5-并行计算环境及作业调度
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如何进行高效的并行任务调度和负载均衡在当今高度并发的计算环境中,高效的并行任务调度和负载均衡是实现系统高性能和资源利用率的关键。
本文将介绍并行任务调度和负载均衡的概念及其基本原理,并讨论如何实现高效且可扩展的并行任务管理系统。
一、并行任务调度的概念和原理并行任务调度是指将待执行的任务分配给不同的计算资源,以实现任务的并行执行。
其主要目标是提高任务完成的效率和性能。
并行任务调度的基本原理如下:1.任务分解:将大任务划分为多个小任务,以便并行处理。
任务划分的原则可以根据任务的特点和系统需求进行设计,例如按照任务的类型、数据依赖关系或者任务的复杂度进行划分。
2.资源分配:将任务分配给可用的计算资源,包括多核处理器、分布式计算节点或者云服务器等。
资源分配的策略可以根据资源的性能和负载情况进行动态调整,以实现任务的高效利用。
3.任务调度:根据任务的优先级和执行时间要求,将任务调度到合适的计算资源上执行。
任务调度算法可以采用先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)或者最小剩余时间优先(SRTF)等策略。
二、负载均衡的概念和原理负载均衡是指将系统的负载均匀地分配给不同的计算资源,以实现资源的最大利用率和任务执行的高效率。
其主要目标是避免系统资源的过载和性能瓶颈。
负载均衡的基本原理如下:1.负载监测:实时监测系统的负载状况,包括计算资源的利用率、响应时间、任务队列长度等指标。
负载监测可以通过系统性能指标、传感器数据或者代理节点等方式进行收集和分析。
2.负载分析:根据负载监测的结果,对系统的负载进行分析和预测。
负载分析可以通过数据挖掘、机器学习或者统计分析等方法进行,以判断系统的负载状态和趋势。
3.负载调度:根据负载分析的结果,动态地将负载均匀地分配给可用的计算资源。
负载调度的策略可以采用基于规则的静态调度、基于预测模型的动态调度或者基于反馈控制的自适应调度等方法。
三、高效的并行任务管理系统设计为实现高效的并行任务调度和负载均衡,需要设计一个可靠、可扩展且易于管理的并行任务管理系统。
云计算环境下的资源调度与管理技术随着云计算技术的快速发展,云平台已经成为现代社会中不可或缺的基础设施。
在云计算环境下,资源调度与管理技术起着至关重要的作用。
本文将从不同角度探讨云计算环境下的资源调度与管理技术。
一、背景介绍云计算作为一种新兴的计算模式,为用户提供了按需获取计算资源的能力。
云计算环境下的资源调度与管理技术则是保证云平台高效运行的核心。
资源调度与管理技术的主要任务是合理分配云平台资源,提高资源利用率和性能。
二、资源调度技术在云计算环境下,资源调度技术主要包括任务调度和虚拟机调度两个方面。
1. 任务调度任务调度是指将用户提交的作业或任务分配给可用的计算节点执行的过程。
为了提高任务执行效率,任务调度技术通常考虑以下几个方面:- 任务划分:将大任务分割成小任务,提高并行度和负载均衡;- 任务调度策略:根据任务特点和资源状况,选择合适的任务调度算法,如最短作业优先(SJF)或最佳适应算法;- 数据本地性:优先将任务调度到与数据接近的计算节点,减少数据传输延迟。
2. 虚拟机调度虚拟机调度是指将虚拟机实例分配给物理服务器的过程。
虚拟机调度技术的关键是提高资源利用率和满足用户需求。
常见的虚拟机调度策略包括:- 负载均衡:根据物理服务器的负载情况,将虚拟机均匀分布,以实现资源的最大化利用;- 节能策略:根据负载情况动态调整物理服务器的开启和关闭,以节约能源成本;- 弹性扩展:根据用户需求,自动增加或减少虚拟机实例,满足不同负载要求。
三、资源管理技术资源管理技术主要涉及对云平台中的存储资源、网络资源和安全资源进行有效管理。
1. 存储资源管理存储资源管理的目标是实现高效的数据访问和存储。
资源管理技术可以包括数据冗余备份、数据压缩和数据迁移等。
此外,为了提高存储效率,还可以采用分布式存储系统、大规模文件系统和高速缓存等技术。
2. 网络资源管理网络资源管理的目标是保证云平台的网络性能和可靠性。
资源管理技术可以包括网络负载均衡、带宽分配和拥塞控制等。
