windows操作系統(tǒng)課件-第3章調(diào)度

Windows操作系統(tǒng)課件-第3章調(diào)度目錄調(diào)度概述進程調(diào)度線程調(diào)度I/O調(diào)度實時調(diào)度死鎖與饑餓CONTENTS01調(diào)度概述CHAPTER進程是程序的一次執(zhí)行，具有獨立的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源。線程是進程內(nèi)的一條執(zhí)行路徑，共享進程的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源。進程和線程是操作系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位。進程與線程通過合理調(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)時間為每個進程或線程提供公平的執(zhí)行機會，避免某些進程或線程長時間等待。通過優(yōu)先調(diào)度重要或緊急的任務(wù)，減少用戶等待時間。030201調(diào)度的重要性調(diào)度器的組件和功能負責維護待處理任務(wù)的隊列，按照一定的順序排列任務(wù)。負責保存和恢復進程或線程的上下文信息，包括寄存器狀態(tài)、內(nèi)存信息等。負責確定任務(wù)的優(yōu)先級，根據(jù)任務(wù)的特性、資源需求等因素進行調(diào)度。負責記錄任務(wù)的執(zhí)行時間，進行時間片輪轉(zhuǎn)等調(diào)度策略的管理。隊列管理上下文管理優(yōu)先級管理時間管理02進程調(diào)度CHAPTER就緒狀態(tài)運行狀態(tài)阻塞狀態(tài)終止狀態(tài)進程狀態(tài)01020304進程已獲得除CPU之外所需的所有資源，等待CPU調(diào)度。進程正在占用CPU執(zhí)行。進程因等待某個條件成立而無法繼續(xù)執(zhí)行，如等待I/O操作完成。進程正常結(jié)束或異常終止。靜態(tài)優(yōu)先級在進程創(chuàng)建時確定，不會改變。動態(tài)優(yōu)先級根據(jù)進程的行為和系統(tǒng)負載動態(tài)調(diào)整。進程優(yōu)先級按照進程到達的先后順序進行調(diào)度。先來先服務(wù)（FCFS）優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行時間最短的進程。最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）根據(jù)進程優(yōu)先級進行調(diào)度。優(yōu)先級調(diào)度將進程按照優(yōu)先級放入不同的隊列，再從最高優(yōu)先級隊列中選取進程執(zhí)行。多級反饋隊列調(diào)度進程調(diào)度算法保存和恢復運行進程的上下文（包括CPU寄存器和內(nèi)存中的信息），以便在需要時可以恢復執(zhí)行。上下文切換上下文切換過程中需要保存和恢復的上下文信息較多，有一定的時間開銷。切換開銷進程切換03線程調(diào)度CHAPTER線程已經(jīng)準備好運行，但因為其他線程占用CPU，所以暫時不能執(zhí)行。就緒狀態(tài)線程因等待某個資源或事件而暫時不能執(zhí)行。阻塞狀態(tài)線程被暫停執(zhí)行，需要手動恢復。掛起狀態(tài)線程執(zhí)行完畢或被中止。終止狀態(tài)線程狀態(tài)線程具有高優(yōu)先級，可以優(yōu)先獲得CPU時間。高優(yōu)先級線程具有低優(yōu)先級，可能需要等待較長時間才能獲得CPU時間。低優(yōu)先級線程具有默認優(yōu)先級，通常介于高優(yōu)先級和低優(yōu)先級之間。默認優(yōu)先級線程優(yōu)先級010204線程調(diào)度算法先到先服務(wù)（FCFS）：按照線程到達的順序進行調(diào)度。最短進程優(yōu)先（SPN）：優(yōu)先調(diào)度最短的進程。優(yōu)先級調(diào)度：按照線程優(yōu)先級進行調(diào)度。多級隊列調(diào)度：將線程分成多個隊列，按照隊列的優(yōu)先級進行調(diào)度。03

線程切換上下文切換保存當前線程的執(zhí)行環(huán)境，恢復新線程的執(zhí)行環(huán)境，并開始執(zhí)行新線程。用戶模式到內(nèi)核模式切換當線程需要訪問內(nèi)核資源時，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線程完成內(nèi)核訪問時，從內(nèi)核模式切換回用戶模式。04I/O調(diào)度CHAPTERI/O請求隊列定義01I/O請求隊列是用于存儲等待的I/O請求的列表。當一個應(yīng)用程序發(fā)出一個I/O請求時，該請求會被添加到相應(yīng)的I/O請求隊列中。多隊列處理02為了提高I/O處理的效率，Windows操作系統(tǒng)可能會為不同類型的I/O請求創(chuàng)建多個隊列，例如讀請求隊列和寫請求隊列。優(yōu)先級隊列03根據(jù)I/O請求的優(yōu)先級，操作系統(tǒng)可以將它們分配到不同的隊列中，以便優(yōu)先處理緊急或重要的請求。I/O請求隊列按照I/O請求到達的順序進行調(diào)度，先到達的請求先被處理。先來先服務(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)先處理等待時間最短的I/O請求。按照固定的順序循環(huán)處理每個I/O請求，確保每個請求都得到處理。從前往后掃描I/O請求隊列，遇到滿足條件的請求就進行處理，直到隊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，模擬了電梯的運行方式，從一端移動到另一端處理I/O請求。電梯算法定義電梯算法通過移動臂在磁盤上移動，依次處理每個柱面上的I/O請求，直到達到另一端或滿足一定條件為止。移動臂原理為了提高I/O調(diào)度的效率，電梯算法可以采取一些優(yōu)化策略，例如預取、合并和重排等。優(yōu)化策略電梯算法05實時調(diào)度CHAPTER實時任務(wù)必須在確定的時間內(nèi)完成，否則會影響系統(tǒng)的實時性。確定性的執(zhí)行時間實時任務(wù)通常具有較高的優(yōu)先級，以確保其及時完成。優(yōu)先級要求實時任務(wù)可能需要獨占某些資源，以確保其不受其他任務(wù)干擾。資源需求實時任務(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髮崟r任務(wù)的特點靜態(tài)調(diào)度算法在任務(wù)執(zhí)行前，預先確定任務(wù)的執(zhí)行順序和時間片分配。動態(tài)調(diào)度算法根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)和任務(wù)需求，動態(tài)地調(diào)整任務(wù)的執(zhí)行順序和時間片分配。最短剩余時間優(yōu)先算法選擇剩余時間最短的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。優(yōu)先級調(diào)度算法根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級進行調(diào)度，優(yōu)先級高的任務(wù)先執(zhí)行。實時調(diào)度算法要求任務(wù)必須在確定的時間內(nèi)完成，否則會導致嚴重的后果，如系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)丟失。允許任務(wù)在規(guī)定的時間內(nèi)完成，但延遲時間較長也不會導致嚴重后果。硬實時與軟實時軟實時系統(tǒng)硬實時系統(tǒng)06死鎖與饑餓CHAPTER死鎖定義在多進程環(huán)境中，兩個或多個進程無限期地等待對方釋放資源的現(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防與檢測預防策略避免死鎖的常用方法有設(shè)置資源分級、采用銀行家算法等