《搶占式調(diào)度》課件

$number{01}搶占式調(diào)度目錄搶占式調(diào)度的定義搶占式調(diào)度的基本原理搶占式調(diào)度的實(shí)現(xiàn)方式搶占式調(diào)度的優(yōu)缺點(diǎn)搶占式調(diào)度與其他調(diào)度的比較搶占式調(diào)度的應(yīng)用實(shí)例01搶占式調(diào)度的定義搶占式調(diào)度是一種操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法，它允許高優(yōu)先級的任務(wù)中斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級任務(wù)，從而確保高優(yōu)先級任務(wù)能夠及時得到處理。定義123特點(diǎn)效率與公平性高優(yōu)先級任務(wù)可以更快地獲得執(zhí)行機(jī)會，但可能導(dǎo)致低優(yōu)先級任務(wù)長時間得不到執(zhí)行。優(yōu)先級搶占高優(yōu)先級的任務(wù)可以打斷低優(yōu)先級的任務(wù)，獲得CPU資源。非合作性被打斷的任務(wù)無法預(yù)知或阻止打斷，只能被動接受。搶占式調(diào)度適用于實(shí)時系統(tǒng)、緊急任務(wù)處理等需要快速響應(yīng)和高優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行的場景。在工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，搶占式調(diào)度得到了廣泛應(yīng)用。適用場景02搶占式調(diào)度的基本原理先來先服務(wù)（FCFS）最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）優(yōu)先級調(diào)度時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略根據(jù)作業(yè)的優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級高的作業(yè)優(yōu)先執(zhí)行。將所有作業(yè)分配給固定時間片，按順序執(zhí)行，時間片用完后自動切換到下一個作業(yè)。按照作業(yè)到達(dá)的順序進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級按照到達(dá)順序分配。優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行時間最短的作業(yè)，以最小化平均等待時間。優(yōu)先級固定，不會改變。靜態(tài)優(yōu)先級根據(jù)作業(yè)的狀態(tài)和行為動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級。動態(tài)優(yōu)先級優(yōu)先級調(diào)度時間片輪轉(zhuǎn)時間片長度選擇時間片長度會影響系統(tǒng)性能，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的時間片長度。上下文切換開銷時間片輪轉(zhuǎn)需要進(jìn)行上下文切換，有一定的開銷。適用場景適用于作業(yè)數(shù)量較多且作業(yè)執(zhí)行時間差異較大的情況。優(yōu)勢可以減少平均等待時間，提高系統(tǒng)吞吐量。短作業(yè)優(yōu)先03搶占式調(diào)度的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)程中斷時間片耗盡優(yōu)先級調(diào)度搶占式調(diào)度的時機(jī)當(dāng)一個進(jìn)程因某種原因被中斷時，系統(tǒng)會立即剝奪該進(jìn)程的CPU，將其從運(yùn)行狀態(tài)切換到就緒隊(duì)列。當(dāng)一個進(jìn)程的時間片用完時，系統(tǒng)會強(qiáng)制剝奪該進(jìn)程的CPU，將其從運(yùn)行狀態(tài)切換到就緒隊(duì)列。當(dāng)有更高優(yōu)先級的進(jìn)程就緒時，系統(tǒng)會剝奪當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的CPU，將更高優(yōu)先級的進(jìn)程投入運(yùn)行。只有處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程才可能被搶占。運(yùn)行狀態(tài)在某個確定的點(diǎn)上，當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程被搶占，這個點(diǎn)稱為搶占點(diǎn)。搶占點(diǎn)當(dāng)滿足一定的條件時，當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程會被搶占，如時間片用完、更高優(yōu)先級進(jìn)程就緒等。搶占條件搶占式調(diào)度的條件執(zhí)行搶占檢查搶占條件確定搶占點(diǎn)搶占式調(diào)度的過程在進(jìn)程運(yùn)行過程中，確定一個合適的點(diǎn)作為搶占點(diǎn)。如果滿足搶占條件，則剝奪當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的CPU，將其從運(yùn)行狀態(tài)切換到就緒隊(duì)列。在搶占點(diǎn)處檢查是否滿足搶占條件，如時間片用完或更高優(yōu)先級進(jìn)程就緒。04搶占式調(diào)度的優(yōu)缺點(diǎn)高優(yōu)先級任務(wù)優(yōu)先處理搶占式調(diào)度能夠確保高優(yōu)先級的任務(wù)得到優(yōu)先處理，從而滿足實(shí)時性要求高的任務(wù)。