计算机操作系统复习知识点汇总第一章绪论1、操作系统的定义、目标、作用1OS是配置在计算机硬件上的第一层软件;是对硬件系统的首次扩充..2OS的主要目标是:方便性;有效性;可扩充性和开放性.3OS的作用可表现为:a. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口;一般用户的观点b. OS作为计算机系统资源的管理者;资源管理的观点c. OS实现了对计算机资源的抽象.2、脱机输入输出方式和SPOOLing系统联机输入输出方式的联系和区别脱机输入输出技术Off-Line I/O是为了解决人机矛盾及CPU的高速性和I/O设备低速性间的矛盾而提出的.它减少了CPU的空闲等待时间;提高了I/O速度.由于程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的;或者说;它们是在脱离主机的情况下进行的;故称为脱机输入输出方式;反之;在主机的直接控制下进行输入输出的方式称为联机输入输出方式联机输入输出技术也提高了I/O的速度;同时还将独占设备改造为共享设备;实现了虚拟设备功能..3、多道批处理系统需要解决的问题处理机管理问题、内存管理问题、I/O设备管理问题、文件管理问题、作业管理问题4、OS具有哪几个基本特征它的最基本特征是什么a. 并发性Concurrence;共享性Sharing;虚拟性Virtual;异步性Asynchronism.b. 其中最基本特征是并发和共享.c. 并发特征是操作系统最重要的特征;其它特征都是以并发特征为前提的..5、并行和并发并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念;并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生;而并发性是指两个或多少个事件在同一时间间隔内发生..6、操作系统的主要功能;各主要功能下的扩充功能a. 处理机管理功能:进程控制;进程同步;进程通信和调度.b. 存储管理功能:内存分配;内存保护;地址映像和内存扩充等c. 设备管理功能:缓冲管理;设备分配和设备处理;以及虚拟设备等d. 文件管理功能:对文件存储空间的管理;目录管理;文件的读写管理以及文档的共享和保护7、操作系统与用户之间的接口a. 用户接口:是给用户使用的接口;用户可通过该接口取得操作系统的服务b. 程序接口:是给程序员在编程时使用的接口;是用户程序取得操作系统服务的惟一途径..第二章进程管理1、进程的定义、特征;进程实体的组成1进程是进程实体的运行过程;是系统进行资源分配的一个独立单位..2进程具有结构特征、动态性、并发性、独立性和异步性..3进程实体由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成..2、进程的三种基本状态及其转换运行中的进程可能具有就绪状态、执行状态、阻塞状态三个基本状态..3、引起进程进入挂起状态的原因如下:a. 终端用户的请求b. 父进程请求c. 负荷调节的需要d. 操作系统的需要具有挂起状态的进程转换图— P394、创建进程的主要步骤a. 为一个新进程创建PCB;并填写必要的管理信息..b. 把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中..5、进程控制块PCB的作用1系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构;存放了用于描述该进程情况和控制进程运行所需的全部信息..2系统利用PCB来控制和管理进程;所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志3进程与PCB是一一对应的为什么说PCB是进程存在的唯一标志在进程的整个生命周期中;系统总是通过其PCB对进程进行控制;系统是根据进程的PCB而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的;所以说;PCB是进程存在的唯一标志..6、进程控制块的组织方式链接方式、索引方式7、原语的定义、组成、作用原语是由若干条指令组成的;用于完成一定功能的一个过程;与一般过程的区别在于:它们是“原子操作”;是一个不可分割的基本单位;在执行过程中不允许中断..原子操作在管态下执行;常驻内存..原语的作用是为了实现进程的通信和控制;系统对进程的控制如不使用原语;就会造成其状态的不稳定性;从而达不到进程控制的目的..8、引起创建进程的事件用户登录、作业调度、提供服务、应用请求9、引起进程终止的事件正常结束、异常结束、外界干预10、引起进程阻塞和唤醒的事件请求系统服务、启动某些操作、新数据尚未到达、无新工作可做11、临界资源和临界区1临界资源是指每次仅允许一个进程访问的资源..属于临界资源的硬件有打印机、磁带机等;软件有消息缓冲队列、变量、数组、缓冲区等..诸进程间应采取互斥方式;实现对这种资源的共享..2每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区Critical Section;不论是硬件临界资源;还是软件临界资源;多个进程必须互斥地对它进行访问..12、同步机制应遵循的规则空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待13、进程通信的类型进程间通信机制包括:共享内存系统、消息传递系统以及管道通信系统..14、线程的定义、属性在多线程OS中;通常一个进程中包含多个线程;每个线程都是作为利用CPU的基本单位;是花费最小开销的实体..