任务与处理机管理演讲人：日期:
CONTENTS目录01基础概念解析02任务调度机制03处理机分配策略04进程同步与通信05性能优化技术06实际应用场景
01基础概念解析
任务与进程定义任务在计算机中，任务是指被调度和执行的基本单位，它包含了一组程序和数据，以及执行这些程序时所需要的各种资源。进程进程状态进程是计算机中已经运行的程序实例，它是任务的具体执行过程，包括程序的执行、数据的处理等。进程在其生命周期内会经历多种状态，如就绪、运行、阻塞等，这些状态反映了进程在不同时刻的执行情况和资源占用情况。123
处理机管理目标提高资源利用率提升系统性能保证系统稳定性满足用户需求通过合理的处理机管理，可以充分利用计算机系统中的各种资源，提高资源的利用率，避免资源的浪费。处理机管理需要确保系统的稳定性，避免因为资源分配不当或其他原因导致的系统崩溃或故障。通过合理的任务调度和处理机分配，可以优化系统的运行效率，提升系统的性能。处理机管理需要考虑到用户的需求，为用户提供更好的使用体验。
处理器资源包括CPU、GPU等计算资源，是执行任务的主要资源。存储器资源包括内存、硬盘等存储资源，用于存储程序和数据。I/O设备资源包括输入输出设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等，是与外界进行交互的重要设备。软件资源包括操作系统、应用程序、开发工具等，是完成任务的基础。系统资源分类
02任务调度机制
调度算法类型先来先服务（FCFS）优先级调度算法短作业优先（SJF）时间片轮转调度算法（RR）按照任务到达的顺序进行调度，简单易行，但可能导致长任务等待时间。选择执行时间最短的任务进行调度，提高系统效率，但可能导致长任务饥饿。根据任务的优先级进行调度，保证高优先级任务优先执行，但可能导致低优先级任务长时间等待。为每个任务分配一个时间片，轮流执行，有效提高了任务响应速度，但可能导致频繁上下文切换。
动态优先级根据任务执行过程中的情况动态调整优先级，提高系统灵活性，但可能增加调度开销。非抢占式优先级一旦任务开始执行，将不再被高优先级任务抢占，保证任务执行的连续性，但可能导致高优先级任务等待时间较长。抢占式优先级当高优先级任务到达时，可以抢占低优先级任务的执行，保证高优先级任务及时响应，但可能导致低优先级任务被频繁抢占。静态优先级任务创建时确定优先级，整个运行期间不再改变，简单易行，但缺乏灵活性。优先级调度策略
实时任务处理硬实时任务要求任务在规定时间内必须完成，否则会造成严重后果，需采用严格的时间保证机制。软实时任务允许偶尔的延迟，但不会影响系统的整体性能，可采用更为灵活的调度策略。实时调度算法如最早截止时间优先（EDF）算法、最小剩余时间优先（MRT）算法等，以满足实时任务的调度需求。实时任务处理策略包括时间预留、资源预留、任务分解与并行处理等，以提高实时任务的执行效率。
03处理机分配策略
静态分配与动态分配01静态分配预先为每个任务分配固定的处理机资源，不存在资源竞争和动态调整的问题，但可能导致资源利用率低。02动态分配根据任务的实际需求动态地分配处理机资源，可以提高资源利用率，但需要解决资源竞争和分配策略的问题。
多处理机协同机制分布式计算将大型任务划分为多个子任务，分别在不同的处理机上执行，再合并结果，适用于计算密集型任务。03处理机之间通过消息传递进行通信，可以实现分布式处理，但需要解决通信延迟和可靠性问题。02消息传递共享内存多个处理机通过共享内存实现协同工作，优点是通信速度快，但需要解决内存一致性和竞争问题。01
资源竞争解决方案优先级策略根据任务的优先级分配处理机资源，优先级高的任务先执行，可以保证关键任务的及时响应。排队等待策略按照任务到达的顺序分配处理机资源，适用于任务执行时间较短且资源充足的情况。抢占策略当新的任务到达时，允许高优先级的任务抢占低优先级任务的资源，可以实现资源的动态优化。资源共享策略将处理机资源划分为共享和独占两部分，共享部分可被多个任务同时使用，独占部分只能被一个任务使用，以实现资源的合理利用。
04进程同步与通信
利用硬件特性实现互斥，如Test-and-Set和Swap指令。硬件方法使用信号量、条件变量和监视器等同步机制协调进程运行。同步机过程序实现互斥，如Dekker算法和Peterson算法。软件方法互斥进入、有限等待、空闲让进和忙则等待等原则。临界区管理原则临界区管理方法
信号量与管程应用信号量用于计数资源的被占用情况，分为二元信号量和多元信号量产者-消费者问题利用信号量和管程实现生产者-消费者之间的同步与互斥。管程将共享资源及相关操作封装在一起，通过条件变量和同步操作管理并发访问。读者-写者问题利用信号量和管程解决读者和写者之间的读写冲突。
进程间通信模型消息传递模型管