处理机调度详解：三级层次与实时调度

"处理机三级调度图-操作系统第三章" 在操作系统中，处理机调度是确保系统高效运行的关键组成部分。处理机调度分为三个层次，旨在优化系统性能，如提高处理机利用率、缩短响应时间以及增强系统吞吐量。下面将详细讨论这些层次以及相关的调度策略。 1. 高级调度（作业调度或长程调度） 高级调度主要负责在外存（通常是磁盘的交换区）和主存之间进行作业的调度。它的任务是选择一组作业调入内存，并为它们创建对应的进程，分配必要的资源。作业可以处于不同的状态，包括作业后备状态（等待执行）、作业提交状态（用户提交到系统）以及作业完成状态。一旦作业被选中，其状态会变为就绪态，加入到就绪队列，等待进一步的调度。 2. 中级调度（也称为记忆调度） 中级调度负责管理内存资源，在主存资源紧张时，将部分进程换出到外存，释放内存空间给其他进程。这样，即使内存中的进程数量超过了实际可用的内存，系统仍能有效地运行。当这些进程需要再次执行时，中级调度会将它们从外存调回内存，恢复其执行状态。 3. 低级调度（进程调度或短程调度） 进程调度是最频繁进行的调度，它决定就绪队列中的哪个进程应该获得处理机。通常有两种调度策略：非抢占式调度和抢占式调度。非抢占式调度一旦将处理机分配给一个进程，就会让它一直执行到完成或主动让出处理机。而在抢占式调度中，如果有一个优先级更高的进程变得可运行，当前进程可能会被暂停，处理机被分配给更高优先级的进程。 调度队列模型和调度准则 调度队列模型描述了不同状态进程的组织方式，例如，有就绪队列、阻塞队列等。调度准则包括公平性、周转时间、响应时间、系统效率等多个因素，根据具体应用需求来确定合适的调度算法。 调度算法是实现调度策略的具体方法，常见的有： - 先来先服务（FCFS） - 最短作业优先（SJF） - 时间片轮转（RR） - 优先级调度 - 多级反馈队列（MLFQ） 实时调度则专注于满足严格的截止期限，适用于那些必须在规定时间内完成的任务。实时调度算法有抢占式和非抢占式，如最早截止时间优先（EDF）和最晚可能截止时间优先（LWLP）。 死锁是操作系统中可能出现的一种情况，多个进程相互等待对方释放资源，导致系统停滞不前。死锁产生的原因包括互斥、占有并等待、无剥夺和循环等待。为了避免死锁，可以采取预防策略，如避免循环等待，限制资源预先分配，或者采用避免策略，如银行家算法。 一旦系统检测到死锁，就需要进行死锁解除，这通常涉及撤销进程、资源剥夺或回滚事务等操作。死锁的检测方法包括资源分配图法和超时机制。 处理机调度是操作系统设计的核心，通过合理调度，可以有效管理资源，保证系统的高效运行和响应用户的请求。理解并掌握不同层次的调度以及相关策略，对于优化操作系统性能至关重要。