抢占式优先权算法
抢占式调度算法
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
第三章 处理机调度
第三章 处理机调度
A1(1 0)
t1
0 t1＝ 0
t2 10 20
B1(2 0)
A2(1 0)
A3(1 0)
t3
t4 t5
t6
30
40 50
60
A4(1 0)
t7
t8
t
70 80
B1(5 )
B2(1 5)
B2(1 0)
图 3-9 利用LLF算法进行调度的情况
第三章 处理机调度
3.5 产生死锁的原因和必要条件
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。
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。
进程调度算法总结
进程调度算法总结所谓进程，简单来说是计算机中的各种任务，那么计算机如何分配系统资源以供这些任务使⽤呢？此篇博客⽬的就是为⼤家整理⼀下⼏种常见进程调度算法。
进度调度就是按照⼀定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列的进程，使之执⾏。
常见的进程调度算法：1、先来先服务和短作业（进程）优先调度算法2、⾼优先权优先调度算法3、基于时间⽚的轮转调度算法下⾯细说：1、先来先服务和短作业优先调度算法1.1、先来先服务调度算法这种调度算法由字⾯意思理解很直观，所谓先来先服务，就是谁先来先服务谁。
结合进程，先来先服务调度算法就是对于优先到达就绪队列的进程采取优先服务的策略，直到该进程运⾏结束或发⽣某事件导致阻塞才放弃处理机。
这种调度算法是⼀种最简单的调度算法，适⽤于作业和进程。
当⽤于作业时，先进⼊后备队列的作业先运⾏。
1.2、短作业（进程）优先调度算法短作业（进程）优先调度算法，是对短作业或短进程进⾏得调度算法。
何为短？就是估计运⾏时间短。
该算法从后备队列或就绪队列选择估计运⾏时间较短的作业或进程，将他们调⼊内存运⾏，直到该进程运⾏结束或发⽣某事件导致阻塞才放弃处理机重新进⾏调度。
2、⾼优先权优先调度算法2.1、优先权调度算法上述所说的两种调度算法，过于简单，当系统中有紧急作业或进程，且不满⾜先进队列或运⾏时间短时，这些作业或进程将很难得到资源。
那么对于这些作业或进程，⼜该怎么办呢？因此，⼜有了优先权调度算法，所谓优先权调度算法，顾名思义就是谁的优先权⾼，谁就西安得到资源得以运⾏。
进⼀步将算法分为以下两种：2.1.1、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。
2.1.2、抢占式优先权算法在这种⽅式下，系统同样是把处理机分配给优先权最⾼的进程，使之执⾏。
优先权调度算法的类型
优先权调度算法的类型
1.非抢占式优先权调度算法：
非抢占式优先权调度算法是指一旦一个进程开始执行，其他进程无法抢占其CPU资源，直到该进程完成或主动释放CPU。
这种类型的优先权调度算法具有简单和易于实现的特点，但容易导致饥饿问题，即一些低优先级的进程可能永远无法执行。
2.抢占式优先权调度算法：
抢占式优先权调度算法允许进程在执行过程中被其他优先级更高的进程抢占CPU资源。
这种类型的优先权调度算法可以有效解决饥饿问题，但实现相对复杂，需要考虑进程状态保存和恢复的问题。
3.静态优先权调度算法：
静态优先权调度算法是在进程创建时就给予每个进程一个优先级，之后不再改变。
这种类型的优先权调度算法适用于优先级相对固定、难以变化的场景。
但是，静态优先权调度算法可能导致低优先级进程无法获得足够的CPU使用时间。
4.动态优先权调度算法：
动态优先权调度算法是根据一定规则和策略不断调整进程的优先级。
这种类型的优先权调度算法可以根据进程的行为和状态来调整优先级，有助于提高系统的性能和公平性。
5.多级队列优先权调度算法：
多级队列优先权调度算法将进程按优先级划分为多个队列，每个队列拥有不同的优先级范围。
进程首先进入最高优先级队列，只有在该队列中
没有可运行的进程时，才会调度下一个优先级较低的队列。
这种类型的优先权调度算法可以根据不同的优先级范围进行调度，提高系统的资源利用率和响应速度。
综上所述，优先权调度算法可以根据是否抢占、是否静态、是否动态以及是否多级队列来进行划分。
不同类型的优先权调度算法在不同的场景下有各自的优势和适用性，选择合适的算法可以提高系统的性能和用户体验。
