操作系统处理器调度课件

操作系统处理器调度课件处理器调度概述进程调度中断与上下文切换实时操作系统调度多处理器调度处理器调度实验与案例分析01处理器调度概述处理器调度是操作系统中用于决定哪个进程或线程在何时运行以及运行多长时间的过程。定义确保系统资源的有效利用，提高系统吞吐量，减少等待时间，避免饥饿现象，保证公平性和响应性。目标定义与目标010204调度策略先来先服务（FCFS）：按照进程到达的先后顺序进行调度。最短作业优先（SJF）：优先调度预计运行时间最短的进程。最短剩余时间优先（SRF）：优先调度剩余时间最短的进程。最高优先级优先（HPF）：优先调度优先级最高的进程。03根据一定的时间条件或事件触发，剥夺当前正在运行的进程的处理器使用权，转而调度其他进程运行。一旦一个进程获得处理器使用权，它将一直运行直到完成或主动放弃。调度算法非抢占式调度算法抢占式调度算法02进程调度就绪状态等待状态运行状态终止状态进程状态01020304进程已获得所需资源，等待被调度执行。进程正在等待某个条件成立或等待获取资源才能继续执行。进程正在处理器上执行。进程执行完毕或因异常而终止。保存当前进程的上下文（包括CPU寄存器、内存等信息）并恢复新进程的上下文，以便在处理器上执行新进程。上下文切换进程切换涉及到上下文切换，有一定的时间开销。开销由于资源需求、优先级调整等原因，导致进程需要切换。原因操作系统内核负责实现进程切换，确保系统资源的合理分配和利用。实现进程切换在进程创建时确定，不随时间改变。静态优先级根据进程的行为和系统负载动态调整。动态优先级低优先级进程持有重要资源，导致高优先级进程等待。优先级反转为了避免优先级反转，当低优先级进程持有重要资源时，其优先级临时提升。优先级继承进程优先级先来先服务（FCFS）：按照进程到达的先后顺序进行调度。最短作业优先（SJF）：优先调度预计执行时间最短的进程。最短剩余时间优先（SRTF）：优先调度剩余时间最短的进程。优先级调度：根据进程优先级进行调度，优先级高的进程优先执行。01020304进程调度算法03中断与上下文切换中断定义01中断是处理器在执行指令过程中，由于出现某种异常或特殊情况而被迫停止当前工作，转去处理其他事件，待处理完毕后，再返回到被中断的位置继续执行指令的过程。中断类型02硬件中断、软件中断、异常、定时器中断等。中断处理过程03保存被中断程序的现场信息、分析中断原因、转入相应的处理程序进行处理、恢复被中断程序的现场信息。中断处理上下文定义上下文是处理器当前正在执行的任务的所有相关信息，包括程序计数器、处理器寄存器、内存单元等内容。上下文切换定义当一个任务正在执行时，由于某种原因被中断或需要等待某些资源，操作系统会保存当前任务的上下文，然后转去执行其他任务。当原任务重新获得资源或恢复执行时，操作系统会恢复其上下文，使其继续执行。上下文切换过程保存当前任务的上下文、选择下一个要执行的任务、恢复下一个任务的上下文、开始执行下一个任务。上下文切换上下文切换开销的影响因素任务数量、任务大小、处理器速度等。减少上下文切换开销的方法优化任务调度算法、使用硬件支持的技术（如TLB、缓存等）、采用多线程技术等。上下文切换开销定义由于进行上下文切换需要保存和恢复处理器状态，因此会产生一定的开销。上下文切换开销04实时操作系统调度实时任务调度是操作系统处理器调度的重要内容，主要关注任务在时间上的约束性。实时任务调度算法需要考虑任务的截止时间、执行时间、优先级等因素，以确保任务在规定时间内完成。常见的实时任务调度算法包括先来先服务、最短作业优先、优先级调度等。实时任务调度硬实时系统要求任务必须在规定时间内完成，否则系统会崩溃或产生严重后果。软实时系统则要求任务在规定时间内完成，但允许有一定的延迟，以换取更高的系统性能。硬实时和软实时的选择取决于应用场景和需求，硬实时适用于对时间要求非常严格的场景，如航空、医疗等，而软实时适用于对时间要求相对宽松的场景，如网页浏览、电子邮件等。硬实时与软实时任务优先级分配是实时操作系统调度的重要环节，通过为任务分配不同的优先级，可以确保关键任务得到优先处理。优先级高的任务将获得更多的处理器资源，而优先级低的任务则可能被延迟或放弃。优先级的分配需要考虑任务的紧急程度、重要程度以及系统负载等多种因素，以确保系统的稳定性和性能。任务优先级分配05多处理器调度多处理器系统是指包含两个或更多处理器的计算机系统。定义优势应用场景多处理器系统可以同时执行多个任务，提高整体性能和效率。多处理器系统广泛应用于服务器、超级计算机和某些高端个人计算机。030201多处理器系统概述负载均衡调度是一种处理器调度策略，旨在将任务分配到各个处理器，以实现整体性能的最优化。定义通过监控各个处理器的负载情况，动态地将任务从一个处理器转移到另一个处理器。实现方式负载均衡调度可以充分利用多处理器的计算能力，避免某个处理器空闲而其他处理器还在忙碌的情况。优点负载均衡调度

死锁避免策略定义死锁是指多个进程在等待其他进程释放资源，导致所有进程都无法继续执行的现象。死锁产生条件互斥条件、请求和保持条件、不可抢占条件和环路等待条件。避免死锁的策略如预防死锁、避免死锁、检测与恢复等。这些策略的目标是确保系统能够避免或从死锁状态中恢复，从而保证系统的可靠性和稳定性。06处理器调度实验与案例分析总结词理解进程调度算法详细描述通过模拟实验，学生可以观察不同调度算法（如先来先服务、最短作业优先、优先级调度等）对进程执行顺序的影响，从而深入理解进程调度的原理和算法。实验一：进程调度模拟实验实验步骤使用模拟软件或编程语言实现调度算法，对进程进行调度；设计一组模拟进程，为每个进程分配不同的优先级和到达时间；记录并分析调度结果，比较不同调度算法的性能。实验一：进程调度模拟实验总结词：理解上下文切换过程详细描述：上下文切换是操作系统在处理器调度过程中保存和恢复进程状态的过程。通过实验，学生可以观察上下文切换的过程，理解其原理和影响。实验步骤设计一个模拟环境，包括一个或多个进程；使用模拟软件或编程语言实现上下文切换过程；记录并分析上下文切换的时间和资源消耗。实验二：上下文切换实验总结词：理解实时操作系统任务调度详细描述：实时操作系统任务调度要求高可靠性和实时性。通过实验，学