搶占式調(diào)度RESUMEREPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARY目錄CONTENTS搶占式調(diào)度的定義搶占式調(diào)度的基本原理搶占式調(diào)度的實現(xiàn)方式搶占式調(diào)度的優(yōu)缺點搶占式調(diào)度與其他調(diào)度的比較搶占式調(diào)度的應(yīng)用實例REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME01搶占式調(diào)度的定義搶占式調(diào)度是一種操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法，它允許高優(yōu)先級的任務(wù)中斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級任務(wù)，從而確保高優(yōu)先級任務(wù)能夠及時得到執(zhí)行。定義優(yōu)先級搶占高優(yōu)先級的任務(wù)可以打斷低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行，開始執(zhí)行高優(yōu)先級任務(wù)。非合作性低優(yōu)先級任務(wù)無法通過合作方式獲得更多執(zhí)行時間，只能等待高優(yōu)先級任務(wù)完成后才能繼續(xù)執(zhí)行。時間片輪轉(zhuǎn)對于同優(yōu)先級的任務(wù)，通常采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行調(diào)度，即每個任務(wù)執(zhí)行一定時間后自動切換到下一個任務(wù)。特點搶占式調(diào)度適用于實時系統(tǒng)、高優(yōu)先級任務(wù)需要得到快速響應(yīng)的場景，如航空航天、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域。在這些場景中，高優(yōu)先級任務(wù)的及時響應(yīng)對于保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性至關(guān)重要。適用場景REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME02搶占式調(diào)度的基本原理調(diào)度策略先來先服務(wù)（FCFS）按照作業(yè)到達(dá)的順序進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級相同的情況下，先到達(dá)的作業(yè)先被執(zhí)行。優(yōu)先級調(diào)度根據(jù)作業(yè)的優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級高的作業(yè)先被執(zhí)行。最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）優(yōu)先執(zhí)行預(yù)計執(zhí)行時間最短的作業(yè)，以提高系統(tǒng)吞吐量。時間片輪轉(zhuǎn)將系統(tǒng)中的作業(yè)按照到達(dá)順序排列，每次從隊列頭部取出一個作業(yè)執(zhí)行，執(zhí)行完畢后重新放入隊列尾部，按照順序繼續(xù)執(zhí)行下一個作業(yè)。優(yōu)先級調(diào)度靜態(tài)優(yōu)先級在作業(yè)調(diào)度時，根據(jù)作業(yè)的類型、重要程度等因素，為作業(yè)分配一個固定的優(yōu)先級。動態(tài)優(yōu)先級在作業(yè)執(zhí)行過程中，根據(jù)作業(yè)的狀態(tài)和系統(tǒng)負(fù)載情況，動態(tài)調(diào)整作業(yè)的優(yōu)先級。時間片的長度對系統(tǒng)性能和響應(yīng)時間有較大影響，需要根據(jù)實際情況選擇合適的時間片長度。時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度需要進(jìn)行頻繁的上下文切換，需要關(guān)注上下文切換的開銷對系統(tǒng)性能的影響。時間片輪轉(zhuǎn)上下文切換開銷時間片長度選擇短作業(yè)優(yōu)先短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法根據(jù)作業(yè)的長度進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先執(zhí)行長度最短的作業(yè)。該算法可以減少作業(yè)的平均等待時間和平均周轉(zhuǎn)時間，提高系統(tǒng)吞吐量。REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME03搶占式調(diào)度的實現(xiàn)方式當(dāng)一個進(jìn)程的時間片用完時，系統(tǒng)會強制剝奪該進(jìn)程的CPU，將其從運行狀態(tài)切換到就緒隊列。時間片耗盡根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級的高低，優(yōu)先級高的進(jìn)程可以搶占優(yōu)先級低的進(jìn)程的CPU。優(yōu)先級調(diào)度當(dāng)系統(tǒng)中存在多個等待運行的進(jìn)程時，優(yōu)先選擇運行時間較短的進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。短作業(yè)優(yōu)先搶占式調(diào)度的時機進(jìn)程在運行狀態(tài)時，可以被其他進(jìn)程搶占。運行狀態(tài)當(dāng)一個進(jìn)程等待一定時間后仍未獲得CPU，系統(tǒng)將其狀態(tài)切換為就緒狀態(tài)，此時可以被其他進(jìn)程搶占。就緒狀態(tài)當(dāng)進(jìn)程等待某個事件發(fā)生（如I/O操作）時，系統(tǒng)將其狀態(tài)切換為阻塞狀態(tài)，此時不能被搶占。阻塞狀態(tài)搶占式調(diào)度的條件判斷條件系統(tǒng)會根據(jù)一定的判斷條件（如時間片耗盡、優(yōu)先級高低等）來決定是否進(jìn)行搶占。