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。
单片机 优先级调度算法
在单片机系统中，优先级调度算法用于确定在有多个任务同时运行时，哪个任务具有更高的优先级，应该先执行。
这在实时系统和嵌入式系统中非常重要，因为这些系统通常需要对任务的响应时间和执行顺序进行精确控制。
以下是一些常见的单片机优先级调度算法：1. 固定优先级调度（Fixed Priority Scheduling）：- 每个任务被分配一个固定的优先级，由开发者在设计时确定。
- 任务按照它们的优先级进行调度，具有更高优先级的任务将在具有较低优先级的任务之前执行。
2. 轮转法（Round Robin Scheduling）：- 每个任务都有一个时间片（time slice）或执行时间的最大限制。
- 任务按照轮流的方式执行，每个任务在分配的时间片内运行，然后切换到下一个任务。
- 如果一个任务在其时间片结束之前未完成，它将被放回队列，等待下一个时间片。
3. 最短剩余时间优先（Shortest Remaining Time First，SRTF）：- 每个任务都有一个估计的执行时间。
- 在每个调度点，选择剩余执行时间最短的任务来执行。
- 这是一种抢占式调度算法，可能会在执行过程中切换到更紧急的任务。
4. 最早截止期限优先（Earliest Deadline First，EDF）：- 每个任务都有一个截止期限。
- 在每个调度点，选择截止期限最早的任务来执行。
- 这是一种抢占式调度算法，适用于实时系统，确保截止期限更早的任务先执行。
5. 多级队列调度（Multilevel Queue Scheduling）：- 将任务分为多个队列，每个队列有不同的优先级。
- 任务按照其优先级放置在相应的队列中，每个队列可以采用不同的调度算法。
- 任务可以在队列之间移动，例如，根据它们的执行历史或其他因素。
选择合适的调度算法取决于系统的需求和性能要求。
实时系统通常需要更为精确和可预测的调度，而通用用途的系统可能更关注性能和资源利用率。
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。
剥夺式优先级调度算法
剥夺式优先级调度算法
剥夺式优先级调度算法（也称为抢占式优先级调度算法）是一种操作系统中用于进程调度的策略。
在这个算法中，系统将所有进程按照优先级排序，优先级高的进程获得CPU执行权的概率更高。
具体运行过程如下：
1. 每个进程都有一个优先级属性。
2. 当有多个进程等待CPU时，系统会选择优先级最高的进程投入运行。
3. 如果在运行过程中，有一个优先级更高的进程到达就绪队列，那么系统会立即停止当前正在运行的低优先级进程，并把CPU分配给新到达的高优先级进程，这就是“剥夺”或“抢占”的含义。
4. 进程在执行过程中，其优先级可能会发生变化，例如，有的系统会根据进程等待时间来动态调整优先级，防止优先级过高的进程长期占用CPU导致低优先级进程饥饿。
这种算法可以有效保证重要性较高的进程得到及时响应，提高了系统的响应速度和效率。
然而，如果设计不当，可能导致低优先级进程长时间得不到执行，即发生“进程饥饿”现象。
因此，在实际应用中，往往会对该算法进行改进，比如设置优先级aging（老化）机制等。
嵌入式操作系统_第3章 处理机调度
短作业优先调度算法的特点
算法调度性能较好，
例如上例中，
先来先服务
短作业优先
平均周转时间
2.8
2.45
平均带权周转时间
5.25
3.85
但对长作业不利，未考虑作业的紧迫程度， 运行时间为估计。
调度算法
先来先服务调度算法 短作业（进程）优先调度算法 时间片轮转调度算法 优先权调度算法 最高响应比优先调度算法 多级队列调度算法
抢占方式
抢占方式：又称剥夺方式、可剥夺方式。这 种调度方式是指允许调度程序根据某种原则 去停止正在执行的进程，将已分配给该进程 的处理机重新分配给其他进程。
高级调度主要用于多道批处理系统中，在分 时和实时系统中不设高级调度。
2.中级调度
中级调度又称内存调度，其功能是将内存中 暂时不用的信息移到外存，以腾出空间给内 存中的进程使用，或将需要的信息从外存读 入内存。
引入中程调度的目的是提高内存利用率和系 统吞吐量。
中级调度的运行频率介于两者之间。
事 件 出 现
时间片完 就绪 队列 阻塞队列
