,通过中级调度 选择具备运行条件的进程,将其唤醒。

总结:

        (1) 作业调度为进程活动做准备,进程调度使进程正常活动起来,中级调度将暂时不能运行的进程挂起,中级调度处于作业调度和进程调度之间。

        (2) 作业调度次数少,中级调度次数略多,进程调度频率最高。

        (3) 进程调度是最基本的,不可或缺。


4 进程调度的时机

  需要进行进程调度与切换的情况:


  不能进行进程调度与切换的情况:

(1) 在处理中断的过程

(2) 进程在操作系统的内核程序临界区,但是在普通临界区中是可以进行调度、切换的。

(3) 在原子操作过程中(一气呵成、不可中断)。

5 进程调度的方式

非剥夺调度方式,又称非抢占式。即只允许进程主动放弃处理机(进程进入阻塞态),在运行过程中即使有更紧急的任务到达,当前进程依然会继续使用处理机,直到该进程终止(进程正常终止也是进程主动放弃处理机)或要求进入阻塞态。

  实现简单,系统开销小但是无法及时处理紧急任务,适合早期批处理操作系统

  剥夺调度方式,又称抢占式。(进程进入就绪态)当一个进程正在处理机上执行时,如果有一个更重要更紧急进程要使用处理机,即立即暂停正在执行的进程,将处理机分配给更重要更紧急的那个进程。

  可以优先处理更紧急的进程。也可以实现各进程按时间片轮流执行的功能(通过时钟中断)。适合分时操作系统、实时操作系统

6 进程的切换与过程

    (1) 对原来运行的进程各种数据的保存

    (2) 对新的进程各种数据的恢复(如程序计数器、程序状态字、各种数据寄器等处理机线程信息,这些信息都是保存在程序控制块PCB中)。

  由此可见,进程的切换是有代价的,因此如果进程切换调度过于频繁的话,必然会使整个系统的开销过大,效率降低。因为系统大部分时间都花在进程切换上,真正用于执行进程的时间少

7 进程调度小结



中断 VS 进程调度

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