OSTEP第七章：进程调度：介绍

OSTEP：进程调度：介绍

此系列主要完成操作系统导论（Operating Systems: Three Easy Pieces）的课后作业，还会涉及一些每章总结和感悟，大部分的题目都没有一个标准的答案，有争议和错误的地方欢迎同学们一起讨论。

习题答案

本次作业通过运行scheduler.py来完成。

首先使用-h命令来获取一些使用方法：

yzy@yzy-virtual-machine:~/ostep-homework/cpu-sched$ python3 scheduler.py -h
Usage: scheduler.py [options]

Options:
  -h, --help            show this help message and exit
  -s SEED, --seed=SEED  the random seed
  -j JOBS, --jobs=JOBS  number of jobs in the system
  -l JLIST, --jlist=JLIST
                        instead of random jobs, provide a comma-separated list
                        of run times
  -m MAXLEN, --maxlen=MAXLEN
                        max length of job
  -p POLICY, --policy=POLICY
                        sched policy to use: SJF, FIFO, RR
  -q QUANTUM, --quantum=QUANTUM
                        length of time slice for RR policy
  -c                    compute answers for me

1.SJF：响应时间分别为0，200，400。周转时间分别为200，400，600。

yzy@yzy-virtual-machine:~/ostep-homework/cpu-sched$ python3 scheduler.py -p SJF -l 200,200,200 -c
ARG policy SJF
ARG jlist 200,200,200

Here is the job list, with the run time of each job: 
  Job 0 ( length = 200.0 )
  Job 1 ( length = 200.0 )
  Job 2 ( length = 200.0 )


** Solutions **

Execution trace:
  [ time   0 ] Run job 0 for 200.00 secs ( DONE at 200.00 )
  [ time 200 ] Run job 1 for 200.00 secs ( DONE at 400.00 )
  [ time 400 ] Run job 2 for 200.00 secs ( DONE at 600.00 )

Final statistics:
  Job   0 -- Response: 0.00  Turnaround 200.00  Wait 0.00
  Job   1 -- Response: 200.00  Turnaround 400.00  Wait 200.00
  Job   2 -- Response: 400.00  Turnaround 600.00  Wait 400.00

FIFO:响应时间分别为0，200，400。周转时间分别为200，400，600。

yzy@yzy-virtual-machine:~/ostep-homework/cpu-sched$ python3 scheduler.py -p FIFO -l 200,200,200 -c
ARG policy FIFO
ARG jlist 200,200,200

Here is the job list, with the run time of each job: 
  Job 0 ( length = 200.0 )
  Job 1 ( length = 200.0 )
  Job 2 ( length = 200.0 )


** Solutions **

Execution trace:
  [ time   0 ] Run job 0 for 200.00 secs ( DONE at 200.00 )
  [ time 200 ] Run job 1 for 200.00 secs ( DONE at 400.00 )
  [ time 400 ] Run job 2 for 200.00 secs ( DONE at 600.00 )

Final statistics:
  Job   0 -- Response: 0.00  Turnaround 200.00  Wait 0.00
  Job   1 -- Response: 200.00  Turnaround 400.00  Wait 200.00
  Job   2 -- Response: 400.00  Turnaround 600.00  Wait 400.00

  Average -- Response: 200.00  Turnaround 400.00  Wait 200.00

这两种调度方法对于本题来说，调度顺序是一样的，所以结果也是一样的。

2.SJF：响应时间分别为0，100，300，周转时间分别为100，300，600。

yzy@yzy-virtual-machine:~/ostep-homework/cpu-sched$ python3 scheduler.py -p SJF -l 100,200,300 -c
ARG policy SJF
ARG jlist 100,200,300

Here is the job list, with the run time of each job: 
  Job 0 ( length = 100.0 )
  Job 1 ( length = 200.0 )
  Job 2 ( length = 300.0 )


** Solutions **

Execution trace:
  [ time   0 ] Run job 0 for 100.00 secs ( DONE at 100.00 )
  [ time 100 ] Run job 1 for 200.00 secs ( DONE at 300.00 )
  [ time 300 ] Run job 2 for 300.00 secs ( DONE at 600.00 )