线程具有下述属性:1轻型实体—线程中的实体基本上不拥有系统资源;只是有一点必不可少的、能保证其独立运行的资源..2独立调度和分派的基本单位3可并发执行..4共享进程资源..15、进程和线程的比较a. 调度性..在传统的操作系统中;拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程;在引入线程的OS中;则把线程作为调度和分派的基本单位;而把进程作为资源拥有的基本单位;b. 并发性..在引入线程的OS中;不仅进程之间可以并发执行;而且在一个进程中的多个线程之间;亦可并发执行;因而使OS具有更好的并发性;c. 拥有资源..无论是传统的操作系统;还是引入了线程的操作系统;进程始终是拥有资源的一个基本单位;而线程除了拥有一点在运行时必不可少的资源外;本身基本不拥有系统资源;但它可以访问其隶属进程的资源;d. 系统开销..由于创建或撤销进程时;系统都要为之分配和回收资源;如内存空间等;进程切换时所要保存和设置的现场信息也要明显地多于线程;因此;操作系统在创建、撤销和切换进程时所付出的开销将显着地大于线程..16.进程与程序的区别①程序是静态的;进程是动态的;②进程更能真实地描述并发;而程序不能;③进程具有创建其他进程的功能;而程序没有④进程只是一次执行过程;有生命周期;而程序可作为软件资源长期保存;是相对长久的;进程是系统分配调度的独立单位;能与其他进程并发执行;17.进程互斥与同步的基本概念i.进程互斥:由于各进程要求共享资源;而有些资源需要互斥使用;因此各进程间竞争使用这些资源;进程的这种关系为进程的互斥..ii.进程同步:在并发执行过程中;合作完成同一个任务的多个进程;在执行速度或某些时序点上必须相互协调的合作;这种制约性关系叫作进程同步..18、同步机制应遵循的规则空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待19.常用的几种信号量机制整型信号量、记录型信息量、AND型信息量、信号量集..第三章处理机调度1、高级调度与低级调度的区别高级调度又称为作业调度或长程调度;调度对象是作业;作业调度往往发生于一个批作业运行完毕;退出系统;而需要重新调入一个批作业进入内存时;故作业调度的周期长;低级调度又称为进程调度和短程调度;调度物件为进程或内核级线程;进程调度的运行频率最高;是最基本的一种调度;多道批处理、分时、实时三类OS中必须配置这种调度..引入中级调度的主要目的:是为了提高系统资源的利用率和系统吞吐量2、低级调度的功能保存处理机的现场信息、按某种算法选取进程、把处理器分配给进程3、进程调度方式1非抢占方式—实现简单、系统开销小、适用于大多数的批处理系统环境2抢占方式——原则:优先权原则、短作业进程优先原则、时间片原则4、同时具有三级调度的调度队列模型当在OS中引入中级调度后;人们可把进程的就绪状态分为内存就绪和外存就绪;类似的阻塞状态也可以同样划分..5、调度算法▲1、先来先服务FCFS2、短作业进程优先SJFSPF3、高优先权优先4、高响应比优先调度算法HRN..5、时间片轮转法1 要求:掌握算法思想..并能对前4种算法根据算法思想计算周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间;周转时间= 完成时间–到达时间=等待时间+服务时间2 掌握先来先服务、短作业进程优先、高响应优先调度算法三种算法性能评价:a.先来先服务算法即适合于作业调度也适用于进程调度;且算法较为简单;比较适合长作业或长进程不适合短作业或进程..b.短作业进程优先算法;能有效降低作业的平均等待时间;提高系统吞吐量..但该算法与用户做出的估计运行时间有很大的关系;对长作业进程不利;有利于短作业进程..c.高响应比优先调度算法;即照顾了短作业又考虑了长作业到达的先后次序;它不会使长作业长期得不到服务..6 高响应比优先调度算法优先权=等待时间+要求服务时间\要求服务时间响应比=等待时间+要求服务时间/要求服务时间=响应时间/要求服务时间7、最低松弛度优先调度算法即LLF算法该算法是根据任务紧急或松弛的程度;来确定任务的优先级..8、何谓死锁产生死锁的原因和必要条件是什么a.死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局;若无外力作用;这些进程都将永远不能再向前推进;b.产生死锁的原因有二;一是竞争资源;二是进程推进顺序非法;c.