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调度操作系统管理了系统的有限资源当有多个进程或多个进程发出的请求要使用这些资源时因为资源的有限性必须按照一定的原则选择进程请求来占用资源。这就是调度。目的是控制资源使用者的数量,选取资源使用者许可占用资源或占用资源实质是一种资源分配。
调度算法根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。对于不同的的系统和系统目标通常采用不同的调度算法。
调度算法要求高资源利用率、高吞吐量、用户满意等原则进程调度所采用的算法是与整个系统的设计目标相一致的
1.批处理系统增加系统吞吐量和提高系统资源的利用率。吞吐量是指单位时间内CPU完成的作业数量
2.分时系统保证每个分时用户能容忍的响应时间。
3.实时系统保证对随机发生的外部事件做出实时响应。 二、常见的进程调度算法
1先来先服务调度算法
先来先服务(FCFS)调度算法是一种最简单的调度算法该算法既可用于作业调度也可用于进程调度。当在作业调度中采用该算法时每次调度都是从后备作业队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业将它们调入内存为它们分配资源、创建进程然后放入就绪队列。在进程调度中采用FCFS算法时则每次调度是从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程为之分配处理机使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。
2短作业(进程)优先调度算法
短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F是指对短作业或短进程优先调度的算法。它们可以分别用于作业调度和进程调度。短作业优先(SJF)的调度算法是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业将它们调入内存运行。而短进程优先(SPF)调度算法则是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程将处理机分配给它使它立即执行并一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再重新调度。
3优先权调度算法的类型
为了照顾紧迫型作业使之在进入系统后便获得优先处理引入了最高优先权优先(FPF)调度算法。此算法常被用于批处理系统中作为作业调度算法也作为多种操作系统中的进程调度算法还可用于实时系统中。当把该算法用于作业调度时系统将从后备队列中选择若干个优先权最高的作业装入内存。当用于进程调度时该算法是把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程这时又可进一步把该算法分成如下两种。
1) 非抢占式优先权算法
在这种方式下系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后该进程便一直执行下去直至完成或因发生某事件使该进程放弃处理机时系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。这种调度算法主要用于批处理系统中也可用于某些对实时性要求不严的实时系统中。
2) 抢占式优先权调度算法
在这种方式下系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程使之执行。但在其执行期间只要又出现了另一个其优先权更高的进程进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。因此在采用这种调度算法时是每当系统中出现一个新的就绪进程i 时就将其优先权Pi与正在执行的进程j 的优先权Pj进行比较。如果Pi≤Pj原进程Pj便继续执行但如果是PiPj则立即停止Pj的执行做进程切换使i 进程投入执行。显然这种抢占式的优先权调度算法能更好地满足紧迫作业的要求故而常用于要求比较严格的实时系统中以及对性能要求较高的批处理和分时系统中。
4高响应比优先调度算法
在批处理系统中短作业优先算法是一种比较好的算法其主要的不足之处是长作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权并使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a 提高则长作业在等待一定的时间后必然有机会分配到处理机。该优先权的变化规律可描述为 由于等待时间与服务时间之和就是系统对该作业的响应时间故该优先权又相当于响应比RP。据此又可表示为 由上式可以看出
(1) 如果作业的等待时间相同则要求服务的时间愈短其优先权愈高因而该算法有利于短作业。
(2) 当要求服务的时间相同时作业的优先权决定于其等待时间等待时间愈长其优先权愈高因而它实现的是先来先服务。
(3) 对于长作业作业的优先级可以随等待时间的增加而提高当其等待时间足够长时其优先级便可升到很高从而也可获得处理机。简言之该算法既照顾了短作业又考虑了作业到达的先后次序不会使长作业长期得不到服务。因此该算法实现了一种较好的折衷。当然在利用该算法时每要进行调度之前都须先做响应比的计算这会增加系统开销。
5时间片轮转法
1) 基本原理
在早期的时间片轮转法中系统将所有的就绪进程按先来先服务的原则排成一个队列每次调度时把CPU 分配给队首进程并令其执行一个时间片。时间片的大小从几ms 到几百ms。当执行的时间片用完时由一个计时器发出时钟中断请求调度程序便据此信号来停止该进程的执行并将它送往就绪队列的末尾然后再把处理机分配给就绪队列中新的队首进程同时也让它执行一个时间片。这样就可以保证就绪队列中的所有进程在一给定的时间内均能获得一时间片的处理机执行时间。换言之系统能在给定的时间内响应所有用户的请求。
6多级反馈队列调度算法