进程调度
进程完成 CP U
等待事件
3.2.2 选择调度算法的准则
由于操作系统的类型及目标不同，因此选择 的调度算法也不同。
选择调度算法有以下准则：
面向系统的准则 面向用户的准则
面向用户的准则
周转时间短：指从作业提交到作业完成的时 间间隔。
微机不太重要。
周转时间
作业的周转时间是指从作业提交到作业完 成之间的时间间隔。
平均周转时间是指多个作业的周转时间的 平均值。ｎ个作业的平均周转时间：
T =（T1＋T2＋ … ＋Tn）／n（Ti为作业ｉ 的周转时间）
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3.1.2 调度队列模型
不同OS对高级、中级和低级调度的选取形成了不同的
调度队列模型，共有3种类型。 1.仅有进程调度的调度队列模型
2. 具有高级和低级调度的调度队列模型
3. 同时具有三级调度的调度队列模型
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时间片到
作业调度 就绪队列 作业 交互式用户
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① ②
③
④
提交状态：作业在输入设备上并准备进入外存输入井前 的状态。用户作业通常包括：程序、数据和作业说明书 后备状态：由SPOOLing输入程序输入到外存输入井中， 为其建立作业控制块（JCB），并将JCB插入到后备作 业队列中的状态 运行状态：作业被作业调度程序选中，由外存输入井调 入到内存，为其分配了所需的资源并建立了进程，此时 作业就进入到运行状态。 完成状态：当作业正常结束或异常终止时，就进入完成 状态。由作业调度程序做收尾工作：撤销JCB、回收分 给该作业的系统资源等。
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4、进程调度方式
非抢占方式（Nonpreemptive）：在这种调度方式下， 一旦一个进程被选中运行，它就一直运行下去，直到它 运行结束并自愿放弃CPU，或者因等待某一事件而被阻 塞或终止时为止，才把CPU出让给其他进程，即得到 CPU的进程不管运行多长时间，都一直运行下去，不会 因为当前进程以外的原因而被迫让出CPU。
高级调度又称为作业调度或宏观调度或长程调度（多 道批处理系统需要作业调度；分时系统和实时系统一般
不需要高级调度。 ）
2. 中级调度(Intermediate-Level Scheduling) 引入中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和
系统吞吐量。
3.低级调度(Low Level Scheduling) 低级调度又称进程调度或微观调度或短程调度
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先来先服务（FCFS）调度算法效率举例
表注：周转时间=完成时间-到达时间；带权周转时间=周转时间/服务时间 这两个时间都是越小越好！
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2、短作业/进程（SJF/SPF）优先调度算法
① 适应范围：适应作业调度和进程调度。SJF/SPF算法以进入系统的 作业/进程所要求的CPU时间为标准，总选取估计计算时间最短的 作业/进程投入运行。 ② 算法特点：算法易于实现，效率不高；忽视长作业等待时间，会 出现饥饿现象；不考虑紧迫作业/进程的需求；长短时间人为估计， 不可靠，会出现以长乱短。 SPF算法类型：抢占或非抢占式。抢占式SPF调度算法在新进程进 入就绪队列时，将其运行时间与当前进程的剩余运行时间相比， 若更短时，可抢占CPU；非抢占式SPF算法允许当前运行进程先执 行直到释放CPU为止。可抢占SPF调度有时称为最短剩余时间优先 （shortest-remaining-time-first）调度。
截止时间是指系统为处理某事件/任务必须开始执行
的最迟时间，或必须完成的最迟时间。 ④ 优先权准则：批处理、分时和实时系统中的调度算
法都应该遵循的原则。这种调度思想就是“急事急
办”，优先权高者为急。
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2.
