操作系统 进程调度方式概述

文章目录

• 概述
• 三级调度
• 调度算法
• 进程优先级确定

概述

进程调度方式主要是指具有不同优先级的进程到来时如何分配CPU，调度方式主要有 可剥夺 与 不可剥夺 两种。

可剥夺是当具有更高优先级的进程到来时，会强行的将正在运行进程的CPU资源分配给更高优先级的进程；不可剥夺则是必须等待正在运行的进程自动释放占用的CPU，才会将CPU再次分配。

三级调度

通常在操作系统中，一个作业从提交到完成需要经历三级调度。

1. 高级调度

   又称为长调度、作业调度、接纳调度。它决定处于输入池中的哪个后备作业可以调入主系统做好运行准备，称为一个或一组就绪进程。在系统中每个作业只需经过一次高级调度。

2. 中级调度

   又称为中程调度、对换调度。它决定处于交换区的哪个就绪进程可以调入内存，直接参与对CPU的竞争；而在内存资源不足时，为了将进程调入内存，则必须将内存中处于阻塞状态的进程调出至交换区，这相当于将处于内存的进程与交换区的进程交换位置。

3. 低级调度

   又称为短程调度、进程调度。它决定内存中的哪个就绪进程可以占用CPU，低级调度是操作系统中最活跃最核心的调度程序。

调度算法

调度的方式有很多，但主要有下面这几类：

1. 先来先服务

   这是最简单的方式，即按照作业提交或进程变更为就绪态的次序分配CPU。这种调度方式明显利于需要长作业的情况，但不利于需要频繁中断的作业。主要用于宏观调度。

2. 时间片轮转

   时间片轮转即每个进程都运行一定时间，它主要用于微观调度，目的是提升资源的利用率。时间片的长度可以从几毫秒到数百毫秒不等，又有固定时间片和可变时间片两种。

3. 优先级调度

   这种方式要求进程都有一个优先级，系统调度时总选择优先级更高的进程占用CPU，优先级的分配有两种方式：

   • 静态优先级——在创建时就确定进程优先级，直至进程终止优先级也不会发生变化，通常根据三种因素决定：进程类型、资源需求、用户要求。
   • 动态优先级——在创建时也赋予一个优先级，但运行过程中可被改变，以便调度更合理。如在就绪队列中等待越长则优先级将提高，而进程被执行一个时间片后则降低。

4. 多级反馈调度

   它是时间片轮转及优先级的综合。优点有三：照顾短进程提高系统吞吐量、缩短平均轮转时间；照顾I/O需求较高的进程，提升I/O设备利用率和缩短响应时间；无需估计进程执行耗时，动态调整优先级。

   如下图所示：

   

   其具体算法如下：

   • 设置多个就绪队列$Q_1, Q_2, \dots, Q_n$Q1​,Q2​,…,Qn​，分别对应不同优先级$Q_1 > Q_2 > \dots > Q_n$Q1​>Q2​>⋯>Qn​。每个队列执行时间片的长度不同，规定优先级越低，时间片越长，逐级加倍。
   • 新进程进入内存后，先放入$Q_1$Q1​中，按先来先服务的方式调度，若该进程在$Q_1$Q1​中的一个时间片未能完成，则往下放入$Q_2$Q2​中，同样按照先来先服务的方式调度。直至到$Q_n$Qn​中，在$Q_n$Qn​中按照时间片轮转方式调度。
   • 仅较高优先级队列为空时才会调度次高优先级队列的进程执行。即如有新进程进入，则会抢先执行新进程。

   进程优先级确定

   进程优先级考虑如下情况：

   1. I/O型进程——让其进入最高优先级队列，以及时响应I/O交互进程。
   2. 计算型进程——每次执行都会降低优先级，以期最终采用较长时间片执行，减少调度次数。
   3. 少数I/O型进程——I/O完成后则应逐渐降低优先级，不应长期处于高优先队列中。