前面介绍的各种用作进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法仅照顾了短进程而忽略了长进程而且如果并未指明进程的长度则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将无法使用。而多级反馈队列调度算法则不必事先知道各种进程所需的执行时间而且还可以满足各种类型进程的需要因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。在采用多级反馈队列调度算法的系统中调度算法的实施过程如下所述。
(1) 应设置多个就绪队列并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高第二个队列次之其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同在优先权愈高的队列中为每个进程所规定的执行时间片就愈小。例如第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍……第i1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。
(2) 当一个新进程进入内存后首先将它放入第一队列的末尾按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时如它能在该时间片内完成便可准备撤离系统如果它在一个时间片结束时尚未完成调度程序便将该进程转入第二队列的末尾再同样地按FCFS原则等待调度执行如果它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成再依次将它放入第三队列……如此下去当一个长作业(进程)从第一队列依次降到第n队列后在第n 队列便采取按时间片轮转的方式运行。
(3) 仅当第一队列空闲时调度程序才调度第二队列中的进程运行仅当第1(i-1)队列均空时才会调度第i队列中的进程运行。如果处理机正在第i队列中为某进程服务时又有新进程进入优先权较高的队列(第1(i-1)中的任何一个队列)则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾把处理机分配给新到的高优先权进程。 三、linux进程调度算法
1、linux内核的三种调度方法
1.SCHED_OTHER 分时调度策略。
实时进程将得到优先调用实时进程根据实时优先级决定调度权值。
分时进程则通过nice和counter值决定权值nice越小counter越大被调度的概率越大也就是曾经使用了cpu最少的进程将会得到优先调度。
2.SCHED_FIFO实时调度策略先到先服务
3.SCHED_RR实时调度策略时间片轮转 SHCED_RR和SCHED_FIFO的不同
当采用SHCED_RR策略的进程的时间片用完系统将重新分配时间片并置于就绪队列尾。放在队列尾保证了所有具有相同优先级的RR任务的调度公平。
SCHED_FIFO一旦占用cpu则一直运行。一直运行直到有更高优先级任务到达或自己放弃。如果有相同优先级的实时进程根据优先级计算的调度权值是一样的已经准备好FIFO时必须等待该进程主动放弃后才可以运行这个优先级相同的任务。而RR可以让每个任务都执行一段时间。 SHCED_RR和SCHED_FIFO的相同点
SHCED_RR和SHCED_FIFO都只用于实时任务。
2、三种算法的执行
所有任务都采用linux分时调度策略时
1. 创建任务指定采用分时调度策略并指定优先级nice值(-20~19)。
2. 将根据每个任务的nice值确定在cpu上的执行时间(counter)。
3. 如果没有等待资源则将该任务加入到就绪队列中。
4. 调度程序遍历就绪队列中的任务通过对每个任务动态优先级的计算(counter20-nice)结果选择
计算结果最大的一个去运行当这个时间片用完后(counter减至0)或者主动放弃cpu时该任务将被放在就绪队列末尾(时间片用完)或等待队列(因等待资源而放弃cpu)中。
5. 此时调度程序重复上面计算过程转到第4步。
6. 当调度程序发现所有就绪任务计算所得的权值都为不大于0时重复第2步。 所有任务都采用FIFO时:
1. 创建进程时指定采用FIFO并设置实时优先级rt_priority(1-99)。
2. 如果没有等待资源则将该任务加入到就绪队列中。
3. 调度程序遍历就绪队列根据实时优先级计算调度权值(1000rt_priority),选择权值最高的任务使用cpu该FIFO任务将一直占有cpu直到有优先级更高的任务就绪(即使优先级相同也不行)或者主动放弃(等待资源)。
4. 调度程序发现有优先级更高的任务到达(高优先级任务可能被中断或定时器任务唤醒再或被当前运行的任务唤醒等等)则调度程序立即在当前任务堆栈中保存当前cpu寄存器的所有数据重新从高优先级任务的堆栈中加载寄存器数据到cpu此时高优先级的任务开始运行。重复第3步。
5. 如果当前务因等待资源而主动放弃cpu使用权则该任务将从就绪队列中删除加入等待队列此时重复第3步。 所有任务都采用RR调度策略时
1. 创建任务时指定调度参数为RR并设置任务的实时优先级和nice值(nice值将会转换为该任务的时间片的长度)。
2. 如果没有等待资源则将该任务加入到就绪队列中。
3. 调度程序遍历就绪队列根据实时优先级计算调度权值(1000rt_priority),选择权值最高的任务使用cpu。
4. 如果就绪队列中的RR任务时间片为0则会根据nice值设置该任务的时间片同时将该任务放入就绪队列的末尾。重复步骤3。
5. 当前任务由于等待资源而主动退出cpu则其加入等待队列中。重复步骤3。 四、CentOS release 6.5 (Final) 1、输入uname -a ,可显示电脑以及操作系统的相关信息 2、输入cat /proc/version,说明正在运行的内核版本。 3、输入cat/etc/issue, 显示的是发行版本信息
