windows操作系統(tǒng)課件-第3章調(diào)度VIP

Windows操作系統(tǒng)課件-第3章調(diào)度目錄調(diào)度概述進(jìn)程調(diào)度線程調(diào)度I/O調(diào)度實(shí)時(shí)調(diào)度死鎖與饑餓CONTENTS01調(diào)度概述CHAPTER進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，具有獨(dú)立的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源。線程是進(jìn)程內(nèi)的一條執(zhí)行路徑，共享進(jìn)程的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源。進(jìn)程和線程是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程與線程通過(guò)合理調(diào)度，使處理器始終保持忙碌狀態(tài)，提高系統(tǒng)資源的利用率。提高系統(tǒng)吞吐量保證公平性提高響應(yīng)時(shí)間為每個(gè)進(jìn)程或線程提供公平的執(zhí)行機(jī)會(huì)，避免某些進(jìn)程或線程長(zhǎng)時(shí)間等待。通過(guò)優(yōu)先調(diào)度重要或緊急的任務(wù)，減少用戶等待時(shí)間。030201調(diào)度的重要性調(diào)度器的組件和功能負(fù)責(zé)維護(hù)待處理任務(wù)的隊(duì)列，按照一定的順序排列任務(wù)。負(fù)責(zé)保存和恢復(fù)進(jìn)程或線程的上下文信息，包括寄存器狀態(tài)、內(nèi)存信息等。負(fù)責(zé)確定任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，根據(jù)任務(wù)的特性、資源需求等因素進(jìn)行調(diào)度。負(fù)責(zé)記錄任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，進(jìn)行時(shí)間片輪轉(zhuǎn)等調(diào)度策略的管理。隊(duì)列管理上下文管理優(yōu)先級(jí)管理時(shí)間管理02進(jìn)程調(diào)度CHAPTER就緒狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)阻塞狀態(tài)終止?fàn)顟B(tài)進(jìn)程狀態(tài)01020304進(jìn)程已獲得除CPU之外所需的所有資源，等待CPU調(diào)度。進(jìn)程正在占用CPU執(zhí)行。進(jìn)程因等待某個(gè)條件成立而無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，如等待I/O操作完成。進(jìn)程正常結(jié)束或異常終止。靜態(tài)優(yōu)先級(jí)在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)確定，不會(huì)改變。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)根據(jù)進(jìn)程的行為和系統(tǒng)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整。進(jìn)程優(yōu)先級(jí)按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度。先來(lái)先服務(wù)（FCFS）優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行時(shí)間最短的進(jìn)程。最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。優(yōu)先級(jí)調(diào)度將進(jìn)程按照優(yōu)先級(jí)放入不同的隊(duì)列，再?gòu)淖罡邇?yōu)先級(jí)隊(duì)列中選取進(jìn)程執(zhí)行。多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度進(jìn)程調(diào)度算法保存和恢復(fù)運(yùn)行進(jìn)程的上下文（包括CPU寄存器和內(nèi)存中的信息），以便在需要時(shí)可以恢復(fù)執(zhí)行。上下文切換上下文切換過(guò)程中需要保存和恢復(fù)的上下文信息較多，有一定的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。切換開(kāi)銷(xiāo)進(jìn)程切換03線程調(diào)度CHAPTER線程已經(jīng)準(zhǔn)備好運(yùn)行，但因?yàn)槠渌€程占用CPU，所以暫時(shí)不能執(zhí)行。就緒狀態(tài)線程因等待某個(gè)資源或事件而暫時(shí)不能執(zhí)行。阻塞狀態(tài)線程被暫停執(zhí)行，需要手動(dòng)恢復(fù)。掛起狀態(tài)線程執(zhí)行完畢或被中止。終止?fàn)顟B(tài)線程狀態(tài)線程具有高優(yōu)先級(jí)，可以優(yōu)先獲得CPU時(shí)間。高優(yōu)先級(jí)線程具有低優(yōu)先級(jí)，可能需要等待較長(zhǎng)時(shí)間才能獲得CPU時(shí)間。低優(yōu)先級(jí)線程具有默認(rèn)優(yōu)先級(jí)，通常介于高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)之間。默認(rèn)優(yōu)先級(jí)線程優(yōu)先級(jí)010204線程調(diào)度算法先到先服務(wù)（FCFS）：按照線程到達(dá)的順序進(jìn)行調(diào)度。最短進(jìn)程優(yōu)先（SPN）：優(yōu)先調(diào)度最短的進(jìn)程。優(yōu)先級(jí)調(diào)度：按照線程優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。多級(jí)隊(duì)列調(diào)度：將線程分成多個(gè)隊(duì)列，按照隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。03