Final statistics:
  Job   0 -- Response: 0.00  Turnaround 100.00  Wait 0.00
  Job   1 -- Response: 100.00  Turnaround 300.00  Wait 100.00
  Job   2 -- Response: 300.00  Turnaround 600.00  Wait 300.00

  Average -- Response: 133.33  Turnaround 333.33  Wait 133.33

FIFO：响应时间分别为0，100，300，周转时间分别为100，300，600。

yzy@yzy-virtual-machine:~/ostep-homework/cpu-sched$ python3 scheduler.py -p FIFO -l 100,200,300 -c
ARG policy FIFO
ARG jlist 100,200,300

Here is the job list, with the run time of each job: 
  Job 0 ( length = 100.0 )
  Job 1 ( length = 200.0 )
  Job 2 ( length = 300.0 )


** Solutions **

Execution trace:
  [ time   0 ] Run job 0 for 100.00 secs ( DONE at 100.00 )
  [ time 100 ] Run job 1 for 200.00 secs ( DONE at 300.00 )
  [ time 300 ] Run job 2 for 300.00 secs ( DONE at 600.00 )

Final statistics:
  Job   0 -- Response: 0.00  Turnaround 100.00  Wait 0.00
  Job   1 -- Response: 100.00  Turnaround 300.00  Wait 100.00
  Job   2 -- Response: 300.00  Turnaround 600.00  Wait 300.00

  Average -- Response: 133.33  Turnaround 333.33  Wait 133.33

这两种调度方法对于本题来说，调度顺序也是一样的，所以结果也是一样的。

3.RR：响应时间分别为0，1，2。周转时间分别为298、499、600。（响应时间有了显著提升，但是平均周转时间提高了）

yzy@yzy-virtual-machine:~/ostep-homework/cpu-sched$ python3 scheduler.py -p RR -l 200,200,200 -c
Final statistics:
  Job   0 -- Response: 0.00  Turnaround 298.00  Wait 198.00
  Job   1 -- Response: 1.00  Turnaround 499.00  Wait 299.00
  Job   2 -- Response: 2.00  Turnaround 600.00  Wait 300.00

  Average -- Response: 1.00  Turnaround 465.67  Wait 265.67

4.对于任务长度按照时间呈升序排列的工作负载，SJF和FIFO会以相同的顺序调度进程，所以会有相同的周转时间。

5.作业长度相同，而且量子长度（这里的量子长度，意思就是RR调度算法中，一个时间片的长度）等于作业长度。

6.除第一个任务以外，后续的任务响应时间会逐渐增加，可使用如下命令模拟测试：

python3 scheduler.py -p SJF -q 1 -l 100,100,100 -c

python3 scheduler.py -p SJF -q 1 -l 200,200,200 -c

python3 scheduler.py -p SJF -q 1 -l 300,300,300 -c

7.响应时间会增加。

假设一个时间片的长度为T，那么第 n 个作业的响应时间为(n - 1) * T，根据等加数列求和公式，可以算出平均响应时间为 (n - 1) * T / 2。

总结与感悟

本章中，进程调度的评价指标为周转时间和响应时间。周转时间为任务完成时间减去任务到达时间。响应时间为首次运行时间减去到达时间。
FIFO为先进先出调度。即根据任务的先后顺序轮流运行。
SJF为最短任务优先调度。即首先运行最短的任务，然后运行次短的任务，并以此类推。
STCF为最短完成时间优先调度。即向SJF中添加抢占，每当新任务进入系统的时候，都会重新选择所有任务中剩余时间最短的运行。
RR为轮转调度。即在一个时间片内运行一个任务，时间片结束后，运行下一个任务。
FIFO、SJF、STCF针对的是周转时间进行优化。RR针对的是响应时间进行优化。
本章中的调度算法，都是在进程的运行时间以及到达时间确定的情况下进行调度的。可是现有的操作系统，大部分情况并不能预测任务运行情况。基于此，下一章的多级反馈队列实现了利用最近的历史预测未来的功能。