抢占式调度算法
操作系统的调度算法优先级时间片和占式调度
操作系统的调度算法优先级时间片和占式调度操作系统的调度算法：优先级、时间片和抢占式调度操作系统是计算机系统中的一个核心组件，用于管理和控制计算机的硬件和软件资源，以提供良好的用户体验和系统性能。
在操作系统中，调度算法是实现任务分配和资源管理的关键。
本文将介绍三种常见的调度算法：优先级调度、时间片轮转调度和抢占式调度。
一、优先级调度算法优先级调度算法是根据任务的优先级安排任务的执行顺序。
每个任务都有一个优先级值，数值越高表示优先级越高。
当一个任务就绪并等待执行时，调度器会选择优先级最高的任务来执行。
优先级调度算法可以保证高优先级任务及时得到执行，但可能会导致低优先级任务出现饥饿现象。
实际上，优先级调度算法可以分为静态优先级和动态优先级两种类型。
静态优先级是在任务创建时分配的，不会改变。
动态优先级根据任务的运行情况和系统状态进行动态调整，以提高系统的公平性和性能。
二、时间片轮转调度算法时间片轮转调度算法是一种周期性调度算法，每个任务被分配一个固定的时间片（时间段），当任务的时间片用完后，调度器会将任务挂起，并将CPU 分配给下一个任务执行。
当所有任务都执行完一次后，调度器会重新分配时间片，继续按照顺序执行任务。
时间片轮转调度算法可以保证任务的平均执行时间，并且避免了长时间任务的霸占资源问题。
然而，如果任务的时间片设置得过小，则会增加任务切换的开销。
如果任务的时间片设置得过大，则可能出现对实时任务响应时间的影响。
三、抢占式调度算法抢占式调度算法是一种灵活的调度策略，允许更高优先级的任务打断正在执行的低优先级任务，以确保高优先级任务的及时响应。
当一个任务就绪并具备运行条件时，调度器会立即安排其执行，无论当前是否有其他任务在执行。
抢占式调度算法可以有效地提高系统的响应速度和实时性，但可能会导致任务切换的频繁发生，增加了系统开销。
为了平衡性能和实时性的需求，抢占式调度算法通常会和其他调度策略结合使用，例如优先级和时间片轮转。
抢占式最高优先级算法
抢占式最高优先级算法抢占式最高优先级算法是一种常见的调度算法，用于在多进程或多线程的操作系统中，决定拥有高优先级的任务是否可以抢占当前正在执行的低优先级任务，以便让高优先级任务先执行。
本文将介绍抢占式最高优先级算法的原理、应用场景以及其优缺点。
原理抢占式最高优先级算法依据任务的优先级来进行调度。
每个任务都被赋予一个优先级，较高优先级的任务拥有更高的执行权。
如果一个高优先级的任务到达并请求执行，它会立即抢占正在执行的低优先级任务，使自身先执行。
一旦高优先级任务执行完毕或者被阻塞，低优先级任务会继续执行。
抢占式最高优先级算法的关键在于选择高优先级任务并进行抢占。
这一选择常常基于预定的策略，如固定优先级、动态优先级或抢占周期。
应用场景抢占式最高优先级算法在许多实时操作系统（RTOS）中被广泛应用，以确保高优先级任务能够及时响应。
1.实时任务：在实时系统中，某些任务需要及时响应来满足硬实时性要求。
比如，在飞行控制系统中，传感器数据的处理常常具有较高的优先级，以便实时调整飞行控制参数。
2.实时多媒体：在视频或音频播放中，保证实时性是非常重要的。
为了避免出现卡顿或延迟，实时多媒体任务通常具有相对较高的优先级，以确保及时进行数据解码和渲染。
3.紧急事件响应：在多任务的环境中，某些任务可能需要及时响应紧急事件。
比如，网络服务器在遇到高流量或攻击时需要迅速调整优先级以应对。
优点抢占式最高优先级算法具有以下优点：1.及时响应高优先级任务：算法能够保证高优先级任务的及时执行，使得系统能够满足实时性要求。
2.简单高效：算法的实现相对简单，可以高效地处理任务调度。
相比其他调度算法，抢占式最高优先级算法通常需要较少的计算和资源。
3.适用性广泛：算法可以应用于多种场景，可以根据具体需求进行灵活调整。
缺点抢占式最高优先级算法也存在一些局限性：1.低优先级任务饥饿：当高优先级任务过多时，低优先级任务可能被长时间地阻塞，无法得到充分执行。
抢占式优先级调度算法
抢占式优先级调度算法
抢占式优先级调度算法是一种常用的操作系统进程调度算法，其主要