必要条件是: 互斥条件;请求和保持条件;不剥夺条件和环路等待条件..互斥条件:一个资源一次只能被一个进程使用..请求和保持条件:保留已经得到的资源;还要求其它的资源..不剥夺条件:资源只能被占有者释放;不能被其它进程强行抢占..环路等待条件:系统中的进程形成了环形的资源请求链..9、处理死锁的基本方法1预防死锁—破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个条件2避免死锁—破坏产生死锁的四个必要条件3检测死锁—通过系统设置的检测机构;及时检测出死锁的发生4解除死锁—撤销或挂起一些进程10、预防死锁的方法a.摒弃"请求和保持"条件b.摒弃"不剥夺"条件c.摒弃"环路等待"条件11、银行家算法▲要求掌握能够根据安全性检测算法;通过查找安全序列来判断某个时刻系统是否处于安全状态..能利用银行家算法来计算:当某进程提出资源请求时;系统是否分配..12、死锁检测掌握死锁定理的概念:当且仅当一组进程某个状态S的资源分配图是不可完全简化的;则说明S状态为死锁状态..知道在进行死锁的检测常用的工具是资源分配图;并通过对资源分配图的化简判断一组进程是否处于安全状态无环..第四章存储管理1、存储器按存储量、速度怎么划分至少应具有三级:最高层为CPU寄存器、中间为主存、最底层为辅存;较高档点的根据具体功能还可细分为:寄存器;高速缓存、主存储器、磁盘缓存;固定硬盘、可移动存储介质等6层..主存储器简称内存或主存:容量一般为数十MB到数GB;其访问速度远低于CPU执行指令的速度..为此引入寄存器和高速缓存;寄存器访问速度最快;价格昂贵;容量不大;高速缓存容量大于或远大于寄存器;从几十KB到几十MB;访问速度快于主存储器..2、程序的装入方式绝对装入方式、可重定位装入方式、动态运行时装入方式3、程序的链接方式分类静态链接、装入时动态链接、运行时动态链接4、对换的定义、分类、实现对换是把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据调到外存上;以便腾出足够的内存空间;再把已具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据调入内存..以整个进程为单位;称为“整体对换”或“进程对换”;以“页”或“段”为单位;分别称为“页面对换”和“分段对换”;又称为“部分对换”为了实现进程对换;系统必须能实现三方面的功能:对换空间的管理、进程的换出;以及进程的换入..6、基本分页存储管理方式重点考查1、分页的基本原理分页存储管理是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片;称为页面或页;将这些页面装入到内存一些不连续的内存块中..若将一个进程的所有页面一次全部装入到内存叫基本分页;若按进程的运行情况分多次部分装入到内存叫请求式分页..由于进程的最后一页经常装不满一块而形成不可利用的碎片;称为页内碎片系统为每个进程建立一张页面映像表;简称页表..页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射..2、分页系统的地址变换机构▲掌握:能根据给定的逻辑地址和页表内容转换出物理地址注意在进行地址变换前要注意判断页号是否越界;并能掌握地址变换机构图..7 、基本分段存储管理方式1、分段存储管理方式的引入原因引入分段存储管理方式;主要是为了满足用户和程序员的一些需要:方便编程、信息共享、信息保护、动态增长、动态链接2、分段系统的基本原理在分段存储管理方式中;作业的地址空间被划分为若干个二维段;每个段定义了一组逻辑信息;逻辑地址由段号和段内地址组成..每个段在表中占有一个表项;其中记录了该段在内存中的起始地址又称为“基址”..段表是用于实现从逻辑段到物理内存区的映射..将一个作业的这些段装入到内存一些不连续的区域中在分段中一个作业获得的地址空间是不连续的;但是每个段获得的空间是连续的..当将一个作业的所有段一次全部装入到内存的是基本分段;若按作业的运行情况分多次部分装入到内存的是请求式分段..在分段中也会出现碎片..8、分段系统的地址变换机构▲掌握:能根据给定的逻辑地址和段表内容转换出物理地址注意在进行地址变换前要注意判断段号和段地位移量是否越界..9、分段和分页的主要区别a. 分页和分段都采用离散分配的方式;且都要通过地址映射机构来实现地址变换;这是它们的共同点;b. 对于它们的不同点有三;第一;从功能上看;页是信息的物理单位;分页是为实现离散分配方式;以消减内存的外零头;提高内存的利用率;即满足系统管理的需要;而不是用户的需要;而段是信息的逻辑单位;它含有一组其意义相对完整的信息;目的是为了能更好地满足用户的需要;c. 页的大小固定且由系统确定;而段长度不固定;决定于用户所编写的程序;d. 