操作系統複習攻略：進程調度

調度程序

當計算機系統是多道程序設計系統時，通常就會有多個進程或線程同時競爭 CPU。只要有兩個或更多的進程處於就緒狀態，這種情形就會發生。如果只有一個 CPU 可用，那麼就必須選擇下一個要運行的進程。在操作系統中，完成選擇工作的這一部分稱爲調度程序，該程序使用的算法稱爲調度算法。

進程行爲

• CPU 密集型進程
• I/O 密集型進程

何時調度

1. 在創建一個新進程之後，需要決定是運行父進程還是運行子進程。（任意決定，調度程序可以選擇）
2. 在一個進程退出時必須所處調度決策。
3. 當一個進程阻塞在 I/O 和信號量上或由於其他原因阻塞時，必須選擇另一個進程運行。
4. 在一個 I/O 中斷髮生時，必須做出調度決策。

調度模式

• 搶佔式
• 非搶佔式

調度算法的分類

• 批處理
• 交互式
• 實時

調度算法的目標

• 所有系統
  • 公平——給每個進程公平的 CPU 份額
  • 策略強制執行——保證所有規定的策略被執行
  • 平衡——保持系統的所有部分都忙碌
• 批處理系統
  • 吞吐量——每小時最大作業數
  • 週轉時間——從提交到終止間的最小時間
  • CPU 利用率——保持 CPU 始終忙碌
• 交互式系統
  • 響應時間——快速響應請求
  • 均衡性——滿足用戶期望
• 實時系統
  • 滿足截止時間——避免丟失數據
  • 可預測性——在多媒體系統避免品質降低

批處理系統中的調度

1. 先來先服務
2. 最短作業優先
3. 最短剩餘時間優先

交互式系統中的調度

1. 輪轉調度
2. 優先級調度：在各個優先級類中使用輪轉調度
3. 多級隊列：屬於最高優先級類的進程運行一個時間片，次高運行2個，再次運行4個。。。
4. 最短進程優先：根據進程過去的行爲進程預測，並執行估計運行時間最短的那個，可以和之前的運行時間做加權和來預測
5. 保證調度：確保 n 個進程中每個進程佔用 CPU 的時間約爲 1/n
6. 彩票調度：反應迅速，所有的進程都是平等的，但是可以給更重要的進程額外的彩票
7. 公平分享調度：以進程的所有者均分 CPU 時間而不論進程數目

實時系統中的調度

• 分類1：
  • 硬實時：必須滿足絕對的截止時間
  • 軟實時：雖然不希望偶爾錯失截止時間，但是可以容忍
• 分類2：
  • 週期性：事件以規則的時間間隔發生
  • 非週期性：事件發生的時間不可預知
• 分類3：
  • 靜態調度：在系統開始運行前作出調度決策
  • 動態調度：在運行過程中進行調度決策

1. 最小延誤調度
2. 優先級調度
3. 速率單調調度
4. 最早截止優先調度
5. 成比例分享調度
6. POSIX 實時調度

線程調度

• 內核級線程
• 用戶級線程

用戶級線程和內核級線程之間的差別在於性能。
用戶級線程可以使用專門爲應用程序定值的線程調度程序。