处理机调度与死锁

调度

调度是为同时需要资源的多方，分配所需资源的方法。
凡有稀缺资源(“排队”)之处，皆有调度。

调度的资源

• 处理机（CPU）
  从就绪队列中挑选下一个占用CPU运行的进程
• 临界区
  信号量V操作后，从等待队列挑选一个进程唤醒
• 内存
  从外存的挂起队列挑选一个进程激活
• I/O设备
  决定I/O设备处理等待队列中的哪个I/O请求

调度的时机

1. 进程从运行态切换到等待态(非抢占调度)
   I/O操作、wait操作、sleep……
2. 进程退出(非抢占调度)
   return、exit、出错……
3. 进程时间片完(抢占调度)
   高优先级进程抢夺
   时钟中断
4. 进程从等待到就绪、新建(抢占调度)
   I/O中断、fork

调度算法

目标和相关定义

• 运行时间:占用cpu运行的时间

  $周转时间 = 等待时间 + 运行时间$

  响应时间在等待时间里面

  带权（归一化）周转时间$𝑾 = T_t/T_s，其中T_t$ 是进程的周转时间，$T_s$ 是该进程接受服务的时间（即运行时间）

先来先服务,排队算法

FCFS (Fisrt Come Fisrt Serve) 或 FIFO (First In First Out)

• 缺点:周转时间长
  
  I/O型进程必须等待计算型进程用完CPU，将导致
  设备使用率低，对短作业不公平

最短作业优先

SJF(Shortest Job First) 或 Shortest Process Next-

在目前的假设条件下，可以证明，SJF调度算法的平均
T周转时间是**最优（optimal）**的

• 缺点:作业可能在任何时刻到达,周转时间也会变长

最短剩余时间优先

SRT(Shortest Remaining Time)或STCF(Shortest Time-to-Complete First-

新来作业产生中断，重新调度

缺点

• 可能产生饥饿(starvation)
  在上面的例子中，从10时刻起，如果源源���断有短进程到来，则作业A始终得不到执行
  • SJF也可能饥饿，比如0时刻到来10和100作业，之后不断有10作业到来
  • 由于允许抢占，SRT比SJF更容易饥饿
  • 对长作业不公平
• 算法的实现更困难，开销更大
  • 必须支持中断处理（抢占）
  • 需要计算“已运行的时间”
  • 每次中断都要调度

轮转（轮询）调度算法

响应时间比上面三种都要好

RR（ Round Robin ），又称时间片调度

• 每运行一个时间片（time slice, scheduling quantum，时钟周期的倍数）产生时钟中断，并重新调度

• 公平，长短作业都能兼顾，不会饥饿

• 调度时算法简单（可仅用FCFS）

时间片大小的选取

缺点

• $T_{周转}$是各种调度算法中较差的，甚至可能还不如FCFS

高响应比优先

短作业尽快响应，长作业也能照顾到，平均周转作业时代的一个折中方案

响应比（Response Ratio） $𝑹_𝒓$

$$𝑹_𝒓 = (等待时间 + 运行时间)/运行时间$$

$$= 周转时间/运行时间$$

当等待时间同样长，短作业的响应比高，优先执行

一般来说，没有抢占，即等待时间 == 响应时间

随等待时间的增加，响应比会上升，从而照顾到长作业

终极解决方案-MLFQ

多级队列(静态优先级)调度：

多级=多个队列，各有不同的优先级（Priority）


具体怎样实现是机制(mechanism ，战术)，如：

• 应该定多少个优先级？
• 每级队列使用什么调度算法（FCFS、RR）？
• 每级队列应该分多大的时间片？
• 当用完时间片，降多少级？
• 满足什么条件提升优先级？提升多少？
• 上述内容用什么方式实现？（查表、数学公式……）

规则

1. if Priority(A)>Priority(B)，运行Ａ（不运行B），大于小于号要具体确定
2. if Priority(A)=Priority(B)，以RR方式运行A和B
3. 新来的作业的优先级定为最高
4. 如果一个作业（在一定时间S内累计）用完了它的时间片，则降低其优先级
5. 如果作业在时间片前释放CPU，则保持不变
6. 一定时间S后，将所有作业提升为最高优先级

缺点：

• 对未知进程难以确定优先级；
• 饥饿；
• 误判：假如一个进程刚开始是计算型的，但随着时间变化为交互式的，却因为降级而永远不能被平等对待
• 博弈问题：吃透了规则的计算型进程，对普通计算型进程不公平

公平共享调度

• 优先级调度的目标：优化周转时间、响应时间、资源利用率
• 公平调度的目标：让每个任务都能获得一定份额的系统资源

Lottery调度（摆烂调度）

• 为每个进程提供至少一张彩票
• 更重要的进程获得较多彩票
• 每次调度时，随机选取一张，握有该票的进程运行
• 可在需要时将彩票交给合作进程

调度算法总结

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