操作系统课件6.ppt
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1、第六章 多处理器系统和处理器管理,掌握 多处理器分类 调度的层次 调度算法的性能评价 各种调度算法的基本思想 了解 多处理器硬件组织结构 Windows2000/XP的调度思想,无论是在操作系统控制下执行的程序,还是操作系统程序自己,都最终是要在处理器上执行,以便实现其功能。计算机系统的核心是中央处理器。 如果一个计算机系统只包括一个中央处理器,称之为单处理器系统。 如果有多个中央处理器,则称之为多处理器系统。,6.1 多处理器系统,随着信息和网络技术的发展,进入信息时代,带给计算机领域的一个重要的趋势是越来越普遍的使用多重处理,即配置一个有几个甚至几百个处理器的计算机系统。主要原因是由于人们
2、要求处理的信息越来越庞大,要求具有更高性能更高处理速度的计算机系统。,多处理器系统的优点,可靠性; 高度并行性; 多处理器可增强单处理器计算机系统的能力,而又不比显著增加费用、价格; 建立多重处理,既增强了系统的处理能力,又不必增强完整的额外系统; 多处理器系统提供了重要的灵活性。,多处理器的硬件组织,总线式结构 单总线结构 多总线结构 交叉开关结构 多端口存储器结构,单总线结构,多总线结构,交叉开关式结构,多端口存储器结构,核心:多端口存储器模块,6.2 多处理器系统的分类,多处理器簇(Cluster,又称分布式系统) 多处理器簇是指每个处理器都有自己专用的存储器,每个单元都有自包含的计算机
3、,计算机之间的通信或者经由专用的线路,或者通过网络。 共享存储器的多处理器系统 多个处理器共享公用存储器,每个处理器共享对公用存储器中的程序和数据的访问。 这种多处理器系统常分为: 主从式多处理器结构和对称式多处理器结构,主/从式处理器系统,在主从式处理器系统中,指定一个处理器作为主处理器,其他处理器皆为从处理器,由于处理器地位是不平等的,所以又称为非对称。只有主处理器可运行操作系统,从处理器仅可执行用户程序。,主/从处理器系统的缺点,主处理负载过重; 主处理器故障将引起整个系统故障,可靠性差; 若主处理器不能充分有效地满足从处理器的服务请求,从处理器的利用率会降低。,对称式多处理器系统,系统
4、中有多个处理器,所有的处理器处于同等地位 每个处理器都可以运行操作系统和内核程序处理中断、调度进程等; 每个处理器都同样可以控制I/O设备和系统中其他资源; 系统中所有处理器共享主存储器,没有自己私用的存储器,SMP的组织,处理器,缓存,处理器,缓存,处理器,缓存,存储器,I/O,I/O,6.3 调度的层次,从处理机调度的对象、时间、功能等不同角度,我们可把处理机调度分成不同类型。按照调度的层次,调度可分为三级: 长期调度 按照某种原则从磁盘某些盘区的作业队列和交互作业中选取作业进入主存,并为作业做好运行前的准备工作和作业完成后的善后工作。 中期调度 决定哪些进程被允许参与竞争处理资源。将进程
5、的部分或全部换出到外存上,将当前所需部分换入到内存。 短期调度 按照某种原则将处理器分配给就绪进程或线程,处理机调度的层次,1. 作业调度,作业的状态: 提交状态 作业被提交给机房后或用户通过终端键盘向计算机中键入其作业时所处的状态。 后备状态 作业的全部信息都已通过输入设备输入,并由操作系统将其存放在磁盘的某些盘区中等待运行。 运行状态 作业调度程序选中而被送入主存,并建立进程投入运行。 完成状态 作业完成其全部运行,释放其所占用的全部资源。,作业调度,作业调度由作业调度程序来完成 作业调度时的两个决定 接纳多少个作业: 作业调度每次要接纳多少个作业进入内存,取决于多道程序度。应根据系统的规
6、模和运行速度等因素。 接纳哪些作业: 即应将哪些作业从外存调入内存,这取决于所采用的调度算法。,作业调度程序的功能,按照某种调度算法从后备作业队列中挑选作业 为选中的作业分配主存和外设资源 为选中的作业建立相应的进程 为选中的作业运行时所需的有关表格,如作业表等 作业结束时完成该作业的善后处理作业,选择调度算法时考虑的问题,设计目标 资源利用率 均衡地处理系统和用户地要求 在使用优先级地系统中,每个进程都有一个优先级,调度算法应优先运行高优先级进程 在使用优先数的系统中,调度策略还可分为“可抢占”和“不可抢占”两种方式,调度的性能准则,我们可从不同的角度来判断处理机调度算法的性能,如用户的角度
7、、处理机的角度和算法实现的角度。实际的处理机调度算法选择是一个综合的判断结果。 面向用户的调度性能准则 面向系统的调度性能准则 调度算法本身的调度性能准则,周转时间:作业从提交到完成(得到结果)所经历的时间。包括:在收容队列中等待,CPU上执行,就绪队列和阻塞队列中等待,结果输出等待批处理系统 平均周转时间t 平均带权周转时间(带权周转时间W是 t(周转)/t(CPU执行) 响应时间:用户输入一个请求(如击键)到系统给出首次响应(如屏幕显示)的时间分时系统 截止时间:开始截止时间和完成截止时间实时系统,与周转时间有些相似。 公平性:不因作业或进程本身的特性而使上述指标过分恶化。如长作业等待很长
8、时间。 优先级:可以使关键任务达到更好的指标。,面向用户的调度性能准则,面向用户的调度性能准则,平均周转时间t:,ti = tci - tsi,面向用户的调度性能准则,平均带权周转时间w为: tri为作业i的实际执行时间 一般来说,系统应选择使作业的平均周转时间(或带权周转时间)短的某种算法。因为,作业的平均周转时间越短,意味着这些作业在系统内停留的时间越短,因而系统资源的利用率也就越高。,2. 面向系统的调度性能准则,吞吐量:单位时间内所完成的作业数,跟作业本身特性和调度算法都有关系批处理系统 平均周转时间不是吞吐量的倒数,因为并发执行的作业在时间上可以重叠。如:在2小时内完成4个作业,而每
9、个周转时间是1小时,则吞吐量是2个作业/小时 处理机利用率:大中型主机 各种设备的均衡利用:如CPU繁忙的作业和I/O繁忙(指次数多,每次时间短)的作业搭配大中型主机 3. 调度算法本身的调度性能准则 易于实现 执行开销比,处理器调度的两种方式,非抢占方式: 采用该方式,一旦将处理器分配给某进程后,便让进程一直执行,直到该进程完成和其因等待某事件而阻塞时,才将处理器分配给其他进程。 优点:实现简单,系统开销小 缺点:难以满足紧急任务的要求,处理器调度的两种方式,抢占方式 采用这种方式,允许调度程序根据某种原则停止正在处理器上运行的进程,将处理器重新分配给其他进程。 优点:能满足及时响应紧急任务
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