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进程调度&调度算法

时间:2020-07-24 10:02:56      阅读:90      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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初识调度

在学校时,只要讲到操作系统时我就见到周公了。所以我非常不喜欢所谓的模型,对计算机的理解也习惯从生活中来到生活中去,现在对于原理有了一些浅显的理解,那么我就抛砖引玉,希望得到大佬的指正。
在了解进程调度时,先了解两个小故事

齐国使者到大梁来,孙膑以刑徒的身份秘密拜见,劝说齐国使者。齐国使者觉得此人是个奇人,就偷偷地把他载回齐国。齐国将军田忌非常赏识他,并且待如上宾。田忌经常与齐国众公子赛马,设重金赌注。孙膑发现他们的马脚力都差不多,马分为上、中、下三等,于是对田忌说:“您只管下大赌注,我能让您取胜。”田忌相信并答应了他,与齐王和各位公子用千金来赌注。比赛即将开始,孙膑说:“现在用您的下等马对付他们的上等马,用您的上等马对付他们的中等马,用您的中等马对付他们的下等马。”三场比赛结束后,田忌一场败而两场胜,最终赢得齐王的千金赌注。因此田忌把孙膑推荐给齐威王。齐威王向他请教了兵法,封他为军师。 ————《史记》卷六十五:《孙子吴起列传第五》

第二个小故事离我们没有那么遥远,就是时间行者,空间刺客罗某,具体事情可以百度
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计算机的进程调度,实际上没有那么复杂(咱得战略上藐视它),简单的讲就是通过调整运行程序来实现操作系统的最优化。

程序执行的模式

一般而言,同一时间CPU只有一个只能执行一个程序(多进程并发暂不讨论)。
现行条件下,程序的执行大概有两种

  • CPU导向/计算密集型程序
    CPU导向(bound)也叫计算密集型,它系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多,此时,系统运作大部分的状况是CPU Loading 100%,CPU要读/写I/O(硬盘/内存),I/O在很短的时间就可以完成,而CPU还有许多运算要处理,CPU Loading很高。
    在多重程序系统中,大部份时间用来做计算、逻辑判断等CPU动作的程序称之CPU bound。例如一个计算圆周率至小数点一千位以下的程序,在执行的过程当中绝大部份时间用在三角函数和开根号的计算,便是属于CPU bound的程序。
    CPU bound的程序一般而言CPU占用率相当高。这是因为任务本身不太需要访问I/O设备,当然也可能是因为程序是多线程实现因此屏蔽掉了等待I/O的时间。
    就像去高档餐厅吃饭,只要有人来吃,几乎不用排队,但是也要过段时间才能吃饭,毕竟它做菜的时间长
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  • I/O导向/交互密集型程序
    IO密集型指的系统CPU性能相对硬盘、内存要好很多,此时,系统运作,大部分的状况是CPU在等I/O (硬盘/内存) 的读/写操作,此时CPU负载并不高。
    I/O bound的程序一般在达到性能极限时,CPU占用率仍然较低。这可能是因为任务本身需要大量I/O操作,而调度做得不是很好,没有充分利用处理器能力。
    这种程序大部分的时间用在I/O,I/O后在CPU上进行短暂的CPU运算,然后进行下一次的I/O,这样循环往复...游戏就是一种I/O导向程序,在我们按下qwer后,cpu进行短暂的运算,就又等着下一次I/O
    而十一黄金周到某著名小吃店则不一样,虽然到吃上也要花很久,它菜做的很快,只不过大部分的时间都用在排队上
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先来先服务调度算法FCFS(First Come First Serve)

字面意思,先来后到。这个算法也不知道是谁想出来的,或许就是计算机界约定俗成的吧。
这种算法,看似公允,实则非常反人类。例如:在政务大厅排队处理违章,你只需要三分钟,签个字就行;但是排你前面的人却要搞两钟头,这样实际上你需要的时间就是两钟头零三分钟......

时间片轮转调度算法RR(Round-Robin)

时间片轮转其实就是对FCFS的一种优化,目的就是为了改善短程序排在长程序后面也能快速执行,其方法是在一定的时间内(时间片)将进程轮换。
例如:
现在有两个程序

程序 执行时间
A 100s
B 1s

如果用FCFS方法先来后到,A要100秒,B就得耗时101秒。两个程序平均耗时100.5秒
用RR的方法,假设每一秒轮换一次。A先来执行一秒,然后轮换给B执行一秒,B就执行完了,A接着执行第99秒。这样实际上A就要花101秒,B花2秒(A执行第一秒时B在等待)。两个程序平均花51.5秒。
每10秒轮换一次,平均时间为65秒(A10s+B等A10s+B10s+A等B10s+A90s)其中B实际上在第二波的时间片里的第一秒就完成了,但是余下的九秒也得算在里面,A也得完完整整的等待10秒;
每20秒轮换一次,平均时间为80秒
每30秒轮换一次,平均时间为95秒
每50秒轮转一次,平均时间为125秒
显然如果时间片选择的过大,RR就会完全退化成为FCFS,甚至还不如FCFS。请注意当时间片为三十秒时虽然平均用时还是比FCFS的100.5小,但是CPU在同一时刻只能做一件事,那么切换时间片本身就要耗费时间所以,我们上面的算法其实是不严谨的的。应该是:
51.5+两次切换时间片的时间;65+两次切换时间片的时间........
但是时间片选择的过小,切换时间片的次数太多本身就会成为cpu的负担,而且切换时间片本身也要时间.....

优先级调度算法

特殊优先级“短任务调度算法”SJF(shortest job first)

SJF算法以进程的运行时间长度作为优先级,进程运行时间越短,优先级越高。也就是谁运行的最快谁先上,运行的慢就不要占前排。
是不是有一点像上学时,谁成绩好谁就坐前排,成绩差就不要占着前面的位置,所以嘛!现行计算机就是一种伪科学,来源于生活,是一种人造技术。

SJF算法的缺点
必须预知进程的运行时间。即使是程序员也很难准确估计进程运行时间。如果估计过低,系统就可能按估计的时间终止进程的运行,但此时进程并未完成,故一般都会偏长估计
对长进程不利。长进程的周转时间会明显地增长。可怕的是,SJF算法完全忽视进程等待时间,可能使进程等待时间过长,出现饥饿现象。
人机无法实现交互。
完全未考虑进程的紧迫程度。不能保证紧迫性进程得到及时处理。
(未完待续)

混合调度算法

保证调度算法

彩票调度算法

用户公平调度算法

进程调度&调度算法

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原文地址:https://www.cnblogs.com/hxlinux/p/13252479.html

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