【操作系统】进程调度(4):I/O、不可预测的运行时间

0 前言

上一篇文章:进程调度(3):RR(轮转) 算法 原理与实践

1 前提铺垫

与上一篇同。

2 引入I/O操作

之前我们一直提及的是计算密集型程序,现在我们的程序可以进行I/O交互了,它会发起I/O请求,比如向磁盘发起请求获取数据。

这个时候,我们之前的算法会发生怎样的变化呢?我们来探索一下!

2.1 进程的三状态模型

  • Ready:就绪态
  • Running:运行态
  • Waiting:阻塞态 / 等待

最后还有一个DONE,代表执行完成,我们看一下其定义:

RUNNING - the process is using the CPU right now
READY   - the process could be using the CPU right nowbut (alas) some other process is
WAITING - the process is waiting on I/O(e.g., it issued a request to a disk)
DONE    - the process is finished executing

之前我们的计算密集型程序,仅仅使用CPU,没有Waiting状态,不过现在有了!

2.2 傻等:糟糕的资源利用方式

我们看一看一个向磁盘发起IO请求的程序,将会如何执行。

我们先假定其采用FIFO策略顺序执行吧!

  • A:每在CPU执行10s,就发起IO请求,IO耗时10s,之后再在CPU执行10s,发起IO,共循环3次。
  • B:运行时间30s,100%使用CPU,不发起IO请求。

假定A比B先到达一点点。
在这里插入图片描述
它的执行就成了这样,注意红色箭头部分,CPU是空闲的!OMG!CPU空闲了30s!如此昂贵的CPU空闲30s……这真是太糟糕了。

2.3 重叠:高效利用资源

既然B执行30s,为什么不在空闲的时候执行B呢?反正我们拥有上下文切换机制!

在这里插入图片描述
这看起来棒多了,A和B重叠了起来!CPU没有被浪费,系统的整体性能也提高了,之前100s做的现在70s完成了!

3 不可预测的运行时间

3.1 无法预知的未来

之前我们的假设是任务运行时间已知,但是这怎么可能?我们不可能在程序运行前,就知道它将会运行多久……这很荒谬不是吗?那怎么办?

3.2 以史为鉴:预测时间

我们将会使用以史为鉴的方式,估计运行时间,也就是基于该程序之前运行时间的历史情况,估算一下,这听起来还有点靠谱了!具体实现先不谈,之后再说。

3.3 思想贯通:CPU流水线的分支预测

CPU流水线,是硬件,也有类似的技术,就是分支预测,更著名的是动态分支预测,这这很棒!我想之后软硬件的预测思想可以结合起来理解,达到融会贯通。

4 预告:进程调度(5)MLFQ(多级反馈队列)算法 原理与实践

之前我们的算法,无法同时兼顾周转时间和响应时间,那么,何不将二者的优点结合? 这也就是接下来我们做的事情。

5 模拟软件链接

点击此处,在Linux可以运行模拟软件,请阅读README.md文档,然后进行软件的使用。

此模拟软件可以充分体会多进程运行时候的转换,体会IO引入程序之后带来的重叠使用方式。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/384672.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

【计算机系统设计】重点 · 学习笔记(0)

HDL等硬件描述语言,例如Verilog,是并行的,而不像软件一样的顺序执行的,例如很多的always块,initial块,都是并行的,他们会转换为硬件电路,而在仿真的时候,他们也是并发执行…

【计算机系统设计】学习笔记(1)03,04

疑问:sw和lw指令,获取的地址不是4的整倍数(字节不对齐)的时候,应该如何处理? 东南大学MOCC 计算机系统综合设计 03 03-1 寄存器 介绍了MIPS寄存器,32个寄存器的基本功能和使用,注…

【期末考试】计算机网络、网络及其计算 考试重点

个人简介:Java领域新星创作者;阿里云技术博主、星级博主、专家博主;正在Java学习的路上摸爬滚打,记录学习的过程~ 个人主页:.29.的博客 学习社区:进去逛一逛~ 计算机网络及其计算 期末考点 🚀数…

【计算机系统设计】学习笔记(2)

5.1 对于CPU与外界的读写,只有load和store指令能够做,所以很多情况下,直接通过bypass跳过去了,或者闲置,尤其对于流水线,更应该直接跳过而不是闲置(如何设计?)。 另一方面&#xf…

【计算机系统设计】重点 · 学习笔记(1)(资源消耗)

这一点先浅显理解,就好比我要造一个楼 我是用现成的材料造节省?还是需要用XX材料,但是XX材料还需要现成材料造呢? 这也不一定,但是基本来说,如果使用现有资源,能够直接用,那其实是最好不过的…

【计算机系统设计】重点 · 学习笔记(0)(数据通路设计思想)