資源利用率高由于高優(yōu)先級任務(wù)可以搶占低優(yōu)先級任務(wù)，因此資源可以得到更有效的利用，提高系統(tǒng)整體性能。響應(yīng)速度快由于高優(yōu)先級任務(wù)可以更快地得到處理，因此系統(tǒng)對突發(fā)事件或緊急任務(wù)的響應(yīng)速度更快。優(yōu)點(diǎn)可能導(dǎo)致負(fù)載不均衡如果系統(tǒng)中存在大量高優(yōu)先級任務(wù)，那么這些任務(wù)可能會大量搶占資源，導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)載不均衡。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高搶占式調(diào)度需要維護(hù)任務(wù)的優(yōu)先級信息，并在運(yùn)行時根據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行任務(wù)切換，因此實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高。低優(yōu)先級任務(wù)等待時間長由于高優(yōu)先級任務(wù)可以搶占低優(yōu)先級任務(wù)，低優(yōu)先級任務(wù)可能需要等待很長時間才能得到處理。缺點(diǎn)資源有限的場景在資源有限的場景中，如嵌入式系統(tǒng)、移動設(shè)備等，搶占式調(diào)度能夠更好地利用有限的資源，提高系統(tǒng)整體性能。突發(fā)事件或緊急任務(wù)的場景對于突發(fā)事件或緊急任務(wù)，如安全監(jiān)控、緊急救援等，搶占式調(diào)度能夠更快地響應(yīng)和處理這些任務(wù)。實(shí)時性要求高的場景對于實(shí)時性要求高的任務(wù)，如音視頻處理、實(shí)時通信等，搶占式調(diào)度能夠更好地滿足這些任務(wù)的實(shí)時性要求。適用場景分析05搶占式調(diào)度與其他調(diào)度的比較VS非搶占式調(diào)度是一種按照預(yù)先設(shè)定的順序依次執(zhí)行任務(wù)的調(diào)度方式。詳細(xì)描述在非搶占式調(diào)度中，任務(wù)一旦開始執(zhí)行，直到完成才會釋放處理器。這種調(diào)度方式下，處理器利用率相對較低，因?yàn)槿蝿?wù)可能需要等待較長時間才能獲得處理器。總結(jié)詞非搶占式調(diào)度靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度是根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度的?？偨Y(jié)詞在靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度中，任務(wù)的優(yōu)先級在任務(wù)提交時就確定，并且在整個執(zhí)行過程中保持不變。優(yōu)先級高的任務(wù)會優(yōu)先獲得處理器，而優(yōu)先級低的任務(wù)可能需要等待很長時間。詳細(xì)描述動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度是根據(jù)任務(wù)的動態(tài)特性（如任務(wù)的緊急程度、資源需求等）來動態(tài)調(diào)整任務(wù)的優(yōu)先級。在動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度中，任務(wù)的優(yōu)先級會根據(jù)任務(wù)的動態(tài)特性進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以更好地滿足實(shí)時性要求和資源需求。動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度可以更好地平衡處理器資源，提高系統(tǒng)吞吐量和響應(yīng)速度。總結(jié)詞詳細(xì)描述動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度06搶占式調(diào)度的應(yīng)用實(shí)例實(shí)時操作系統(tǒng)在實(shí)時操作系統(tǒng)中，任務(wù)需要在規(guī)定時間內(nèi)完成，因此需要采用搶占式調(diào)度，以確保關(guān)鍵任務(wù)能夠及時獲得處理器資源。多任務(wù)處理在多任務(wù)處理環(huán)境中，多個任務(wù)同時運(yùn)行，搶占式調(diào)度可以根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和緊急程度進(jìn)行動態(tài)分配處理器資源，提高系統(tǒng)整體效率。操作系統(tǒng)中的搶占式調(diào)度分布式計(jì)算在分布式計(jì)算中，多個節(jié)點(diǎn)共同完成一項(xiàng)任務(wù)，搶占式調(diào)度可以確保每個節(jié)點(diǎn)的工作負(fù)載均衡，提高并行計(jì)算的效率。要點(diǎn)一要點(diǎn)二并行計(jì)算框架在并行計(jì)算框架中，任務(wù)可以分解為多個子任務(wù)并行執(zhí)行，搶占式調(diào)度可以根據(jù)子任務(wù)的優(yōu)先級和依賴關(guān)系進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，提高計(jì)算速度。并行計(jì)算中的搶占式調(diào)度內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)容分發(fā)