排程程式

當計算機系統是多道程式設計系統時，通常就會有多個程序或執行緒同時競爭 CPU。只要有兩個或更多的程序處於就緒狀態，這種情形就會發生。如果只有一個 CPU 可用，那麼就必須選擇下一個要執行的程序。在作業系統中，完成選擇工作的這一部分稱為排程程式，該程式使用的演算法稱為排程演算法。

程序行為

• CPU 密集型程序
• I/O 密集型程序

何時排程

1. 在建立一個新程序之後，需要決定是執行父程序還是執行子程序。（任意決定，排程程式可以選擇）
2. 在一個程序退出時必須所處排程決策。
3. 當一個程序阻塞在 I/O 和訊號量上或由於其他原因阻塞時，必須選擇另一個程序執行。
4. 在一個 I/O 中斷髮生時，必須做出排程決策。

排程模式

• 搶佔式
• 非搶佔式

排程演算法的分類

• 批處理
• 互動式
• 實時

排程演算法的目標

• 所有系統
  • 公平——給每個程序公平的 CPU 份額
  • 策略強制執行——保證所有規定的策略被執行
  • 平衡——保持系統的所有部分都忙碌
• 批處理系統
  • 吞吐量——每小時最大作業數
  • 週轉時間——從提交到終止間的最小時間
  • CPU 利用率——保持 CPU 始終忙碌
• 互動式系統
  • 響應時間——快速響應請求
  • 均衡性——滿足使用者期望
• 實時系統
  • 滿足截止時間——避免丟失資料
  • 可預測性——在多媒體系統避免品質降低

批處理系統中的排程

1. 先來先服務
2. 最短作業優先
3. 最短剩餘時間優先

互動式系統中的排程

1. 輪轉排程
2. 優先順序排程：在各個優先順序類中使用輪轉排程
3. 多級佇列：屬於最高優先順序類的程序執行一個時間片，次高執行2個，再次執行4個。。。
4. 最短程序優先：根據程序過去的行為程序預測，並執行估計執行時間最短的那個，可以和之前的執行時間做加權和來預測
5. 保證排程：確保 n 個程序中每個程序佔用 CPU 的時間約為 1/n
6. 彩票排程：反應迅速，所有的程序都是平等的，但是可以給更重要的程序額外的彩票
7. 公平分享排程：以程序的所有者均分 CPU 時間而不論程序數目

實時系統中的排程

• 分類1：
  • 硬實時：必須滿足絕對的截止時間
  • 軟實時：雖然不希望偶爾錯失截止時間，但是可以容忍
• 分類2：
  • 週期性：事件以規則的時間間隔發生
  • 非週期性：事件發生的時間不可預知
• 分類3：
  • 靜態排程：在系統開始執行前作出排程決策
  • 動態排程：在執行過程中進行排程決策

1. 最小延誤排程
2. 優先順序排程
3. 速率單調排程
4. 最早截止優先排程
5. 成比例分享排程
6. POSIX 實時排程

執行緒排程

• 核心級執行緒
• 使用者級執行緒

使用者級執行緒和核心級執行緒之間的差別在於效能。
使用者級執行緒可以使用專門為應用程式定值的執行緒排程程式。