重点1:05.1 设计思想 设计思想至关重要,这决定了你能不能自己根据ISA设计出来CPU架构,而不是只是抄别人的,也决定你能不能完成自己的设计更优化的架构。 描述方式约定 6 数据通路 ≠ Verilog代码 我们构建的数据通路&#…

【计算机系统设计】实践笔记(1)数据通路构建:取指部件分析

0 核心思想 根据指令功能,分析出需求,从而得出需要的部件、控制信号以及其他设计。 1. 针对的指令 取指阶段,针对所有指令,任何指令都需要进行取指。 2 功能(需求)分析 CPU的内部采用的是字节编址&…

【计算机系统设计】实践笔记(2)数据通路构建:第一类R型指令分析(1)

0 回顾 上一次实践笔记(0)我们实现了一个最简单的,能够每个上升沿4的PC。 我们最需要关注的就是器件功能的独立性,避免内外功能混杂,同时一定要注意脑中有电路(RTL级描述的抽象电路而不是实际的门级电路&…

接口的抽象与实现(概述)

概述 我们先建立一个整体的接口格局观,建立知识地图,了解接口的大概面貌。 整体来说,就这点事儿,4个箭头代表了所有! 三个器件4个箭头 把这几个都想明白,就完事儿了。 第一层(顶层&#xf…

从功能层次,阐述CPU、接口和外设之间的交互

我们从功能抽象层次,阐述一下CPU、接口芯片和外设之间的交互情况: 三个器件4个箭头 我们依次将其描述清楚。 数据 箭头①和③ CPU给接口可以发送数据,然后接口暂存数据,之后再发给外设,这就是数据缓冲。 发送的数…

Vivado工程文件分类

只需要在创建的时候,选择自定义路径即可,最好在原有的new文件夹下新建文件夹。 至于路径的匹配,可以自己试试,在原有默认new下创建文件夹,选中新的文件夹后,内部的Verilog文件可以访问外部new文件夹的文件&…

【微机原理与接口技术】具体芯片(1)并行接口8255A(1):全局观

并行接口8255A 首先,它是传输并行数据的,与CPU一样,然后,它是可编程的,也是多功能的,CPU可以对其进行一些控制。 管脚 先从最宏观层面分类 一部分引脚与外设相连一部分引脚与CPU相连GND和Vcc 注意&…

【算法】【殊途同归】搜索算法之(深度优先 || 广度优先) (约束条件 || 限界函数)

对于所谓的分支限界法和回溯法,我们完全可以更加灵活,请看表格。 深度优先广度优先约束条件限界函数算法策略√√回溯法局部判定√√√分支限界法局部判定√√√加限界的回溯法局部判定√枚举法全局判定√枚举法全局判定 前两种是我们常见的&#xff0c…

【算法】学习笔记(0):算法初探(逻辑抽象 + 示例 + 代码实现)

什么是算法? 人生皆算法,算法的本质,是解决问题的方法,遇到问题,寻找答案,解决问题,是作为一个人,一生都在做的事情。 算法是人类思维的产物,是解决问题的方案,并且&a…

【Verilog】数据流建模传输问题:赋值传输有方向

这次,我们说明的是,assign语句实现的数据流建模,包含的是两个层面 建立联系传输方向 assign A B的本质含义是 A与B建立关联B的值传给A 这个传输方向至关重要,实际情况是什么,就必须按照顺序进行,不是单…

【计算机系统设计】实践笔记(2)数据通路构建:第一类R型指令分析(2)

待办事项 时钟频率高,取指周期长,远大于执行周期,如何处理? 不可综合逻辑的处理 接上一篇 【计算机系统设计】实践笔记(2)数据通路构建:第一类R型指令分析(1) 8.2 ALU运…

【计算机系统设计】实践笔记(2)插叙:综合与实现

接上一篇文章的第10节 之前完成了功能仿真,下面我们进行综合实现。 10.1.1 综合 综合成功。 实现试试 这真是令人悲伤……找Bug吧。 我们看看综合后的门级网表。 发现综合后的并不是我们想要的……看了看可能是综合的目录错误,我们再试试。 不是这…

【电路原理】学习笔记(1):电路模型的基本变量

上一讲说到了电路模型,这一电路的抽象,现在我们看看它的基本组成。 1 电流 1.1 概念 对于一根管道,它能够流通电荷,定向移动就形成了电流。 单位时间t内,,某一横截面,穿过电荷量是q&#xf…

【电路原理】学习笔记(0):电路与电路模型

东北大学电路原理MOOC 电路原理的核心点:研究电路模型 我们实际看见的,是真实电路 我们高中学的,是电原理图 现在,我们要研究的是电路模型,它是实际电路的抽象模型,并且是理想化的。 对于电路模型&#…