分页的作业地址空间是一维的;而分段的作业地址空间是二维的.10、虚拟存储器的特征及其内部关联a. 虚拟存储器具有多次性;对换性和虚拟性三大主要特征;b. 其中所表现出来的最重要的特征是虚拟性;它是以多次性和对换性为基础的;而多次性和对换性又必须建立在离散分配的基础上..11、页面置换算法▲1、先进先出FIFO2、最佳置换算法OPT3、最近最久未使用LRU置换算法4、Clock置换算法5、最少使用LFU置换算法1要求:掌握算法思想、名称缩写..并能对前3种算法根据算法思想计算缺页中断次数和缺页中断率;参考书P150页和作业题..2掌握先进先出FIFO、最佳置换算法OPT、最近最久未使用LRU置换算法的性能评价–先进先出:实现简单;性能最差;与进程实际的运行不相适应;且有可能会出现Belady现象即在未给进程或作业分配它所要求的全部页面时;有时会出现分配给作业的内存块数增多;缺页次数反而会增多的奇怪现象–最佳置换算法OPT:理论上;性能最佳;实际上;无法实现;通常只用在研究其它算法时;做参考评价..最近最久未使用LRU置换算法:性能较好;实现复杂;需要硬件支持..12、分段保护采取以下措施保证信息安全:越界检查、存取控制检查、环保护机构第五章设备管理1、I/O设备按使用特性、传输速率、信息变换、共享属性如何分类按设备的使用特性分类:存储设备又称外存、后备存储器、辅助存储器;输入输出设备又可具体划分:输入设备键盘、鼠标、扫描仪、视频摄像、各类传感器、输出设备打印机、绘图仪、显示器、数字视频显示设备、音响输出设备、交互式设备按传输速率分类:低速设备键盘、鼠标、语音的输入输出设备;中速设备行式打印机、激光打印机;高速设备磁带机、磁盘机、光盘机..按信息交换的单位分类:块设备磁盘;字符设备交互式终端、打印机按设备的共享属性分类:独占设备;共享设备磁盘;虚拟设备2、设备控制器的组成设备控制器由以下三部分组成:1设备控制器与处理机的接口;该接口用于实现CPU 与设备控制器之间的通信;提供有三类信号线:数据线、地址线和控制线..2设备控制器与设备的接口;可以有一个或多个接口;且每个接口连接一台设备..每个接口都存在数据、控制和状态三种类型的信号..3I/O逻辑;用于实现对设备的控制..其通过一组控制线与处理机交互;处理机利用该逻辑向控制器发送I/O命令;I/O逻辑对收到的命令进行译码..3、I/O通道设备如何引入虽然在CPU和I/O设备之间增加了设备控制器后;已能大大减少CPU对I/O的干预;但当主机配置的外设很多时;CPU的负担仍然很重;为此;在CPU和设备控制器之间又增设了通道..I/O通道是一种特殊的处理机;它具有执行I/O指令的能力;并通过执行通道I/O程序来控制I/O操作..通道与普通处理机的区别:1没有自己的内存;且与主机共享主机内存2执行的指令单一;主要执行与I/O有关的指令..通道分为:字节多路通道主要连接低速字符设备;数组选择通道主要连接高速块设备;数组多路通道主要连接中高速块设备4、有哪几种I/O控制方式各适用于何种场合1I/O控制方式:程序I/O方式、中断驱动I/O控制方式、DMA I/O控制方式、I/O通道控制方式..2程序I/O方式适用于早期的计算机系统中;并且是无中断的计算机系统;中断驱动I/O控制方式是普遍用于现代的计算机系统中;DMA I/O控制方式适用于I/O设备为块设备时在和主机进行数据交换的一种I/O 控制方式;当I/O设备和主机进行数据交换是一组数据块时通常采用I/O通道控制方式;但此时要求系统必须配置相应的通道及通道控制器..5、DMA控制器的组成1DMA控制器由三部分组成:主机与DMA控制器的接口、DMA控制器与块设备的接口、I/O控制逻辑..2DMA方式与中断控制方式的区别:相同点是都是以块为单位进行传输..区别是:1CPU处理中断的时间:●中断控制方式:是在数据缓冲寄存器满之后要求CPU进行中断处理●DMA方式:是在所要求转送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理..这就大大减少了CPU进行中断处理的次数..2数据传送的完成者:●中断控制方式:是在中断处理时由CPU控制完成的;●DMA方式:是DMA控制器完成的..6、为了实现主机与控制器之间成块数据的直接交换;需设置DMA控制器中四类寄存器DR:数据寄存器;暂存从设备到内存或从内存到设备的数据MAR:内存地址寄存器DC:数据计数器;存放本次CPU要读或写的字节数CR:命令\状态寄存器;接收从CPU发来的I/O命令;或相关控制信息;或设备状态7、缓冲的引入原因操作系统引入缓冲机制的主要原因可归结为以下几点:1缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾;2减少对CPU的中断频率;放宽对中断响应时间的限制;3提高CPU与I/O 