線程切換上下文切換保存當(dāng)前線程的執(zhí)行環(huán)境，恢復(fù)新線程的執(zhí)行環(huán)境，并開(kāi)始執(zhí)行新線程。用戶模式到內(nèi)核模式切換當(dāng)線程需要訪問(wèn)內(nèi)核資源時(shí)，從用戶模式切換到內(nèi)核模式。內(nèi)核模式到用戶模式切換當(dāng)線程完成內(nèi)核訪問(wèn)時(shí)，從內(nèi)核模式切換回用戶模式。04I/O調(diào)度CHAPTERI/O請(qǐng)求隊(duì)列定義01I/O請(qǐng)求隊(duì)列是用于存儲(chǔ)等待的I/O請(qǐng)求的列表。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序發(fā)出一個(gè)I/O請(qǐng)求時(shí)，該請(qǐng)求會(huì)被添加到相應(yīng)的I/O請(qǐng)求隊(duì)列中。多隊(duì)列處理02為了提高I/O處理的效率，Windows操作系統(tǒng)可能會(huì)為不同類(lèi)型的I/O請(qǐng)求創(chuàng)建多個(gè)隊(duì)列，例如讀請(qǐng)求隊(duì)列和寫(xiě)請(qǐng)求隊(duì)列。優(yōu)先級(jí)隊(duì)列03根據(jù)I/O請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，操作系統(tǒng)可以將它們分配到不同的隊(duì)列中，以便優(yōu)先處理緊急或重要的請(qǐng)求。I/O請(qǐng)求隊(duì)列按照I/O請(qǐng)求到達(dá)的順序進(jìn)行調(diào)度，先到達(dá)的請(qǐng)求先被處理。先來(lái)先服務(wù)算法最短作業(yè)優(yōu)先算法循環(huán)輪轉(zhuǎn)算法掃描算法優(yōu)先處理等待時(shí)間最短的I/O請(qǐng)求。按照固定的順序循環(huán)處理每個(gè)I/O請(qǐng)求，確保每個(gè)請(qǐng)求都得到處理。從前往后掃描I/O請(qǐng)求隊(duì)列，遇到滿足條件的請(qǐng)求就進(jìn)行處理，直到隊(duì)列末尾或滿足一定條件為止。I/O調(diào)度算法電梯算法是一種I/O調(diào)度算法，模擬了電梯的運(yùn)行方式，從一端移動(dòng)到另一端處理I/O請(qǐng)求。電梯算法定義電梯算法通過(guò)移動(dòng)臂在磁盤(pán)上移動(dòng)，依次處理每個(gè)柱面上的I/O請(qǐng)求，直到達(dá)到另一端或滿足一定條件為止。移動(dòng)臂原理為了提高I/O調(diào)度的效率，電梯算法可以采取一些優(yōu)化策略，例如預(yù)取、合并和重排等。優(yōu)化策略電梯算法05實(shí)時(shí)調(diào)度CHAPTER實(shí)時(shí)任務(wù)必須在確定的時(shí)間內(nèi)完成，否則會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。確定性的執(zhí)行時(shí)間實(shí)時(shí)任務(wù)通常具有較高的優(yōu)先級(jí)，以確保其及時(shí)完成。優(yōu)先級(jí)要求實(shí)時(shí)任務(wù)可能需要獨(dú)占某些資源，以確保其不受其他任務(wù)干擾。資源需求實(shí)時(shí)任務(wù)要求系統(tǒng)具有高可靠性，以避免任務(wù)失敗或數(shù)據(jù)丟失?？煽啃砸髮?shí)時(shí)任務(wù)的特點(diǎn)靜態(tài)調(diào)度算法在任務(wù)執(zhí)行前，預(yù)先確定任務(wù)的執(zhí)行順序和時(shí)間片分配。動(dòng)態(tài)調(diào)度算法根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)和任務(wù)需求，動(dòng)態(tài)地調(diào)整任務(wù)的執(zhí)行順序和時(shí)間片分配。最短剩余時(shí)間優(yōu)先算法選擇剩余時(shí)間最短的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)先執(zhí)行。實(shí)時(shí)調(diào)度算法要求任務(wù)必須在確定的時(shí)間內(nèi)完成，否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，如系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)丟失。允許任務(wù)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，但延遲時(shí)間較長(zhǎng)也不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。硬實(shí)時(shí)與軟實(shí)時(shí)軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)06死鎖與饑餓CHAPTER死鎖定義在多進(jìn)程環(huán)境中，兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程無(wú)限期地等待對(duì)方釋放資源的現(xiàn)象。死鎖條件互斥、占有并等待、非搶占、環(huán)路等待。死鎖的定義與條件死鎖的預(yù)防與檢測(cè)預(yù)防策略避免死鎖的常用方法有設(shè)置資源分級(jí)、采用銀行家算法等