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本文基于书籍《Operating System#xff1a;Three Easy Pieces》。 中译本#xff1a;《操作系统导论》#xff0c;中译本质量还可以#xff0c;但是英文版后来的更新#xff0c;中文版目前没有进行同步更新#xff08;写下此文的时间是2020年10月#xff09; 1…0 前言
本文基于书籍《Operating SystemThree Easy Pieces》。 中译本《操作系统导论》中译本质量还可以但是英文版后来的更新中文版目前没有进行同步更新写下此文的时间是2020年10月 1 前提铺垫
1.1 进程的设定
我们知道进行进程调度的前提是
硬件和OS的底层能够支持上下文切换这里我们假设已经实现内存中要有就绪态的进程
我们基于第二点再做进一步的假设以简化问题对于已经进入或者即将进入内存的进程我们它们假设
工作时间相同进程同时到达系统一旦开始进程保持运行一直到其完成只使用CPU不使用IO运行时间都是已知的
我先来解释一下这几点假设
第2点意味着有好多个等着被调度进入CPU执行的进程坐等操作系统“翻牌子”第3点意味着进程将会顺序执行而不是我们所知道的快速切换式执行先不要产生反对这将简化一些原理和概念第4点意味着进程的指令没有IO相关的指令只有使用CPU的指令。第1、5点显然这是荒谬的假设进程运行完成前不可能预测未来知道它的运行时间但是这有助于理解概念我们先认可这样的假设
1.2 调度指标周转时间
周转时间 任务完成时间 - 任务到达时间
也就是任务到达系统的时间与任务被执行完的时间之差。这是个性能指标它反应了任务等待 执行的时间。
这里任务到达系统是什么意思进入就绪态吗? 暂时是不清楚待解决。 周转时间为T1 - T0
2 FIFO原理
FIFOFirst In First Out先进先出也可以是FCFSFirst Come First Serve 先来先服务
2.1 算法
我们假设有3个进程A、B和C首先强调进程只能顺序执行让我们充分体会一下先进先出算法的原理。
放宽任务同时到达的条件假设A比B先到一点点B比C先到一点点这样根据FIFO的原理执行顺序应该是
A先执行A执行完B再执行B执行完C再执行
该算法的特点是先到达的任务先执行就像食堂排队一样先来的人应该先买饭这看起来很公平不是吗
我们具体一点举个例子根据前面的假设我们假定
A、B和C的运行时间已知且差不多假设三个任务的执行时间都是10s
因为3个进程几乎同时到达我们假定到达时间 0这样一来三个进程的周转时间为
A10sB20sC30s
平均周转时间10 20 30/3 10s 2.2 缺点护航效应
我们现在将每个任务运行时间差不多的假设放宽假设
A100sB1sC1s
这样一来每个进程的周转时间
A100sB101sC102s
平均周转时间100 101 102/3 101s哦这看起来很糟糕。 B和C使用的资源很少但是却排在重量级的A后面这就是护航效应看来FIFO的算法也并不是看起来那么公平。
这就像你在超市排队结账你只买了包薯片而你前面的人买了个购物车的商品……我们需要更优化的算法之后会提及。
接下来我们使用模拟程序来体验一下FIFO算法。
3 FIFO 实践
我们使用一开始提及的书中的模拟软件来体验一下FIFO算法。
模拟程序链接注意需要使用Linux / UNIX系统。
我们输入
./scheduler.py -p FIFO -j 5 -s 100 -m 30 -c然后我们看见显示你的和我的结果不一样因为这是随机种子数值是随机给出详情需要参考README.md文档
ARG policy FIFO
ARG jobs 5
ARG maxlen 30
ARG seed 100Here is the job list, with the run time of each job: Job 0 ( length 5 )Job 1 ( length 14 )Job 2 ( length 24 )Job 3 ( length 22 )Job 4 ( length 22 )我们看到我们使用FIFO算法生成了5个job每个job都有对应的运行时间并且有编号这里编号其实就代表顺序了因为是FIFO算法。
我们很容易得到一些性能指标是的这非常简单自己算一算然后参考一下答案在刚才的命令后面加上-c就可以。
** Solutions **Execution trace:[ time 0 ] Run job 0 for 5.00 secs ( DONE at 5.00 )[ time 5 ] Run job 1 for 14.00 secs ( DONE at 19.00 )[ time 19 ] Run job 2 for 24.00 secs ( DONE at 43.00 )[ time 43 ] Run job 3 for 22.00 secs ( DONE at 65.00 )[ time 65 ] Run job 4 for 22.00 secs ( DONE at 87.00 )Final statistics:Job 0 -- Response: 0.00 Turnaround 5.00 Wait 0.00Job 1 -- Response: 5.00 Turnaround 19.00 Wait 5.00Job 2 -- Response: 19.00 Turnaround 43.00 Wait 19.00Job 3 -- Response: 43.00 Turnaround 65.00 Wait 43.00Job 4 -- Response: 65.00 Turnaround 87.00 Wait 65.00Average -- Response: 26.40 Turnaround 43.80 Wait 26.40
这里的参考指标有3个分别是
周转时间任务完成时间 - 任务到达时间响应时间任务第一次被执行时间 - 任务到达时间等待时间任务到达后完成前没有运行的时间之和
下面我们来体会一下11100和10011的差别这里不再给出过程直接给答案。
10011
Average -- Response: 67.00 Turnaround 101.00 Wait 67.0011100
Average -- Response: 1.00 Turnaround 35.00 Wait 1.00你可以充分体会到FIFO真的是个有点糟糕的算法……看来先来先服务的方式也不太公平呀再想一下如果排在你前面办理银行业务的人办理时间非常长你是不是抓狂了
4 重要思想
先进先出先来先服务的队列思想这点算法与数据结构的队列有异曲同工之妙底层机制 上层策略思想底层机制允许进行上下文切换进程切换上层策略采用了FIFO算法从而实现了简单的进程调度。
先进先出的算法非常容易理解也非常简单先来的任务就先执行后来的任务需要等着之前的任务执行完再执行依次类推这与你在食堂排队打饭没什么区别。
5 预告进程调度2aSJF短任务优先 算法 原理与实践
既然FIFO会造成护航效应的问题我们就改善一下让短的任务先来执行不就好了~~请看下一篇文章进程调度2aSJF短任务优先 算法 原理与实践
6 模拟软件资源链接
模拟软件Linux下使用的python文件需要阅读README.md知道软件如何使用读者可以自行完成模拟后续的进程调度章节都用的此软件。