设备之间的并行性..8、缓冲池的组成、工作方式三个队列:空缓冲队列、输入队列、输出队列四种工作缓冲区:1用于收容输入数据的工作缓冲区;2用于提取输入数据的工作缓冲区;3用于收容输出数据的工作缓冲区;2用于提取输出数据的工作缓冲区;9、SPOLLing系统的定义、组成、特点SPOOLing系统是对脱机I/O工作的模拟;其必须有高速随机外存通常采用磁盘的支持..SPOOLing系统主要有以下四个部分:1输入井和输出井;为磁盘上开辟的两大存储空间;分别模拟脱机输入/出时的磁盘;并用于收容I/O设备输入的数据和用户程序的输出数据;2输入缓冲区和输出缓冲区;在内存中开辟;分别用于暂存由输入设备和输出井送来的数据;3输入进程SPi和输出进程SPo;分别模拟脱机输入/出时的外围控制机;用于控制I/O过程;4I/O请求队列;由系统为各个I/O请求进程建立的I/O请求表构成的队列..SPOLLing系统的特点:提高了I/O的速度;将独占设备改造为共享设备;实现了虚拟设备功能..10、磁盘的类型和访问时间组成磁盘分为两类:固定头磁盘一般为大容量磁盘和移动头磁盘一般为中小型容量磁盘..磁盘访问时间=寻道时间+旋转延迟时间+数据传输时间11、磁盘磁盘调度算法▲1、先来先服务FCFS2、最短寻道时间优先SSTF3、扫描Scan算法又称为“电梯调度算法“4、循环扫描CScan算法1要求:掌握算法思想、名称缩写..并能根据算法思想计算碰头的寻道轨迹;寻道距离和寻道时间;参考书P194页和作业题..2掌握算法性能评价●先来先服务FCFS:公平、简单;平均寻道时间可能较长;●最短寻道时间优先SSTF:平均寻道时间比FCFS算法短;但可能会出现“饥饿现象”和“磁臂粘着”现象..●扫描Scan算法:消除了“饥饿”现象;但可能会出现“磁臂粘着”现象..●循环扫描CScan算法:改进了对于边缘区磁道访问的不公平;但可能会出现“磁臂粘着”现象..5.N-Step-Scan和FSCAN算法:可避免出现“磁臂粘着”现象..第六章文件管理1、文件的定义、属性文件是指由创建者所定义的、具有文件名的一组相关信息的集合;可分为有结构文件和无结构文件..文件的属性包括:文件类型、文件长度、文件的物理位置、文件的建立时间。
作业调度程序作业调度程序是操作系统中的一个重要组件,它负责将作业从提交状态转换为运行状态,并决定哪些作业在什么时候运行以及在哪个处理器上运行。
作业调度程序的目标是实现资源的有效利用,包括处理器、内存、磁盘等,以提高系统的整体性能。
一、作业调度程序的基本概念作业调度程序的主要任务是将作业放入等待队列,并根据一定的调度算法从等待队列中选取作业进行处理。
在操作系统中,作业是一个程序或一个程序的一个执行实例。
当用户提交一个作业时,操作系统会为该作业分配必要的资源,并将其放入等待队列中。
等待队列按照先进先出(FIFO)的原则对作业进行排序。
当一个处理器空闲时,作业调度程序会从等待队列中选取一个作业进行处理。
在选择作业时,需要考虑许多因素,如作业的优先级、作业的类型(批处理、交互式、实时等)、作业的性质(CPU密集型、I/O密集型)等。
二、常见的作业调度算法1.先来先服务(FCFS)算法:按照作业到达的顺序进行调度,优先级相同的情况下最先到达的作业将优先获得处理器。
这种算法简单易行,但无法充分利用系统资源。
2.最短作业优先(SJF)算法:优先调度预计运行时间最短的作业。
这种算法可以减少平均等待时间和平均周转时间,但可能造成短作业长时间等待。
3.优先级调度算法:为不同类型的作业分配不同的优先级,优先级高的作业将优先获得处理器。
这种算法可以实现资源的有效利用,但实现起来比较复杂。
4.轮转法(Round Robin):按照固定的时间片将处理器分配给等待队列中的作业,时间片用完后该作业被放到队尾重新排队。
这种算法可以实现资源的平均分配,但可能导致某些作业等待时间过长。
5.多级反馈队列算法:将等待队列分为多个级别,不同级别的队列采用不同的调度算法。
这种算法可以灵活地适应不同类型和不同性质的作业,但实现起来比较复杂。
三、作业调度程序的实现作业调度程序的实现需要依赖于操作系统的内核和处理器。
在内核中,需要实现等待队列的管理、进程状态的管理以及处理器上下文的保存和恢复等功能。
操作系统总复习及相关习题第一章引论名词解释1操作系统操作系统是管理和控制计算机系统内各种硬件和软件资源,有效地组织多道程序运行的系统软件(或程序集合),是用户与计算机之间的接口。
2管态当执行操作系统程序时,处理机所处的状态3目态当执行普通用户程序时,处理机所处的状态。
4多道程序设计在这种设计技术下,内存中能同时存放多道程序,在管理程序的控制下交替的执行。
这些作业共享CPU和系统中的其他资源。
