1.处理机调度 概念、层次
调度的基本概念
当有一堆任务要处理,但由于资源有限,这些事情没法同时处理。这就需要确定 某种规则 来 决定 处理 这些任务的 顺序 ,这就是“调度”研究的问题。
在多道程序系统中,进程的数量往往是多于处理机的个数的,这样不可能同时并行地处理各个进程。 处理机调度 ,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
调度的三个层次
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,因此就需要确定某种规则来决定
将作业调入内存的顺序。
高级调度(作业调度) 。按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 。
高级调度是辅存(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.中级调度
引入了虚拟存储技术之后,可将暂时不能运行的进程调至外存等待。等它重新具备了运行条件且
内存又稍有空闲时,再重新调入内存。
这么做的目的是为了 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 。值得注意的是, PCB 并不会一起调到外存,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,操作系统通过内存中的 PCB
来保持对各个进程的监控、管理。被挂起的进程 PCB 会被放到的 挂起队列 中。
中级调度(内存调度) ,就是要决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。
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 要比高级调度 更高 。
补充知识:进程的挂起态与七状态模型
暂时调到外存等待的进程状态为 挂起状态(挂起态, suspend )
挂起态又可以进一步细分为 就绪挂起 、 阻塞挂起 两种状态
3.低级调度
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。
4.三层调度的联系、对比
2.进程调度的时机 切换与过程 调度方式
知识总览
进程调度的时机
进程调度(低级调度),就是按照某种算法从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机
例题
临界资源:一个时间段内只允许一个进程使用的资源。各进程需要互斥地访问临界资源。
临界区:访问临界资源的那段代码。
内核程序临界区 一般是用来访问 某种内核数据结构 的,比如进程的就绪队列(由各就绪进程的 PCB 组成)
进程调度的方式
有的系统中,只允许进程主动放弃处理机
有的系统中,进程可以主动放弃处理机,当有更紧急的任务需要处理时,也会强行剥夺处理机(被动放弃)
故此引出 进程调度的方式
非剥夺调度方式 ,又称 非抢占方式 。即,只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中即便有更紧迫
的任务到达,当前进程依然会继续使用处理机,直到该进程终止或主动要求进入阻塞态。
实现简单,系统开销小但是无法及时处 理紧急任务,适合于早期的批处理系统
剥夺调度方式 ,又称 抢占方式 。当一个进程正在处理机上执行时,如果有一个更重要或更紧迫的进
程需要使用处理机,则立即暂停正在执行的进程,将处理机分配给更重要紧迫的那个进程。
可以优先处理更紧急的进程,也可实现让各进程按时间片轮流执行的功能(通过时钟中断)。适合于分时操作系统、实时操作系统
进程的切换与过程
“狭义的进程调度”与“进程切换”的区别:
狭义的进程调度 指的是从就绪队列中 选中一个要运行的进程 。(这个进程可以是刚刚被暂停执行的进程,也可能是 另一个进程 ,后一种情况就需要 进程切换 )
进程切换 是指一个进程让出处理机,由另一个进程占用处理机的过程。
广义的进程调度 包含了选择一个进程和进程切换两个步骤。
进程切换的过程主要完成了:
1. 对原来运行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、各种数据寄存器等处理机现场信息,这些信息一般保存在进程控制块)
注意: 进程切换是有代价的 ,因此如果 过于频繁的 进行进程 调度、切换 ,必然会使整个 系统的效率降低 ,
使系统大部分时间都花在了进程切换上,而真正用于执行进程的时间减少。