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進(jìn)程調(diào)度詳細(xì)總結(jié)

一、概念：

無(wú)論是在批處理系統(tǒng)還是分時(shí)系統(tǒng)中，用戶進(jìn)程數(shù)一般都多于處理機(jī)數(shù)、這將導(dǎo)致它們互相爭(zhēng)奪處理機(jī)。另外，系統(tǒng)進(jìn)程也同樣需要使用處理機(jī)。這就要求進(jìn)程調(diào)度程序按一定的策略，動(dòng)態(tài)地把處理機(jī)分配給處于就緒隊(duì)列中的某一個(gè)進(jìn)程，以使之執(zhí)行。

二、進(jìn)程的四個(gè)基本屬性：

1.多態(tài)性 從誕生、運(yùn)行，直至消滅。 　　2.多個(gè)不同的進(jìn)程可以包括相同的程序 　　3.三種基本狀態(tài) 它們之間可進(jìn)行轉(zhuǎn)換 　　4.并發(fā)性?并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程輪流占用處理器

三、進(jìn)程的三種基本狀態(tài)：

1.等待態(tài)：等待某個(gè)事件的完成； 　　2.就緒態(tài)：等待系統(tǒng)分配處理器以便運(yùn)行； 　　3.運(yùn)行態(tài)：占有處理器正在運(yùn)行。 　　運(yùn)行態(tài)→等待態(tài) 往往是由于等待外設(shè)，等待主存等資源分配或等待人工干預(yù)而引起的。 　　等待態(tài)→就緒態(tài) 則是等待的條件已滿足，只需分配到處理器后就能運(yùn)行。 　　運(yùn)行態(tài)→就緒態(tài) 不是由于自身原因，而是由外界原因使運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程讓出處理器，這時(shí)候就變成就緒態(tài)。例如時(shí)間片用完，或有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程來(lái)?yè)屨继幚砥鞯取? 　　就緒態(tài)→運(yùn)行態(tài) 系統(tǒng)按某種策略選中就緒隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程占用處理器，此時(shí)就變成了運(yùn)行態(tài)

四、進(jìn)程調(diào)度的方式：

非剝奪方式

分派程序一旦把處理機(jī)分配給某進(jìn)程后便讓它一直運(yùn)行下去，直到進(jìn)程完成或發(fā)生? 某事件而阻塞時(shí)，才把處理機(jī)分配給另一個(gè)進(jìn)程。

剝奪方式

當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)可以基于某種原則，剝奪已分配給它的處理機(jī)，將之分配給其它進(jìn)程。剝奪原則有：優(yōu)先權(quán)原則、短進(jìn)程優(yōu)先原則、時(shí)間片原則。 　　例如，有三個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3先后到達(dá)，它們分別需要20、4和2個(gè)單位時(shí)間運(yùn)行完畢。 　　假如它們就按P1、P2、P3的順序執(zhí)行，且不可剝奪，則三進(jìn)程各自的周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為20、24、 　　26個(gè)單位時(shí)間，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間是23.33個(gè)時(shí)間單位。 　　假如用時(shí)間片原則的剝奪調(diào)度方式，可得到： 　　可見：P1、P2、P3的周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為26、10、6個(gè)單位時(shí)間(假設(shè)時(shí)間片為2個(gè)單位時(shí)間)，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為14個(gè)單位時(shí)間。 　　衡量進(jìn)程調(diào)度性能的指標(biāo)有：周轉(zhuǎn)時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、CPU-I/O執(zhí)行期。

五、進(jìn)程調(diào)度算法：

1、先進(jìn)先出算法（FIFO）

算法總是把處理機(jī)分配給最先進(jìn)入就緒隊(duì)列的進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程一旦分得處理機(jī)，便一直執(zhí)行下去，直到該進(jìn)程完成或阻塞時(shí)，才釋放處理機(jī)。 　　例如，有三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3先后進(jìn)入就緒隊(duì)列，它們的執(zhí)行期分別是21、6和3個(gè)單位時(shí)間， 　　執(zhí)行情況如下圖： 　　對(duì)于P1、P2、P3的周轉(zhuǎn)時(shí)間為21、27、30，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為26。 　　可見，FIFO算法服務(wù)質(zhì)量不佳，容易引起作業(yè)用戶不滿，常作為一種輔助調(diào)度算法。

2、最短CPU運(yùn)行期優(yōu)先調(diào)度算法(SCBF--Shortest CPU Burst First)

　　該算法從就緒隊(duì)列中選出下一個(gè)“CPU執(zhí)行期最短”的進(jìn)程，為之分配處理機(jī)。 　　例如，在就緒隊(duì)列中有四個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3和P4，它們的下一個(gè)執(zhí)行?