5并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。
它是宏观上的概念。
6并行是指两个或多个活动在同一时刻同时执行的情况。
7吞吐量在一段给定的时间内,计算机所能完成的总工作量。
8分时就是对时间的共享。
在分时系统中,分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。
9实时表示“及时”或“既时”。
10系统调用是用户在程序中能以“函数调用”形式调用的、由操作系统提供的子功能的集合。
每一个子功能称作一条系统调用命令。
它是操作系统对外的接口,是用户级程序取得操作系统服务的唯一途径。
11特权指令指指令系统中这样一些指令,如启动设备指令、设置时钟指令、中断屏蔽指令和清内存指令,这些指令只能由操作系统使用。
12命令解释程序其主要功能是接收用户输入的命令,然后予以解释并且执行。
13脱机I/O是指输入/输出工作不受主机直接控制,而由卫星机专门负责完成I/O,主机专门完成快速计算任务,从而二者可以并行操作。
14联机I/O是指作业的输入、调入内存及结果输出都在cpu直接控制下进行。
15资源共享是指计算机系统中的资源被多个进程所功用。
例如,多个进程同时占用内存,从而对内存共享;它们并发执行时对cpu进行共享;各个进程在执行过程中提出对文件的读写请求,从而对磁盘进行共享等等。
简答题1什么是操作系统?它的主要功能是什么?答:操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源,有效地组织多道程序运行的系统软件(或程序集合),是用户与计算机之间的接口。
第一部分引言一、选择题1、下列选择中,哪些不是操作系统关心的主要问题。
(浙大2003)( 4)(1)管理计算机裸机(2)设计提供用户与计算机硬件系统间的界面;(3)管理计算机系统资源(4)高级程序设计语言的编译器。
2、从用户角度看,操作系统是(C )。
A、计算机资源的管理者;B、计算机工作流程的组织者;C、用户与计算机之间的接口;D、由按层次结构组成的软件模块的集合。
3、引入多道程序技术的前提条件之一是系统具有(3)(西电00)(1)多个cpu;(2)多个终端;(3)中断功能;(4)分时功能4、操作系统是一种A。
A.系统软件B.系统硬件C.应用软件D.支援软件5、B操作系统允许一台主机上同时连接多台终端,多个用户可以通过各自的终端同时交互地使用计算机。
A.实时B.分时C.分布式D.单用户6、如果操作系统具有很强的交互性,可同时供多个用户使用,但时间响应不太及时,则属于分时系统类型;如果操作系统可靠,时间响应及时但仅有简单的交互能力则属于实时系统类型。
二、判断题1、所谓多道程序设计,即指每一时刻有若干个进程在执行。
(×)(南京大学00)2、采用多道程序设计的系统中,系统的程序道数越多,系统效率越高。
(×)(西电01)3、由于采用了分时技术,用户可以独占计算机的资源。
(×)4、多道程序设计是利用了CPU和通道的并行工作来提高系统利用率的。
(×)5、多道程序设计可以缩短系统中作业的执行时间。
(×)6、在一个兼顾分时操作系统和批处理系统中,通常把终端作业称为前台作业,而把批处理型作业称为后台作业。
(√)7、批处理系统不允许用户随时干预自己程序的运行。
(√)8、Windows操作系统完全继承了分时系统的特点。
(√)9、并发是并行的不同表述,其原理相同。
(×)(清华1998)10、在单处理机系统中实现并发技术后,判断:(1)各进程在某一时刻并行运行,cpu与外设间并行工作;(×)(2)各进程在一个时间段内并行运行,cpu与外设间串行工作;(×)(3)各进程在一个时间段内并行运行,cpu与外设间并行工作。
并行计算作业调度系统的架构及应用一、引言现代计算机系统的性能是通过增加处理器核心数量来提高的,这就需要利用并行计算技术来发挥多核处理器的潜力。
并行计算作业调度系统是一种管理和协调计算机系统中多个并行作业执行的系统。
它的主要目标是用更高的效率和更短的完成时间来执行大规模的并行计算任务。
本文将介绍并行计算作业调度系统的架构及其应用。
二、并行计算作业调度系统的架构1.作业管理器:作业管理器负责接收、注册和管理用户提交的作业。
它负责作业的提交、作业的状态监控和作业的调度,以及作业的结果输出和作业存档。
作业管理器负责将用户提交的作业进行排队,并按照一定的调度策略将作业分配给资源管理器。
2.资源管理器:资源管理器负责管理系统中的各种资源,包括计算节点、存储节点和网络等。
它负责监控系统资源的使用情况,管理系统的负载情况,并根据作业需求对资源进行分配和调度。
资源管理器负责维护资源的状态信息,并将资源的状态信息提供给调度器进行调度决策。