原理是将进程按照优先级进行排序，然后选择优先级最高的进程进行执行，同时当出现更高优先级的进程时，正在执行的进程会被抢占，优先级更高
的进程得以执行。
这种调度算法的优点是能够优先执行重要性高的进程，尤其是对于实
时性要求高的系统而言，抢占式优先级调度算法确保了高优先级进程的及
时响应和执行。
其次，该算法在实现上相对简单，容易在多处理器系统中
进行实现。
然而，抢占式优先级调度算法也存在一些缺点。
首先，由于优先级的
设置需要有明确的标准，因此可能存在优先级过多或者优先级设计不合理
的问题。
其次，由于是按优先级进行调度，较低优先级的进程容易长时间
等待执行，降低了系统的资源利用率；同时，当出现优先级较高的进程时，抢占式调度会导致正在执行的进程被强制停止，造成不必要的系统开销。
为了克服抢占式优先级调度算法的缺陷，可以采用多种方法进行改进。
一种常见的方法是将进程的优先级根据时间的长短进行动态调整，即优先
级随时间而变化。
另外，可以通过引入多级反馈队列的方式，使得低优先
级的进程能够持续得到调度和执行的机会，从而提高系统资源利用率。
此外，还可以采用不同进程之间互相协作的方式，实现更加高效的进程调度
机制。
总之，抢占式优先级调度算法是一种适用于实时性要求高的系统的进
程调度算法，但其应用存在一定的局限性。
针对不同的应用场景和要求，
可以采用不同的调度算法进行优化和改进，从而实现更加高效、快速、可靠的进程调度和执行。
抢占式最高优先级算法
抢占式最高优先级算法抢占式最高优先级算法是一种常用的调度算法，广泛应用于实时操作系统和多任务处理系统中。
该算法的核心思想是通过给予具有最高优先级任务的执行权，以确保其能够立即响应，从而实现任务的及时执行。
在抢占式最高优先级算法中，每个任务都被赋予一个优先级，优先级由高到低排列。
具有最高优先级的任务将优先被执行，而其他任务则处于等待状态。
当最高优先级任务执行完毕或被中断时，系统将会重新选择具有最高优先级的任务并进行执行。
这样，每个任务都有机会被及时执行，确保系统的实时性和响应性。
抢占式最高优先级算法的实现过程主要包括任务调度、中断处理和优先级更新。
任务调度负责选择具有最高优先级的任务，并将其放入执行队列。
中断处理是指当某个任务被中断时，系统将暂停当前任务的执行，并保存当前任务的状态，然后重新选择具有最高优先级的任务进行执行。
优先级的更新是指根据任务的特点和执行情况，动态地调整任务的优先级，以保证系统的效率和性能。
抢占式最高优先级算法的优点在于能够及时响应高优先级任务的需求，确保任务的及时执行。
它能够有效地提高系统的实时性和响应性，使系统能够在有限的资源下，合理安排任务的执行顺序。
然而，抢占式最高优先级算法也存在一些潜在的问题，例如可能会导致低优先级任务长时间等待或无法被执行的情况，以及可能会出现优先级反转的现象。
为了解决抢占式最高优先级算法可能存在的问题，还可以采用其他调度算法，如时间片轮转调度算法、最短作业优先调度算法等。
这些算法可以综合考虑任务的优先级、执行时间和等待时间，以平衡系统的吞吐量和响应时间。
总之，抢占式最高优先级算法是一种重要的调度算法，可以有效地提高系统的实时性和响应性。
它通过给予具有最高优先级的任务的执行权，确保任务可以及时执行，满足系统对于任务执行顺序的需求。
然而，在使用该算法时也需要考虑其可能存在的问题，并结合其他调度算法进行综合应用，以提高系统的整体性能和效率。
FCFS和SJF进程调度调度算法
FCFS和SJF进程调度调度算法FCFS调度算法的优点是实现简单，但它也存在一些缺点。
首先，当一些进程执行时间较长时，其他进程必须等待较长时间，造成了平均等待时间较长。
其次，当一些长时间执行的进程优先级较低时，可能会出现饥饿现象，即其他进程由于长时间等待而得不到充分的CPU时间。
接下来，我们来介绍SJF（Shortest Job First）进程调度算法。
SJF调度算法根据进程的执行时间长短来进行调度，即选择执行时间最短的进程先执行。
在SJF调度算法中，进程的执行时间是已知的，并且不会变动。
因此，SJF调度算法可以根据进程的执行时间进行静态调度。
SJF调度算法的优点是可以获得最短的平均等待时间。