進(jìn)程調(diào)度

期分別是16、12、4和3個(gè)單位時(shí)間，執(zhí)行情況如下圖： 　　P1、P2、P3和P4的周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為35、19、7、3，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為16。 　　該算法雖可獲得較好的調(diào)度性能，但難以準(zhǔn)確地知道下一個(gè)CPU執(zhí)行期，而只能根據(jù)每一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行歷史來(lái)預(yù)測(cè)。

3、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法：

前幾種算法主要用于批處理系統(tǒng)中，不能作為分時(shí)系統(tǒng)中的主調(diào)度算法，在分時(shí)系統(tǒng)中，都采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法。 　　簡(jiǎn)單輪轉(zhuǎn)法：系統(tǒng)將所有就緒進(jìn)程按FIFO規(guī)則排隊(duì)，按一定的時(shí)間間隔把處理機(jī)分配給隊(duì)列中的進(jìn)程。這樣，就緒隊(duì)列中所有進(jìn)程均可獲得一個(gè)時(shí)間片的處理機(jī)而運(yùn)行。

4、多級(jí)反饋隊(duì)列：

　　多級(jí)隊(duì)列方法：將系統(tǒng)中所有進(jìn)程分成若干類，每類為一級(jí)。　多級(jí)反饋隊(duì)列方式是在系統(tǒng)中設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)列，并賦予各隊(duì)列以不同的優(yōu)先權(quán)。

六、引起進(jìn)程調(diào)度的原因：

進(jìn)程調(diào)度發(fā)生在什么時(shí)機(jī)呢？這與引起進(jìn)程調(diào)度的原因以及進(jìn)程調(diào)度的方式有關(guān)。 　　(1)正在執(zhí)行的進(jìn)程執(zhí)行完畢。這時(shí)，如果不選擇新的就緒進(jìn)程執(zhí)行，將浪費(fèi)處理機(jī)資源。 　　(2)執(zhí)行中進(jìn)程自己調(diào)用阻塞原語(yǔ)將自己阻塞起來(lái)進(jìn)入睡眠等狀態(tài)。 　　(3)執(zhí)行中進(jìn)程調(diào)用了P原語(yǔ)操作，從而因資源不足而被阻塞；或調(diào)用了v原語(yǔ)操作激活了等待資源的進(jìn)程隊(duì)列。 　　(4)執(zhí)行中進(jìn)程提出I/O請(qǐng)求后被阻塞。 　　(5)在分時(shí)系統(tǒng)中時(shí)間片已經(jīng)用完。 　　(6)在執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)用等系統(tǒng)程序后返回用戶進(jìn)程時(shí)，這時(shí)可看作系統(tǒng)進(jìn)程執(zhí)行完畢，從而可調(diào)度選擇一新的用戶進(jìn)程執(zhí)行。 　　以上都是在不可剝奪方式下的引起進(jìn)程調(diào)度的原因。在CPU執(zhí)行方式是可剝奪時(shí)．還有 　　(7)就緒隊(duì)列中的某進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)變得高于當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，從而也將引發(fā)進(jìn)程調(diào)度。

七、各種系統(tǒng)采用的進(jìn)程調(diào)度算法：

1、UNIX系統(tǒng)：　

UNIX操作系統(tǒng)采用可剝奪的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法。進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)由賦給它的優(yōu)先數(shù)確定，優(yōu)先數(shù)越小，優(yōu)先級(jí)越高。在該算法中，進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)隨著它占用CPU的時(shí)間增加而增加。當(dāng)進(jìn)程占用CPU的時(shí)間減少時(shí)，其優(yōu)先數(shù)也隨著減少。 補(bǔ)充：作為一個(gè)分時(shí)的、多任務(wù)、多用戶操作系統(tǒng)，要保證公平地對(duì)待各個(gè)用戶的進(jìn)程，使各終端用戶的響應(yīng)時(shí)間不至太一長(zhǎng).所以UNIX操作系統(tǒng)采用了這種調(diào)度算法。但這種算法不能滿足關(guān)鍵任務(wù)的需求，從而使傳統(tǒng)的UNIXrK操作系統(tǒng)缺乏實(shí)時(shí)性。

