操作系統(tǒng)的調(diào)度
操作系統(tǒng)的調(diào)度是指操作系統(tǒng)根據(jù)一定的策略和算法,對(duì)系統(tǒng)中的進(jìn)程或線程進(jìn)行資源分配和執(zhí)行順序的安排,以實(shí)現(xiàn)高效、公平地利用系統(tǒng)資源,滿(mǎn)足不同應(yīng)用程序和用戶(hù)的需求。以下從調(diào)度的層次、算法和時(shí)機(jī)等方面為你詳細(xì)介紹:
調(diào)度層次
- 高級(jí)調(diào)度(作業(yè)調(diào)度):主要用于批處理系統(tǒng)中。它決定了哪些作業(yè)可以進(jìn)入系統(tǒng)的內(nèi)存中進(jìn)行處理。作業(yè)調(diào)度從外存的后備隊(duì)列中選擇作業(yè),為其分配內(nèi)存等資源,并將其放入就緒隊(duì)列。
- 中級(jí)調(diào)度(內(nèi)存調(diào)度):其主要任務(wù)是根據(jù)內(nèi)存資源情況,決定將哪些暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程從內(nèi)存中換到外存的對(duì)換區(qū),以及在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑼獯嬷械倪M(jìn)程換入內(nèi)存。中級(jí)調(diào)度可以提高內(nèi)存利用率和系統(tǒng)的并發(fā)度。
- 低級(jí)調(diào)度(進(jìn)程/線程調(diào)度):是操作系統(tǒng)中最基本的調(diào)度,它決定了就緒隊(duì)列中的哪個(gè)進(jìn)程或線程能夠獲得CPU資源并執(zhí)行。低級(jí)調(diào)度的頻率較高,通常在毫秒級(jí)甚至更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行一次調(diào)度。
調(diào)度算法
- 先來(lái)先服務(wù)(FCFS):按照進(jìn)程或作業(yè)到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、公平;缺點(diǎn)是如果前面的進(jìn)程執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng),會(huì)導(dǎo)致后面的進(jìn)程等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng),特別是對(duì)于短進(jìn)程,可能會(huì)使其響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
- 短作業(yè)優(yōu)先(SJF):選擇預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間最短的進(jìn)程或作業(yè)優(yōu)先調(diào)度??梢杂行p少平均周轉(zhuǎn)時(shí)間,但可能會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)作業(yè)長(zhǎng)時(shí)間等待,甚至出現(xiàn)饑餓現(xiàn)象。
- 優(yōu)先級(jí)調(diào)度:為每個(gè)進(jìn)程或作業(yè)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí),優(yōu)先級(jí)高的先執(zhí)行。可以根據(jù)系統(tǒng)的需求和進(jìn)程的重要性來(lái)設(shè)置優(yōu)先級(jí),但如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧赡軙?huì)導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程長(zhǎng)期得不到執(zhí)行。
- 時(shí)間片輪轉(zhuǎn):將CPU時(shí)間劃分為固定大小的時(shí)間片,就緒隊(duì)列中的進(jìn)程輪流獲得一個(gè)時(shí)間片來(lái)執(zhí)行。如果在時(shí)間片內(nèi)進(jìn)程沒(méi)有執(zhí)行完,就會(huì)被暫停并放回就緒隊(duì)列,等待下一次調(diào)度。這種算法可以保證每個(gè)進(jìn)程都能得到一定的CPU時(shí)間,適用于分時(shí)系統(tǒng),能提供較好的交互性。
- 多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度:設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)列,每個(gè)隊(duì)列具有不同的優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片大小。新進(jìn)程進(jìn)入系統(tǒng)后,先進(jìn)入最高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列,如果在該隊(duì)列中一個(gè)時(shí)間片內(nèi)沒(méi)有執(zhí)行完,則會(huì)被移到下一個(gè)隊(duì)列。隨著隊(duì)列優(yōu)先級(jí)的降低,時(shí)間片大小會(huì)逐漸增大。這種算法綜合了多種算法的優(yōu)點(diǎn),能較好地適應(yīng)不同類(lèi)型的進(jìn)程。
調(diào)度時(shí)機(jī)
- 進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí):如進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)(例如等待I/O操作完成),或者從阻塞狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)(例如I/O操作完成)時(shí),需要進(jìn)行調(diào)度,以決定是否讓其他就緒進(jìn)程占用CPU。
- 時(shí)間片用完時(shí):對(duì)于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法,當(dāng)進(jìn)程的時(shí)間片用完后,系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行調(diào)度,將CPU分配給其他就緒進(jìn)程。
- 有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列時(shí):在優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法中,如果有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列,系統(tǒng)可能會(huì)立即進(jìn)行調(diào)度,讓高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行。
- 進(jìn)程主動(dòng)放棄CPU時(shí):例如進(jìn)程執(zhí)行了
sleep
函數(shù)或者調(diào)用了其他會(huì)導(dǎo)致其主動(dòng)暫停執(zhí)行的系統(tǒng)調(diào)用,此時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行調(diào)度,選擇其他就緒進(jìn)程來(lái)運(yùn)行。
操作系統(tǒng)I 文章被收錄于專(zhuān)欄
操作系統(tǒng)(Operating System,簡(jiǎn)稱(chēng) OS)是管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的核心程序,是用戶(hù)與硬件之間的橋梁,也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心組成部分。