3.调度器:调度器是并行计算作业调度系统的核心模块,负责根据作业的需求和系统的资源状况,制定适当的调度策略,将作业分配给合适的资源进行并行执行。
调度器可以根据作业的优先级、作业的资源需求、作业的依赖关系和系统的负载情况等因素进行作业的调度决策,并将调度结果传递给资源管理器进行资源的分配和调度。
三、并行计算作业调度系统的应用1.科学计算:在科学计算中,通过利用并行计算作业调度系统,可以将复杂的科学计算任务划分为多个并行计算任务,分配给多个计算节点进行并行执行。
科学计算通常需要处理大规模的数据和复杂的计算模型,通过并行计算可以显著提高计算的速度和效率。
2.大规模数据处理:在大数据处理中,通过并行计算作业调度系统可以将海量的数据划分为多个小任务,并分配给多个计算节点进行并行处理。
并行计算作业调度系统可以根据数据的特征进行任务的分配和调度,从而提高数据处理的效率和速度。
3.云计算:在云计算中,通过并行计算作业调度系统可以将用户的计算任务分配给云计算平台中的多个计算节点进行并行执行。
第一章作者:佚名来源:网络1、有一台计算机,具有IMB 内存,操作系统占用200KB ,每个用户进程各占200KB 。
如果用户进程等待I/O 的时间为80 % ,若增加1MB 内存,则CPU 的利用率提高多少?答:设每个进程等待I/O 的百分比为P ,则n 个进程同时等待刀O 的概率是Pn ,当n 个进程同时等待I/O 期间CPU 是空闲的,故CPU 的利用率为1-Pn。
由题意可知,除去操作系统,内存还能容纳4 个用户进程,由于每个用户进程等待I/O的时间为80 % , 故:CPU利用率=l-(80%)4 = 0.59若再增加1MB 内存,系统中可同时运行9 个用户进程,此时:cPu 利用率=l-(1-80%)9 = 0.87故增加IMB 内存使CPU 的利用率提高了47 % :87 %/59 %=147 %147 %-100 % = 47 %2 一个计算机系统,有一台输入机和一台打印机,现有两道程序投入运行,且程序A 先开始做,程序B 后开始运行。
程序A 的运行轨迹为:计算50ms 、打印100ms 、再计算50ms 、打印100ms ,结束。
程序B 的运行轨迹为:计算50ms 、输入80ms 、再计算100ms ,结束。
试说明(1 )两道程序运行时,CPU有无空闲等待?若有,在哪段时间内等待?为什么会等待?( 2 )程序A 、B 有无等待CPU 的情况?若有,指出发生等待的时刻。
答:画出两道程序并发执行图如下:(1)两道程序运行期间,CPU存在空闲等待,时间为100 至150ms 之间(见图中有色部分)(2)程序A 无等待现象,但程序B 有等待。
程序B 有等待时间段为180rns 至200ms 间(见图中有色部分)3 设有三道程序,按A 、B 、C优先次序运行,其内部计算和UO操作时间由图给出。
试画出按多道运行的时间关系图(忽略调度执行时间)。
完成三道程序共花多少时间?比单道运行节省了多少时间?若处理器调度程序每次进行程序转换化时lms , 试画出各程序状态转换的时间关系图。
并行计算作业调度系统的架构及应用随着现代计算机计算能力的不断提高,许多复杂的计算问题可以有效地使用并行计算的技术来解决。
并行计算是将问题分解成一系列小任务,由多个处理器协同处理这些任务,从而进行更大规模的计算。
为使并行计算技术得到最有效地使用,系统调度器就显得尤为重要,它将根据系统架构和用户要求,将多个任务按照一定的运行规则进行调度,从而更好地发挥各处理器的效能。
下面,我们将详细介绍并行计算作业调度系统的架构及其应用。
首先,我们看看并行计算作业调度系统的架构。
一般来说,系统架构分为三个层次,分别是作业调度层、调度调整层和运行调度层。
作业调度层的任务是根据用户的要求,将任务进行分解,并将这些任务分配给不同的处理器。
调度调整层的任务是根据实时的处理器状态,对系统进行优化。
最后,运行调度层负责将分解后的任务运行在不同的处理器上,并将任务结果返回给用户。
显然,在系统架构中,作业调度调整层和运行调度层的工作将直接影响系统的效率。
其次,我们来看看并行计算作业调度系统的应用。
当前,并行计算作业调度系统已经在许多领域取得了良好的应用效果,如数据分析、模型构建等。
在数据分析领域,并行计算作业调度系统可以用来将海量数据进行分解,分发到不同处理器上,处理器协同完成计算任务,达到计算速度的极大提高。
此外,并行计算作业调度系统还可以用于模型构建,多个处理器可以协同完成复杂的任务,例如,人工智能、机器学习等,加速模型构建的过程,更快地获得准确的结果。
最后,从上文可以看出,并行计算作业调度系统具有重要的应用价值,对于复杂的计算问题可以起到极大的计算加速效果,并且并行计算作业调度系统的架构设计也很重要,可以提高系统的运行效率。
因此,并行计算作业调度系统具有广泛的应用前景和发展潜力,相信今后将有更多的应用领域出现。