2、LINUX系統(tǒng)：

Linux中的進(jìn)程如果從調(diào)度策略劃分，可以分為兩類，普通進(jìn)程和實(shí)時(shí)進(jìn)程。實(shí)時(shí)進(jìn)程又可分為兩類，FIFO，RR。實(shí)時(shí)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通進(jìn)程。Linux的處理策略是如果有實(shí)時(shí)進(jìn)程處于可運(yùn)行狀態(tài)，那么優(yōu)先運(yùn)行實(shí)時(shí)進(jìn)程，知道所有的實(shí)時(shí)進(jìn)程或者結(jié)束，或者被殺掉，或者處于阻塞狀態(tài)。也就是說(shuō)如果實(shí)時(shí)進(jìn)程一直在運(yùn)行，那么普通的進(jìn)程就會(huì)被活活餓死。由于實(shí)時(shí)進(jìn)程和普通進(jìn)程所采用的調(diào)度策略不同，下面分別介紹。

（一）普通進(jìn)程調(diào)度

每一個(gè)普通進(jìn)程都有一個(gè)靜態(tài)優(yōu)先級(jí)。這個(gè)值會(huì)被調(diào)度器用來(lái)與作為參考來(lái)調(diào)度進(jìn)程。在內(nèi)核中調(diào)度的優(yōu)先級(jí)的區(qū)間為[100，139]，數(shù)字越低，優(yōu)先級(jí)越高。

（二）實(shí)時(shí)進(jìn)程調(diào)度

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每一個(gè)實(shí)時(shí)進(jìn)程都會(huì)與一個(gè)實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)相關(guān)聯(lián)。實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)在1到99之間。不同與普通進(jìn)程，系統(tǒng)調(diào)度時(shí)，實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程總是先于優(yōu)先級(jí)低的進(jìn)程執(zhí)行。知道實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)高的實(shí)時(shí)進(jìn)程無(wú)法執(zhí)行。實(shí)時(shí)進(jìn)程總是被認(rèn)為處于活動(dòng)狀態(tài)。

如果有數(shù)個(gè) 優(yōu)先級(jí)相同的實(shí)時(shí)進(jìn)程，那么系統(tǒng)就會(huì)按照進(jìn)程出現(xiàn)在隊(duì)列上的順序選擇進(jìn)程。假設(shè)當(dāng)前CPU運(yùn)行的實(shí)時(shí)進(jìn)程A的優(yōu)先級(jí)為a，而此時(shí)有個(gè)優(yōu)先級(jí)為b的實(shí)時(shí)進(jìn)程B進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài)，那么只要b<a，系統(tǒng)將中斷A的執(zhí)行，而優(yōu)先執(zhí)行B，直到B無(wú)法執(zhí)行（無(wú)論A，B為何種實(shí)時(shí)進(jìn)程）。

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不同調(diào)度策略的實(shí)時(shí)進(jìn)程只有在相同優(yōu)先級(jí)時(shí)才有可比性：

1. 對(duì)于FIFO的進(jìn)程，意味著只有當(dāng)前進(jìn)程執(zhí)行完畢才會(huì)輪到其他進(jìn)程執(zhí)行。由此可見相當(dāng)霸道。
2. 對(duì)于RR的進(jìn)程。一旦時(shí)間片消耗完畢，則會(huì)將該進(jìn)程置于隊(duì)列的末尾，然后運(yùn)行其他相同優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，如果沒有其他相同優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，則該進(jìn)程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。
總而言之，對(duì)于實(shí)時(shí)進(jìn)程，高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程就是大爺。它執(zhí)行到?jīng)]法執(zhí)行了，才輪到低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程執(zhí)行。等級(jí)制度相當(dāng)森嚴(yán)啊。

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總結(jié)

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