当进程的执行时间已知且不变时，SJF算法可以保证最优的结果。
然而，SJF算法的缺点是很难准确估计进程的执行时间。
如果对执行时间估计不准确，可能会导致等待时间较长。
现实情况中，我们很难准确地预测每个进程的执行时间。
因此，在实际应用中，通常使用一些变种算法来改进FCFS和SJF算法，如抢占式调度算法和轮转调度算法。
下面我们将对这些算法进行简要介绍。
抢占式调度算法是指当一个进程的优先级更高时，可以抢占当前正在执行的进程，将CPU分配给优先级更高的进程。
抢占式调度算法能够保证高优先级的进程得到更多的CPU时间，从而提高系统的响应速度。
轮转调度算法是指将CPU时间按照时间片进行划分，每个进程在一个时间片内执行，时间片结束后，进程被移到队列的末尾，然后调度器选择下一个进程执行。
轮转调度算法能够保证每个进程都能得到一定的执行时间，避免饥饿现象。
综上所述，FCFS和SJF是两种最基本的进程调度算法。
FCFS按照进程的到达顺序进行调度，而SJF按照进程的执行时间进行调度。
然而，两种算法都存在一些缺点，因此在实际应用中通常使用一些变种算法来改进它们。
抢占式调度算法和轮转调度算法是常用的改进算法，能够提高系统的响应速度和公平性。
立即抢占的多级反馈队列调度算法
立即抢占的多级反馈队列调度算法
多级反馈队列调度算法是一种抢占式的调度算法，它将进程划分为多个队列，并为每个队列分配一个时间片大小。
不同队列的时间片大小逐级递减。
具体的多级反馈队列调度算法包括以下步骤：
1. 初始化：为每个队列设置一个时间片大小，通常情况下，较高级别的队列分配较短的时间片。
2. 将所有进程按照优先级或到达时间加入到第一级别队列中。
3. 从当前队列中选取一个进程执行。
4. 如果该进程运行完，结束并从队列中移除。
5. 如果该进程没有运行完，但时间片已经耗尽，则将该进程移到下一个级别的队列中。
6. 重复步骤3-5，直到所有进程执行完毕。
在多级反馈队列调度算法中，较高级别的队列优先级较高，所以当有高优先级的进程到达时，会抢占正在执行的低优先级进程，确保高优先级进程能够尽快得到执行。
同时，低优先级进程也能够得到执行的机会，不至于被一直阻塞。
通过多级反馈队列调度算法，能够实现较短的响应时间和较高的系统吞吐量，能够更好地满足不同进程的执行需求。
最高优先级别调度算法 -回复
最高优先级别调度算法-回复最高优先级调度算法，也称为抢占式调度算法，是一种操作系统调度算法，它根据进程的优先级决定下一步执行哪个进程。
本文将逐步解释最高优先级调度算法的实现、优缺点以及适用场景。
1. 算法原理：最高优先级调度算法将每个进程分配一个优先级，优先级越高的进程越有可能被调度执行。
当系统调度程序决定从运行状态切换到就绪状态时，它将首先选择具有最高优先级的进程运行。
如果当前运行的进程的优先级低于新到达就绪队列中某个进程的优先级，系统将抢占正在运行的进程，并切换到优先级更高的进程执行。
2. 实现步骤：a. 确定进程优先级：每个进程需要被赋予一个优先级值。
通常，优先级在进程创建时被分配，并且可以根据进程的重要性和紧迫性进行调整。
b. 初始化调度队列：将所有就绪进程按照优先级顺序放入就绪队列。
c. 选择最高优先级进程：当系统准备调度进程时，它将从就绪队列中选择具有最高优先级的进程。
d. 执行选中的进程：将所选的进程从就绪队列移到运行队列，并将其执行。
3. 优点：a. 响应时间快：最高优先级调度算法可以及时响应优先级最高的进程，确保重要任务快速执行。
b. 高效性：优先级高的进程更有可能被调度执行，使系统能够更高效地利用资源。
4. 缺点：a. 饥饿问题：当某个进程的优先级始终高于其他进程时，其他进程可能会长时间等待，导致饥饿问题。
b. 偏向性：如果有太多优先级较高的进程，系统可能会过度调度这些进程，导致优先级较低的进程长时间等待。
5. 适用场景：最高优先级调度算法适用于以下情况：a. 实时系统：在实时系统中，任务需要根据其重要性和紧迫性被快速执行。
b. 紧急任务：对于紧急任务，需要尽快完成，以避免可能出现的问题。
总结：最高优先级调度算法通过根据进程的优先级来决定下一个执行的进程，实现了快速响应和高效利用资源的效果。
