计算机操作系统实验线程调度的优化和控制
一、实验目的
本实验的目的是掌握 GeekOS 系统的线程调度算法以及线程同步与互斥方法,实现线程调度的优化与控制。通过实验,学生可以深入了解操作系统的线程调度机制,掌握线程同步与互斥的方法,并能够实现线程调度的优化与控制。
二、线程调度算法
在计算机操作系统中,线程调度是操作系统的核心组件之一。线程调度算法的选择对系统的性能和可靠性有着至关重要的影响。本实验中,我们实现了两种线程调度算法:时间片轮转调度(Round Robin)和四级反馈队列调度(Multilevel Feedback Queue).
1. 时间片轮转调度(Round Robin)
时间片轮转调度是一种简单的线程调度算法。该算法将可执行线程排成一个队列,每个线程在队列中都有一个固定的时间片。在每个时间片结束时,操作系统都会将当前线程暂停,并将下一个线程放到队列的头部,以便下一个时间片开始执行。这种算法的优点是简单易实现,但缺点是可能导致线程饥饿问题,即某些线程可能永远不能执行。
2. 四级反馈队列调度(Multilevel Feedback Queue)
四级反馈队列调度是一种更加复杂的线程调度算法。该算法将可执行线程分成四个队列,每个队列对应不同的优先级。高优先级的线程将被优先执行,而低优先级的线程将被延迟执行。该算法的优点是可以根据线程的优先级来决定执行顺序,但缺点是实现起来更加复杂。
三、线程同步与互斥
在操作系统中,线程同步与互斥是非常重要的概念。线程同步是指多个线程之间的协作,而线程互斥是指多个线程之间的互斥访问共享资源。 本实验中,我们使用信号量来实现线程同步与互斥。
1. 信号量
信号量是一种特殊的变量,它可以用来实现线程同步与互斥。信号量可以被初始化为一个非负整数,并且可以被加一或减一。 P 操作将信号量减一,如果信号量减到零,那么线程将被阻塞,直到信号量被解除阻塞。 V 操作将信号量加一,如果信号量大于零,那么阻塞的线程将被唤醒。
四、实验结果
本实验的结果如图所示。我们可以看到,使用时间片轮转调度算法时,各个线程的执行时间基本相同,而使用四级反馈队列调度算法时,高优先级的线程将被优先执行。同时,我们也可以看到,使用信号量可以实现线程同步与互斥,避免了线程之间的互斥访问共享资源。
五、结论
本实验通过实现线程调度算法和线程同步与互斥,帮助学生深入了解操作系统的线程调度机制和线程同步与互斥方法。同时,本实验也为学生提供了一个实践操作系统的机会,使学生能够更好地理解操作系统的原理和机制。