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调度算法csdn,操作系统 调度算法

互联网 2020-10-26 03:42:03
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目前的操作系统种类繁多,很难用单一标准统一分类。

根据应用领域来划分,可分为桌面操作系统、服务器操作系统、主机操作系统、嵌入式操作系统;     

根据所支持的用户数目,可分为单用户(MSDOS、OS/2)、多用户系统(UNIX、MVS、Windows);      

根据源码开放程度,可分为开源操作系统(Linux、Chrome OS)和不开源操作系统(Windows、Mac OS);      

根据硬件结构,可分为网络操作系统(Netware、Windows NT、OS/2 warp)、分布式系统(Amoeba)、多媒体系统(Amiga);      

根据操作系统的使用环境和对作业处理方式来考虑,可分为批处理系统(MVX、DOS/VSE)、分时系统( Linux、UNIX、XENIX、Mac OS)、实时系统(iEMX、VRTX、RTOS,RT WINDOWS);      

根据操作系统的技术复杂程度,可分为简单操作系统、智能操作系统(见智能软件)。所谓的简单操作系统,指的是计算机初期所配置的操作系统,如IBM公司的磁盘操作系统DOS/360和微型计算机的操作系统CP/M等。这类操作系统的功能主要是操作命令的执行,文件服务,支持高级程序设计语言编译程序和控制外部设备等。      

下面介绍一下操作系统的五大类型:批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。      

1. 批处理操作系统 批处理(Batch Processing)操作系统的工作方式是:用户将作业交给系统操作员,系统操作员将许多用户的作业组成一批作业,之后输入到计算机中,在系统中形成一个自动转接的连续的作业流,然后启动操作系统,系统自动、依次执行每个作业。最后由操作员将作业结果交给用户。 批处理操作系统的特点是:多道和成批处理。      

2.分时操作系统 分时(Time Sharing)操作系统的工作方式是:一台主机连接了若干个终端,每个终端有一个用户在使用。用户交互式地向系统提出命令请求,系统接受每个用户的命令,采用时间片轮转方式处理服务请求,并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据上步结果发出下道命。分时操作系统将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间片。操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务。每个用户轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有别的用户存在。分时系统具有多路性、交互性、“独占”性和及时性的特征。

多路性指,伺时有多个用户使用一台计算机,宏观上看是多个人同时使用一个CPU,微观上是多个人在不同时刻轮流使用CPU。

交互性是指,用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)。

“独占”性是指,用户感觉不到计算机为其他人服务,就像整个系统为他所独占。

及时性指,系统对用户提出的请求及时响应。它支持位于不同终端的多个用户同时使用一台计算机,彼此独立互不干扰,用户感到好像一台计算机全为他所用。      

常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。

其原则是:分时优先,批处理在后。“前台”响应需频繁交互的作业,如终端的要求; “后台”处理时间性要求不强的作业。      

3.实时操作系统      实时操作系统(RealTimeOperatingSystem,RTOS)是指使计算机能及时响应外部事件的请求在规定的严格时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。实时操作系统要追求的目标是:对外部请求在严格时间范围内做出反应,有高可靠性和完整性。其主要特点是资源的分配和调度首先要考虑实时性然后才是效率。此外,实时操作系统应有较强的容错能力。      

4.网络操作系统      网络操作系统是基于计算机网络的,是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件,包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。其目标是相互通信及资源共享。在其支持下,网络中的各台计算机能互相通信和共享资源。其主要特点是与网络的硬件相结合来完成网络的通信任务。     

 5.分布式操作系统      它是为分布计算系统配置的操作系统。大量的计算机通过网络被连结在一起,可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。这种系统被称作分布式系统(DistributedSystem) 。它在资源管理,通信控制和操作系统的结构等方面都与其他操作系统有较大的区别。由于分布计算机系统的资源分布于系统的不同计算机上,操作系统对用户的资源需求不能像一般的操作系统那样等待有资源时直接分配的简单做法而是要在系统的各台计算机上搜索,找到所需资源后才可进行分配。对于有些资源,如具有多个副本的文件,还必须考虑一致性。所谓一致性是指若干个用户对同一个文件所同时读出的数据是一致的。为了保证一致性,操作系统须控制文件的读、写、操作,使得多个用户可同时读一个文件,而任一时刻最多只能有一个用户在修改文件。

分布操作系统的通信功能类似于网络操作系统。由于分布计算机系统不像网络分布得很广,同时分布操作系统还要支持并行处理,因此它提供的通信机制和网络操作系统提供的有所不同,它要求通信速度高。分布操作系统的结构也不同于其他操作系统,它分布于系统的各台计算机上,能并行地处理用户的各种需求,有较强的容错能力。

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一、先来先服务和短作业(进程)优先调度算法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。

二、高优先权优先调度算法1.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Pi>Pj,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。

2.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:操作系统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:操作系统由上式可以看出:

(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。

三、基于时间片的轮转调度算法1.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。

2.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i+1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。

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