然而，它也存在饥饿问题和偏向性的缺点。
最高优先级调度算法适用于实时和紧急任务的场景。
在实际应用中，操作系统需要根据具体系统要求和任务特点选择合适的调度算法。
抢占式优先级调度算法课程设计
抢占式优先级调度算法课程设计一、概述抢占式优先级调度算法是一种常见的进程调度算法，它能够有效地提高系统的响应速度和资源利用率。
本文将介绍抢占式优先级调度算法的原理、实现方法以及应用场景，并结合一个简单的课程设计来说明其具体实现过程。
二、原理抢占式优先级调度算法是基于进程优先级的，每个进程都有一个对应的优先级，优先级越高的进程会被更早地执行。
在抢占式调度中，如果有一个新进程到达或者一个已经就绪的进程的优先级发生了变化，那么当前正在执行的进程会被强制中断，让出CPU资源给更高优先级的进程。
三、实现方法1. 进程控制块在操作系统中，每个进程都有一个对应的PCB（Process ControlBlock）结构体来存储其相关信息，包括进程ID、状态、寄存器值等。
在抢占式调度中，还需要为每个PCB加上一个priority字段来表示该进程的优先级。
2. 任务队列为了实现抢占式调度算法，需要将所有就绪状态的进程按照其priority 值从高到低排序，并将它们放入一个任务队列中。
当CPU空闲时，会从队列中取出优先级最高的进程进行执行。
3. 中断处理在抢占式调度中，当有新进程到达或者已有进程的优先级发生变化时，需要立即将当前正在执行的进程中断，并将其放回任务队列中等待下一次调度。
这个过程需要通过操作系统提供的中断处理机制来实现。
四、应用场景抢占式优先级调度算法适用于对响应速度要求较高的系统，例如实时操作系统、多媒体处理等领域。
它能够及时地响应用户请求，并且能够充分利用CPU资源，提高系统的效率。
五、课程设计下面以一个简单的课程设计为例来说明抢占式优先级调度算法的具体实现过程。
1. 需求分析设计一个简单的多线程程序，模拟抢占式优先级调度算法。
程序需要具备以下功能：- 支持创建多个线程并指定其优先级；- 线程可以随机休眠一段时间并输出一些信息；- 程序可以在任意时刻修改某个线程的优先级，并重新调整任务队列顺序；- 程序可以在任意时刻查看当前所有线程状态和优先级。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
=40 ms-10 ms-20 ms=10 ms
B1 = 50 – 25 – 20 = 5ms， 调度B1
调度程序选择B1运行。 t3=30 ms时，A2抢占B1。 t4=40 ms时，重新调度B1。 t5=45 ms时，调度A3执行。 t6=55ms时，调度B2执行 t7=70 ms时，A4抢占B2
m Ci 1
P i1 i
假如系统中有6个硬实时任务，它 们的周期时间都是 50 ms，而每次 的处理时间为 10 ms，则不难算出， 此时是不能满足上式的，因而系统 是不可调度的。
第三章 处理机调度
解决的方法是提高系统的处理能力，其途径有二： 其一仍是采用单处理机系统， 但须增强其处理能力， 以显 著地减少对每一个任务的处理时间； 其二是采用多处理机系统。假定系统中的处理机数为N，则 应将上述的限制条件改为：
第三章 处理机调度
2. 最低松弛度优先即LLF(Least Laxity First)算法 算法要求 1、系统中有一个按松弛度排序的实时任务就绪队列， 2、松弛度最低的任务排在队列最前面 3、调度程序总是选择就绪队列中的队首任务执行。 该算法主要用于可抢占调度方式中。
周期内任务只执行一次 松弛度为0时发生抢占
当前进程
实时进程
调度时间
(b) 非抢占优先权调度
(d) 立即抢占的优先权调度
图 3-6 实时进程调度
3.3.3 常用的几种实时调度算法
第三章 处理机调度
1. 最早截止时间优先即EDF(Earliest Deadline First)算法
开始截止时间
1
3
4
2
任务执行
1
3
4
2
t
任务到达
1
23
4
图 3-7 EDF算法用于非抢占调度方式
第三章 处理机调度
第三章 处理机调度
A1(1 0)
t1
0 t1＝ 0
3.3.1 实时调度
3.3 实 时 调 度
第三章 处理机调度
