[科普中国]-多处理器分配

简介

中央处理器 （Central Processing Unit，CPU），是计算机的主要设备之一，功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。多处理器分配是指将多个处理器分配给线程或进程。即多处理分配一般对应着多线程。多处理分配差不多是现代操作系统提供一项基本系统服务。不过在不同类型的操作系统中，多处理分配重要性是不同的，例如，在分布式系统和多处理器系统中，多处理分配对整个系统性能有很重要的影响。

分布式系统是一种结构和处理功能都分散的多处理机或多计算机系统，一般属于中等耦合系统.通常每台处理机或计算机均有其单独的操作系统，各自都可完成系统中指定的一部分功能或执行一部分处理任务，并共享系统资源。它通常是由一台大型计算机和若干台小型计算机或微型计算机组成。各处理机或各计算机分布在不同地点，通过互联网络连结在一起。这种系统可以是分布处理机系统，其中各处理机共享一主存储器;也可以是更为常见的分布计算机系统，其中每台计算机都有自己的存储器。它具有对本地事件响应迅速、节省数据传输、减轻主计算机的负担、简化系统程序设计等优点1。

多线程多线程（multithreading），是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个执行绪，进而提升整体处理性能。具有这种能力的系统包括对称多处理机、多核心处理器以及芯片级多处理（Chip-level multithreading）或同时多线程（Simultaneous multithreading）处理器。

软件多线程。即便处理器只能运行一个线程，操作系统也可以通过快速的在不同线程之间进行切换，由于时间间隔很小，来给用户造成一种多个线程同时运行的假象。这样的程序运行机制被称为软件多线程。如微软的Windows作业系统和Linux就是在各个不同的执行绪间来回切换，被称为单人多任务作业系统。而DOS这类文字接口作业系统在一个时间只能处理一项工作，被视为单人单工作业系统。

除此之外，许多系统及处理器也支持硬件多线程技术。对称多处理机（SMP）系统具有多个处理器，所以具有真正的同时执行多个线程的能力；CMP技术通过在一块芯片上集成多个核心（Core）也具有真正的多线程能力；CMT技术则稍有不同，有的是依靠硬件执行线程切换来获得多线程能力，操作系统不再负责线程切换，因而这部分开销可以减少甚至消除，这方面典型的例子是Sun的UltraSPARC T1，它同时综合了CMP和CMT。微软的Windows 2000以后的操作系统皆支持多线程与超线程技术。

多处理器分配策略准则CPU利用率CPU是计算机系统中最重要的资源之一，所以应尽可能使CPU保持在忙状态，是这一资源利用率最高。

系统吞吐量系统吞吐量表示单位时间内CPU完成作业的数量。长作业需要消耗较长的处理器时间，因此会降低系统的吞吐量。而对于短作业，他们所需要消耗的处理器时间端，因此能提高系统的吞吐量。调度算法和方式的不同，也会对系统的吞吐量产生较大的影响。

周转时间周转时间是指从作业提交到作业完成所经历的时间，包括作业等待、在就绪队列中排队、在处理器上运行以及进行输入输出操作所花费的时间的总和。

作业的周转时间=作业完成时间-作业提交时间

等待时间等待时间是指进程处于等处理器状态时间之和，等待时间越长，用户满意度越低。处理器调度算法实际上并不影响作业执行或输入输出操作时间，只影响作业在就绪队列中等待所花的时间。因此，衡量一个调度算法优劣常常只需简单地考察等待时间。

响应时间响应时间是指从用户提交请求到系统首次产生响应所有的时间。在交互式系统中，周转时间不可能是最好的评测准则，一般采用响应时间作为衡量调度算法的重要准则之一。从用户的角度来看，调度策略应尽量降低响应时间，使响应时间处在用户能够接受的范围之内。

常见策略FIFS先来先服务调度算法特点：算法简单，但是效率低；有利于长作业，不利于短作业；有利于CPU繁忙型作业而不利于IO繁忙型作业。

短作业优先调度算法短作业（进程）优先调度算法是指对短作业祸端进程优先调度的算法。短作业优先调度算法是从后备队列中选择一个或若干个估计运算时间最短的作业，将他们呢掉入内存运行。

SJF调度算法的缺点：

1） 该算法对长作业不理。

2） 该算法完全未考虑作业的紧迫程度

3） 由于作业的长短只根据用户所提供的估计执行时间而定的，而用户又可能会有意或无意的缩短其作业的估计运行时间，致使该算法不一定能真正做到算作业优先调度。

4） 注意：SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少。

多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法主要是时间片轮转调度算法和优先级调度算法的综合和发展。通过动态调整进程优先级和时间片大小，多级反馈队列调度算法可以兼顾多方面的系统目标。