選擇新進(jìn)程根據(jù)調(diào)度算法（如時間片輪轉(zhuǎn)、短作業(yè)優(yōu)先等），系統(tǒng)選擇一個新的進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。保存上下文在搶占之前，系統(tǒng)需要保存被搶占進(jìn)程的上下文信息（如寄存器狀態(tài)、內(nèi)存指針等），以便將來能夠恢復(fù)其執(zhí)行?；謴?fù)上下文將新進(jìn)程的上下文信息加載到CPU中，使其能夠開始執(zhí)行。搶占式調(diào)度的過程REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME04搶占式調(diào)度的優(yōu)缺點資源利用率高由于高優(yōu)先級任務(wù)可以搶占低優(yōu)先級任務(wù)，資源可以得到更有效的利用，避免了資源的浪費。響應(yīng)速度快由于高優(yōu)先級任務(wù)可以更快地得到處理，因此系統(tǒng)對外部請求的響應(yīng)速度也更快。高優(yōu)先級任務(wù)優(yōu)先處理搶占式調(diào)度能夠確保高優(yōu)先級的任務(wù)得到優(yōu)先處理，從而滿足實時性要求高的場景。優(yōu)點可能導(dǎo)致任務(wù)饑餓如果高優(yōu)先級任務(wù)持續(xù)不斷地被調(diào)度，低優(yōu)先級任務(wù)可能會永遠(yuǎn)得不到處理，從而導(dǎo)致任務(wù)饑餓。難以確定合適的優(yōu)先級合理的優(yōu)先級設(shè)置是搶占式調(diào)度的關(guān)鍵，但實際上確定任務(wù)的優(yōu)先級可能非常困難。低優(yōu)先級任務(wù)等待時間長由于高優(yōu)先級任務(wù)可以搶占低優(yōu)先級任務(wù)，低優(yōu)先級任務(wù)可能需要等待很長時間才能得到處理。缺點實時性要求高的場景對于實時性要求高的場景，如通信協(xié)議中的數(shù)據(jù)包處理、實時控制系統(tǒng)等，搶占式調(diào)度是非常適合的。資源競爭激烈的場景當(dāng)多個任務(wù)競爭同一資源時，搶占式調(diào)度可以確保高優(yōu)先級任務(wù)獲得更多資源，從而提高系統(tǒng)的整體性能。任務(wù)重要程度不同的場景在任務(wù)重要程度不同的場景中，如操作系統(tǒng)中的進(jìn)程調(diào)度、網(wǎng)頁瀏覽器的標(biāo)簽頁調(diào)度等，搶占式調(diào)度可以根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和用戶體驗。適用場景分析REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME05搶占式調(diào)度與其他調(diào)度的比較非搶占式調(diào)度是一種調(diào)度策略，其中一旦任務(wù)開始執(zhí)行，它將繼續(xù)執(zhí)行直到完成，不會被其他任務(wù)中斷。在非搶占式調(diào)度中，任務(wù)的執(zhí)行順序由它們的到達(dá)順序或靜態(tài)優(yōu)先級確定。非搶占式調(diào)度的優(yōu)點是簡單和可預(yù)測，但它不適用于具有不同優(yōu)先級和緊急性的任務(wù)。非搶占式調(diào)度123靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度是一種調(diào)度策略，其中每個任務(wù)都有一個固定的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的任務(wù)將優(yōu)先于優(yōu)先級低的任務(wù)執(zhí)行。靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度適用于任務(wù)到達(dá)順序已知且優(yōu)先級不會改變的情況。靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度的優(yōu)點是簡單和可預(yù)測，但它不適用于具有不同緊急性和動態(tài)優(yōu)先級變化的場景。靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度01動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度是一種調(diào)度策略，其中任務(wù)的優(yōu)先級可以在運行時動態(tài)地改變。02動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度適用于具有不同緊急性和動態(tài)優(yōu)先級變化的場景，例如實時系統(tǒng)和多媒體處理。動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度的優(yōu)點是靈活和適應(yīng)性強，但它需要更多的計算資源和復(fù)雜的調(diào)度算法。03REPORTCATALOGDATEANALYSISSUMMARYRESUME06搶占式調(diào)度的應(yīng)用實例實時操作系統(tǒng)在實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成，因此需要采用搶占式調(diào)度來確保任務(wù)能夠及時響應(yīng)。多任務(wù)處理在多任務(wù)處理環(huán)境中，為了提高系統(tǒng)的整體性能，需要采用搶占式調(diào)度來動態(tài)分配處理器資源，以實現(xiàn)任務(wù)的快速切換和執(zhí)行。操作系統(tǒng)中的搶占式調(diào)度在并行計算框架中，任務(wù)可以同時在多個處理器上執(zhí)行，為了提高并行計算的性能，需要采用搶占式調(diào)度來動態(tài)分配處理器資源，以實現(xiàn)負(fù)載均衡和高效的任務(wù)調(diào)度。并行計算框架在分布式計算系統(tǒng)中，任務(wù)需要在多個節(jié)點上執(zhí)行，為了提高系統(tǒng)的整體性能，需要采用搶占式調(diào)度來動態(tài)分配節(jié)點資源，以實現(xiàn)任務(wù)的快速執(zhí)行和節(jié)點資源的充