3.3.1 实现实时调度的基本条件
第三章 处理机调度
2. 系统处理能力强
第三章 处理机调度
在实时系统中，通常都有着多个实时任务。若处理机的 处理能力不够强，则有可能因处理机忙不过来而使某些实时 任务不能得到及时处理， 从而导致发生难以预料的后果。假 定系统中有m个周期性的硬实时任务，它们的处理时间可表 示为Ci，周期时间表示为Pi，则在单处理机情况下，必须满足 下面的限制条件：
3.3.2 实时调度算法的分类
1. 非抢占式调度算法 (1) 非抢占式轮转调度算法。 (2) 非抢占式优先调度算法。
第三章 处理机调度
第三章 处理机调度
2. 抢占式调度算法 (1) 基于时钟中断的抢占式优先权调度算法。
(2) 立即抢占(Immediate Preemption)的优先权调度算法。
在刚开始时(t1=0)，A1必须在20ms时完成，而它本身运行 又需 10 ms，可算出A1的松弛度为10ms；B1必须在50ms时完 成， 而它本身运行就需25 ms，可算出B1的松弛度为25 ms， 故调度程序应先调度A1执行。 t2=10 ms，A1完成，A2无需计算
t2=20 ms，A2的松弛度
上节回顾
第三章 处理机调度
1. 高响应比调度算法
动态优先权 响应比 = （等待时间 + 要求服务时间） / 服务时间
2. 多级反馈队列调度算法：抢占式调度
多级队列：队列时间片长递增；新进程进入最上级队列 每级队列：先进先出，时间片机制 时间片完，自动降级 上级队列未空，下级队列不能调度 抢占条件：下级队列进程运行时，上级队列有新进程进入，发生抢占 抢占处理：被抢进程不降级，排到队列末尾，等待剩余时间的完成
m Ci 3. 采用抢占式调度机制
当一个优先权更高的任务到达时，允许将当前任务暂时挂 起，而令高优先权任务立即投入运行，这样便可满足该硬实时 任务对截止时间的要求。但这种调度机制比较复杂。
对于一些小的实时系统，如果能预知任务的开始截止时间， 则对实时任务的调度可采用非抢占调度机制，以简化调度程序 和对任务调度时所花费的系统开销。但在设计这种调度机制时， 应使所有的实时任务都比较小，并在执行完关键性程序和临界 区后，能及时地将自己阻塞起来，以便释放出处理机， 供调 度程序去调度那种开始截止时间即将到达的任务。
第三章 处理机调度
该假如在一个实时系统中，有两个周期性实时任务A和B， 任务A要求每 20 ms执行一次，执行时间为 10 ms；任务B只要 求每50 ms执行一次，执行时间为 25 ms。
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
t
0 20
40
60
80 100 120 140 160
B1
B2
B3
第三章 处理机调度
第三章 处理机调度
2. 最低松弛度优先即LLF(Least Laxity First)算法 该算法是根据任务紧急(或松弛)的程度，来确定任务的优
先级。任务的紧急程度愈高，为该任务所赋予的优先级就愈 高， 以使之优先执行。
一个任务在200ms时必须完成，它本身所需的运行时间有100ms，因此，调度 程序必须在100 ms之前调度执行，该任务的紧急程度(松弛程度)为100 ms。 任务在400 ms时必须完成，它本身需要运行 150 ms，则其松弛程度为 250 ms。
实时进程要求调度
调度实时进程运行
实时进程请求调度 时钟中断到来时
进程 1
进程 2
进程 n
调度时间 (a) 非抢占轮转调度
实时进程
当前进程 调度时间
实时进程
(c) 基于时钟中断抢占的优先权抢占调度
实时进程请求调度 当前进程运行完成
当前进程 调度时间
实时进程
实时进程请求调度 实时进程枪占当前 进程，并立即执行
4. 具有快速切换机制
第三章 处理机调度
(1) 对外部中断的快速响应能力。为使在紧迫的外部事件 请求中断时系统能及时响应，要求系统具有快速硬件中断机构， 还应使禁止中断的时间间隔尽量短， 以免耽误时机(其它紧迫 任务)。
(2) 快速的任务分派能力。在完成任务调度后，便应进行 任务切换。为了提高分派程序进行任务切换时的速度， 应使 系统中的每个运行功能单位适当的小，以减少任务切换的时间 开销。