操作系统概念:CPU调度策略与算法
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"CPU调度是操作系统核心功能之一,用于管理计算机的中央处理器(CPU)时间,确保多任务环境下的公平性和效率。本章深入探讨了CPU调度的基本概念、调度标准、算法、多处理器环境下的调度、实时调度、线程调度、操作系统实例、Java线程调度以及算法评估。" 在操作系统中,CPU调度是至关重要的,它决定了哪个进程或线程可以在任何给定时刻获得CPU执行。基本概念包括: 1. **最大CPU利用率**:通过多道程序设计,操作系统可以同时运行多个进程,从而提高CPU的利用率。这是因为即使一个进程在等待I/O操作时,其他进程仍能在CPU上执行。 2. **CPU- I/O执行周期**:进程的执行通常由CPU执行期和I/O等待期交替组成。一个进程可能在完成一段CPU密集型工作后,需要进行I/O操作,如读写数据。 3. **CPU执行期分布**:CPU执行期的时间分布通常呈现出不均匀性,大部分进程的CPU执行期较短,而少数进程可能需要较长的CPU时间。 图5.4展示了进程执行中CPU和I/O操作的交替序列,强调了进程在执行期间会频繁地在CPU和I/O操作之间切换。 图5.5的直方图描绘了CPU执行期的时间分布,显示大多数进程的CPU执行期较短,这提示我们调度算法应考虑这种不均衡性。 接下来,本章还涵盖了: - **调度标准**:如周转时间、响应时间、等待时间等,这些都是衡量调度性能的关键指标。 - **调度算法**:包括先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、高响应比优先(HRRN)、优先级调度等,每种算法都有其优缺点,适用于不同的场景。 - **多处理器调度**:在多核或多处理器系统中,如何有效地分配CPU资源以实现负载平衡和性能提升。 - **实时调度**:在实时系统中,调度必须满足严格的截止期限,这要求特殊的调度策略。 - **线程调度**:线程是进程内的轻量级执行单元,线程调度通常比进程调度更为复杂和快速。 - **操作系统实例**:通过具体的OS示例,如UNIX、Windows等,分析它们的CPU调度策略。 - **Java线程调度**:Java虚拟机(JVM)有自己的线程调度机制,与操作系统调度相互作用。 - **算法评估**:通过实验和理论分析,评估各种调度算法的性能和适应性。 理解这些概念和算法对于优化操作系统性能、提升用户体验和保障系统稳定性至关重要。
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