① 系统吞吐量高：评价批处理系统整体性能的重要指
标。吞吐量是指单位时间内系统所完成的作业数。 作业调度算法对系统吞吐量有直接影响，选择确定 时应考虑这一准则。 ② 处理机利用率好：CPU的利用率是衡量大中型系统 性能的重要指标。 ③ 各类资源的平衡利用：选择适当调度算法，保证各 种资源的利用都处于忙碌状态。
进程调度
进程完成 CP U
调入 就绪挂起队列
挂起调出 事件出现
阻塞挂起队列
中级调度
挂起调出 阻塞队列 等待事件
事件出现
具有三级调度时的调度队列模型
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3.1.3 选择调度方式和调度算法的若干准则 1. 面向用户的准则
① 周转时间短：周转时间是指作业从提交给系统开始，到作业完 成为止所消耗的时间。常用于衡量系统性能、作业调度算法的 优劣的重要指标。
第三章 处理机调度与死锁
3.1 处理机调度的基本概念 3.2 调度算法
3.3 实时调度
3.4 多处理机系统中的调度 3.5 产生死锁的原因和必要条件 3.6 预防死锁的方法 3.7 死锁的检测与解除
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3.1 处理机调度的基本概念 作业的状态及其转换 ① 批处理系统才有作业的概念，分时系统没有 作业的概念； ② 作业的状态分为：提交、后备、运行和完成
i 1 可把平均周转时间描述为： T Ti n i 1
作业的周转时间T与系统为它提供服务的时间TS之比，即W=T/TS，称 为带权周转时间，而平均带权周转时间则可表示为:
1 n Ti W n i 1 TSi
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② 响应时间快：分时系统性能的主要评价指标。响应 时间指用户从键盘键入一个命令开始，到系统首次 给出响应信息为止这段时间。 ③ 截止时间的保证：评价实时系统性能的重要指标。
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作业的状态及其转换
作业调度程序
SPOOLing 程序
运行 进程调度 程序
内存
提Hale Waihona Puke 输入设 备后备 外存输 入井
就绪
阻塞
完成
就绪
中级调度 外存
阻塞
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3.1.1 处理机调度的层次
在多道批处理系统中，一个作业可能需要经历三级调度：
1. 高级调度（High Scheduling)
引起调度的原因：1）当前进程运行结束或发生某事件 而终止；2）当前进程因提出I/O请求而阻塞；3）进程 之间通信或同步而由于执行原语而等待。
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抢占方式（Preemptive）：抢占方式允许调度程序根 据某种策略中止当前进程的执行，将其移入就绪队列， 并将处理机分派给另一个进程使之投入运行。 抢占原则：1）优先权原则：允许高优先权进程抢占低 优先权的CPU；2）短作业原则：允许短进程抢占长进 程的处理机；3）时间片原则：分时系统中的当前进程， 若时间片规定的时间用完，不管是否运行结束，都要立 即中止放到就绪队列中，再将CPU分派给其它进程。
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3.2
调度算法
1、先来先服务（FCFS）调度算法
适应范围：适应作业调度和进程调度；
调度过程：FCFS用于作业（进程）调度时，从后备（就 绪）队列中选择若干或一个先到来的作业（进程）投入 运行。进程在分派到CPU进入运行过程中，只有当进程 运行结束或因某事件发生而被阻塞才放弃CPU。 算法特点：算法容易实现，但效率不高；只顾及作业等 候时间，没考虑作业要求服务时间的长短，不利于短作 业而优待了长作业(CPU繁忙型作业)；作业调度不分轻重 缓急，人人平等；FCFS为非抢占式调度。